Akt調(diào)節(jié)切應(yīng)力誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞Bmi-1基因的表達(dá)
骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 ( bone mesenchymal stem cells,BMSCs) 是一種來源于中胚層的多能干細(xì)胞,具有多向分化潛能。干細(xì)胞在體內(nèi)生長的局部微環(huán)境(包括細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞因子在內(nèi)的基質(zhì)微環(huán)境和復(fù)雜的力學(xué)微環(huán)境共同組成) 對其分化走向起重要的調(diào)控作用。流 體 切 應(yīng) 力( fluid shear stress,F(xiàn)SS)對骨重塑、骨基質(zhì)細(xì)胞活性及分化起著十分重要的作用。
研究發(fā)現(xiàn),不同作用形式的 FSS 刺激可以通過調(diào)節(jié)基質(zhì)干細(xì)胞的基因表達(dá)變化,從而調(diào)控其生長和分化走向。不同強(qiáng)度 FSS( 0. 2 ~ 10.0 Pa)對人 BMSCs 的遷移調(diào)節(jié)不一樣。因此,理解 BMSCs 在力學(xué)因素作用下的行為,是進(jìn)一步在組織工程中實(shí)現(xiàn)通過力學(xué)因素誘導(dǎo)其增殖、分化的基礎(chǔ)。
因此,此實(shí)驗(yàn)利用平行平板流動(dòng)腔系統(tǒng)對大鼠 BMSCs 施加不同強(qiáng)度 FSS,檢測 Bmi-1 基因表達(dá),并采用不同信號通路的特異性阻斷劑,探討其中可能的力學(xué)信號傳導(dǎo)機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在 醫(yī)用生物力學(xué) 題為《 Akt 調(diào)節(jié)切應(yīng)力誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 Bmi-1 基因的表達(dá)》。
相關(guān)實(shí)驗(yàn)示意圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1、1.5 Pa FSS 作用不同時(shí)間點(diǎn)對 BMSCs 中 Bmi-1 基因表達(dá)的影響
Real-time PCR 結(jié)果顯示,BMSCs 在流體剪切力作用 1 h 后,Bmi-1 基因表達(dá)即明顯增強(qiáng),兩者之間有顯著性差異( P < 0. 05) ;而且隨著刺激時(shí)間的延長,Bmi-1 基因表達(dá)也隨之增強(qiáng)( 見圖 1) 。
2、不同強(qiáng)度 FSS 對 Bmi-1 基因表達(dá)的影響
與無 FSS 刺激組相比,F(xiàn)SS 加載各組均能明顯增強(qiáng) Bmi-1 基因的表達(dá),且呈強(qiáng)度依賴,高 FSS 組zui明顯。組間比較發(fā)現(xiàn),Bmi-1 mRNA 的增高,低 FSS 組和中等 FSS 組差異; 而高FSS 組 與 中 等 FSS 組相比又明顯增高 ( P < 0. 05,見圖 2) 。
3、1.5 Pa FSS 激活 BMSCs p-Akt 和 p-ERK
Western blotting 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,F(xiàn)SS 呈時(shí)間依賴性激活 BMSCs Akt 和 ERK 的磷酸化; 其中, FSS 處理后磷酸化水平增加,30 min 達(dá)高峰,此后磷酸化水平呈逐漸下降趨勢( 見圖 3) 。
4、不同抑制劑對 Bmi-1 基因表達(dá)的影響
結(jié)果顯示,加入 DMSO 的單純受力組與同樣加入 DMSO 的靜止組比較,Bmi-1 表達(dá)顯著增高; 而加入 wortmannin 組 與 加 入 DMSO 的單純受力組比較, Bmi-1表達(dá)被抑制( P < 0. 05) ,但加入 PD98059 組與加入 DMSO 的單純受力組比較,Bmi-1 表達(dá)沒有影響( 見圖 4) 。
綜上所述,此研究利用平行平板流動(dòng)腔系統(tǒng)產(chǎn)生的 FSS,可誘導(dǎo) BMSCs 中 Bmi-1 mRNA 的表達(dá),并且其表達(dá)量與刺激時(shí)間和力的強(qiáng)度密切相關(guān),其中Akt 信號分子可能對 Bmi-1 基因的表達(dá)調(diào)控起關(guān)鍵作用。
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