牵张微应变影响髓核细胞生物学功能和退变的研究

• 作者: 王丹丹 黄伟敏 曹盛楠 任鹏程 王从安 刘垒 于秀淳 师彬
• 来源期刊: 中华骨科杂志
• 关键词: 椎间盘退行性变 拉伸强度 生物力学
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 所属期刊栏目: 基础研究
• 页码范围: 242-252
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3760/cma.j.cn121113-20200808-00488

摘要

目的:探讨周期性牵张微应变对人髓核细胞生物学功能和退变的影响。方法:收集人椎间盘髓核组织，酶消化法分离、培养髓核原代细胞，显微镜下观察细胞生长状态。Mechano Culture FX2加载周期性牵张微应变，应力10万μ?，10%拉伸应变，频率0.1 Hz，8 640个循环周期。MTT法检测牵张微应变对髓核细胞增殖的影响；流式细胞仪检测牵张微应变对髓核细胞周期和凋亡的影响。基因表达谱芯片检测牵张微应变组和对照组表达差异的基因，生物信息学分析表达差异基因在髓核细胞的功能。荧光定量PCR法检测牵张微应变对髓核细胞表达炎症相关因子、TGF-β、基质降解酶类、ECM分子等的影响。结果:牵张微应变组髓核细胞生长状态较好。牵张微应变促进髓核细胞增殖和周期进程，两组细胞S期（ t=5.336， P< 0.05）和G2/M期（ t=7.288， P< 0.01）百分比的差异均有统计学意义。牵张微应变抑制髓核细胞凋亡（牵张微应变组8.56%±0.48%，对照组10.63%±0.32%， t=4.474， P< 0.05)。基因表达谱芯片检测到866个差异表达基因，基因本体（gene ontology）分析其在细胞中的作用，主要包括focal adhesion、extracellular matrix，membrane raft、condensed chromosome kinetochore、cytoskeleton等。牵张微应变影响髓核细胞表达炎症相关因子、TGF-β基因、基质降解酶、细胞外基质分子等的表达。与对照组相比，牵张微应变组炎症相关因子IL15（ t=5.379， P< 0.05）、IGF1（ t=5.454， P< 0.05）、IGFBP7（ t=13.57， P< 0.01）的表达降低；TGF-β相关基因TGFB1（ t=6.931， P< 0.05）、TGFB2（ t=15.56， P< 0.01）、TGFB3（ t=7.744， P< 0.05）的表达增高；基质降解酶类ADAMTS3（ t=5.241， P< 0.05）和MMP19（ t=24.72， P< 0.01）的表达降低，TIMP3（ t=8.472， P< 0.01）的表达增高；ECM分子COL2A1（ t=5.871， P< 0.05）、FLRT2（ t=5.216， P< 0.05）、FN1（ t=4.289， P< 0.05）的表达增高。 结论:周期性牵张微应变促进髓核细胞周期和增殖，抑制髓核细胞凋亡，可能通过调节髓核细胞表达炎症相关因子、TGF-β、基质降解酶类、ECM分子等改善髓核细胞退变。