力學刺激對植體-骨界面骨系細胞mrna表達的影響

1、力學刺激對植體力學刺激對植體骨界面骨系細胞骨界面骨系細胞mRNA表達的影響表達的影響EffectsofthemRNAexpressioninimplantboneinterfacebonecellsaftermechanicalstimulate摘要在建立力學刺激骨系細胞的動物實驗模型的基礎(chǔ)上，利用激光捕獲顯微分離技術(shù)（LCM）獲取動物模型體內(nèi)種植體—骨界面區(qū)域的成骨細胞和破骨細胞用基因芯片法檢測不同力值的間斷力學刺激作用下基因表達譜的

2、時序變化。明確從骨形成到骨破壞這個質(zhì)的變化過程中，基因表達的差異和相關(guān)的特異性基因，探討成骨細胞和破骨細胞的耦聯(lián)機制，從系統(tǒng)角度研究生理負荷促進骨形成和超負荷導致骨破壞的基因調(diào)控機制的差異，嘗試篩選出與骨形成和骨破壞相關(guān)基因，以為骨生物力學及骨組織工程學提供理論依據(jù)，并進一步完善負荷狀態(tài)下骨組織與人工材料界面骨改建機制的理論，為臨床診斷和防治提供理論先導。（一）立項依據(jù)與研究內(nèi)容（一）立項依據(jù)與研究內(nèi)容1、項目的立項依據(jù)（附主要的參考文

3、獻目錄）項目的立項依據(jù)（附主要的參考文獻目錄）。隨著醫(yī)學科學的發(fā)展，一些人工種植體或裝置越來越多的被植入骨組織，用于治療病變和修復缺損，如人工關(guān)節(jié)、牙種植體，以及骨內(nèi)固定裝置等。理想的人工種植體或裝置應以與骨組織緊密結(jié)合(骨整合Osseointegration)的形式行使其生理功能然而，仍有部分植入體不能達到或保持長期的骨整合，導致植入體松動、脫落和并發(fā)癥的產(chǎn)生，除了植入體材料本身的因素之外，負荷后骨組織的應力變化也是重要的影響因素之一

4、，且已引起眾多學者的關(guān)注。由于植入體與骨組織之間始終存在一個界面，負載后界面骨組織的應力應變與正常骨組織負載后的應力應變不同，這種力學環(huán)境的改變，可能會促進骨組織與人工材料的界面發(fā)生適應性改建，達到理想的骨整合；也可能會導致骨組織與人工材料的界面發(fā)生骨吸收。骨吸收會使種植體與骨組織分離，增加了植入物微粒、細菌及炎癥介質(zhì)等侵入的機會，引起炎癥反應，加速骨吸收并造成植入體松動，進而影響種植體的生存率和生存時間。因此，了解力學刺激對骨組織與人

5、工材料界面骨改建的影響，將有助于解釋臨床觀察到的現(xiàn)象，有助于與骨生物力學相關(guān)的諸學科的發(fā)展，如骨折固定、人工關(guān)節(jié)置換、牽張成骨、口腔種植修復、口腔正畸、骨質(zhì)疏松癥的防治及骨組織工程研究等等。機械刺激產(chǎn)生的耦合力傳遞到骨組織，使骨系細胞發(fā)生應力應變作用，這些變化通過多個信號轉(zhuǎn)導通路的轉(zhuǎn)導，導致骨系細胞產(chǎn)生多種生物學效應并完4、對力學信號轉(zhuǎn)導的研究表明[1214]：骨系細胞表面的離子通道在細胞膜受到力學作用數(shù)秒或數(shù)分鐘后即可引起G蛋白活化、

6、第二信使釋放、蛋白質(zhì)磷酸化、生長因子的分泌、細胞骨架的變化、細胞和細胞外基質(zhì)粘附的重建，最終導致基因表達的變化?；虮磉_的變化可能反過來影響信號的轉(zhuǎn)導[13]。成骨細胞在某些力學刺激因素作用下表達一些因子，從而將骨吸收信號傳遞給破骨細胞的前體細胞，使之分化發(fā)育并活化，行使骨吸收功能。骨保護素（OPG）和骨保護素配體（OPGL）的發(fā)現(xiàn)證實了這一假說，并提供了分子基礎(chǔ)[1314]。有研究表明[1415]：作為細胞表面重要受體的整合素，通過識

7、別某些胞外基質(zhì)蛋白，介導細胞與細胞、細胞與細胞外基質(zhì)的粘附反應并接受、轉(zhuǎn)導級聯(lián)信號，并有可能是力學信號傳遞的通道。從以上研究中可以看出：（1）力學刺激導致OB、OC基因改變的過程涉及眾多基因的變化，但針對個別基因的研究顯得較為凌亂，基因之間的相互影響也不清楚，不能精確地闡明各基因在這一過程中的作用。（2）多條信號轉(zhuǎn)導通路之間存在著密切的耦聯(lián)關(guān)系，不同的力學信號可能通過這些內(nèi)在相連的信號通路，以不同的方式影響骨系細胞的反應。這些不同信號通

8、道是如何介導力學刺激，而導致OB、OC基因表達的時空變化？是否存在某些尚不為人所知的信號轉(zhuǎn)導分子？信號通路之間又是如何耦聯(lián)的？這方面的認識尚不明確，只能從基因表達的變化來找尋方向。（3）由于各學者多采用體外實驗，實驗條件不盡相同，導致實驗結(jié)果的可比性較差，有關(guān)體內(nèi)實驗的報道，特別是力學刺激對人工種植體骨界面骨系細胞基因表達影響的報道也極為罕見。因此，有必要同期從體內(nèi)外觀察OB、OC受力后整個基因表達的時序變化，探討各相關(guān)基因在骨形成和骨

9、吸收過程中的確切作用，并探討其臨床應用前景和意義。Vaes[16]等人曾嘗試應用基因芯片的方法，找尋骨形成蛋白2誘導成骨細胞分化過程中的標記基因，為探尋力學信號對骨系細胞基因表達的影響提供了一個好的思路?；蛐酒夹g(shù)是一項新興的能檢測全范圍mRNA表達水平變化的技術(shù)，具有高通量、并行化的特點，可為研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其機理，揭示不同層次多基因相互作用的生理、病理現(xiàn)象提供有效手段[1718]。然而，骨組織是不同細胞群體相互作用的三維空間結(jié)構(gòu)