应力刺激对成骨细胞影响的探讨论文.doc

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1、应力刺激对成骨细胞煤响的探讨论文应力刺激对成骨细胞影响的探讨论文预读：摘要：《中国骨质疏松杂志》2016年第五期摘要：成骨细胞作为骨组织中的M力感受及效丿、'、/「细胞，在骨的生长、修复和改建屮发挥重要作川,因此，研究不同应力刺激对成骨细胞的影响及其机制具有重要意义.成骨细胞在机体内可受到牵张力、流体剪切力及压应力等多种应力作用，目前对乞种丿应力环境下成骨效应的研究也逐渐增多•木文就近年来不同应力刺激对成骨细胞功能的影响、成骨细胞对外力刺激的应答及信号传导通路等方面作一综述.关键词:成骨细胞;应力刺激;信号传导通路在生长发疔过稈屮,机械应力作为体内

2、复杂力学环境中的重要组成部分，调节着骨组织的形成及改建，尤其在成骨过稈中的作用更为明显.成骨细胞是应力敏感细胞的一种，其生长分化、功能活动及凋亡对骨骼形成与矿化的穆度都发挥着重要的调控作川.早在1892年JuliusWolff等［1］就提出了Wolff定律，指出骨骼的生长会受应力刺激而改变结构.Hou等［2］也在小鼠活体实验屮证实，物理刺激可以影响成骨细胞新陈代谢,调节细胞表型，并改变成骨细胞在骨发生及发展屮的基因表达.骨组织对机械应力刺激的应答过稈可划分为4个连续的过稈，即力学偶联过稈、生化偶联过程、信号传递过稈、效应细胞的反应过程.应力刺激作用

3、于机体时，成骨细胞通过力学刺激应答过程将物理信号转化为细胞内的生物化学信号，经过一系列复杂的信号传导过程，改变成骨细胞的基因表达及蛋白分泌，进而调控骨骼的生长、修复及改建.木文从不同应力刺激对成骨细胞功能的影响、成骨细胞对外力刺激的应答及信号传导通路等方面作一综述.1不同应力刺激对成骨细胞功能的影响bl前研究不同应力刺激对成骨细胞功能的影响，常见的应力加载方式有牵张力、压应力及流体剪切力等.不同的应力加载方式和装置会对成骨细胞产生不同的应力效果.1.1牵张力对成骨细胞功能的影响在体内，成骨细胞可分泌基质包裹自身，外力通过对此基质的形变刺激传导给细胞

4、骨架，这些外力导致基质的变形，在骨陷窝及骨小管周围对成骨细胞形成拉力.日前多数体外培养成骨细胞的牵张力加载装置是基于此原理［3］.通过模仿生理状态下基质的形变,采用不同方法牵拉培养基膜，使粘附于基膜上的成骨细胞被动拉伸.近年来许多学者对牵张力加载装置进行了改进，如改用钛合金作为支架、使用弹性合适的硅胶或生物高分了材料等，并可调控刺激的大小、方向、频率、周期等［4］，但此种装置仍有其缺点,细胞受力大小取决于基质与基底膜的接触，培养基膜各区域细胞容易产生受力不均匀等情况,而且体外培养基膜的应变明显大于骨基质，且单轴牵拉时,牵拉轴的垂直方向可对细胞产生收

5、缩压力.周期性培养基膜屈曲形变时，若屈曲率过大则产生流体剪切力，增加干扰因素.成骨细胞对牵张丿W力的作川很敏感牵张刺激会激发成骨细胞的分化和增殖潜力，还可以刺激成骨细胞通过调整缝隙连接或旁分泌因了来调节成骨细胞［5-6］.此外，由于多孔微管特殊结构的放大效应，成骨细胞可感应到牵拉应力并传递至临近细胞［7］.在LI常生活及运动屮，机体内牵张力范围大约为500-3000^8.唐丽灵等［8］对成骨细胞丿施加周期性拉伸刺激，发现500圧的拉伸刺激促进了成骨细胞的增殖、胶原蛋白合成、碱性磷酸酶活力和骨钙素分泌，而1000皿和1500憾水平的拉伸则抑制了成骨细

6、胞的生长和分化能力.Jacobs等［9］利用不同大小静态拉力分别刺激人牙周膜成纤维细胞及成骨细胞，认为合适大小的牵张力可促进人牙周膜成纤维细胞向成骨细胞的分化，过高的牵张力则会导致成骨细胞活力降低,不利于骨的改建.Shen等［10］的实验也发现周期性牵张力可促进牙周膜干细胞向成骨细胞分化.这些研究表明,只有合适大小及频率的牵张力才能促进成骨细胞增殖、分化，促进骨的生长、修复和改建.1.2流体剪切力对成骨细胞功能的影响骨组织内存在大量的微管结构,外界应力可引起微管内液体流动，形成流体剪切力•可以说，剪切力是一种特殊形式的压力.日前广泛使用的流体剪切丿

7、'V变模型为并彳亍平板流动室(parallel-plateflowchamber,PPFC),Jti是一种町以提供较精确液体层流的实验装置，利用进出口的压力梯度造成流体剪切力，常用于研究细胞流体力学［11］.但是传统的平行平板流动室系统仍存在操作复杂、加工价格较贵、处理细胞的数量不足等缺点，且如何提供细胞在加载屮所需要的温度、湿度、C02分压等问题尚未能解决.2010年Zhou等［12］提出了一种全新的模拟流体剪切力的加载方式一“摇晃法”加载系统.他们构建了一个有节律的摇晃矩阵培养板模型给细胞定量加载流体剪切力，并利川数学模型确定了临界翻转角度以及

8、所产生流体剪切力的理论数值•其力值大小与液体的粘稠度和最大摇摆角成正比,与矩阵内液体的深■长比和摇摆周期成反比.Zhou等