牵张微应变影响髓核细胞生物学功能和退变的研究

作者：**丹; 黄伟敏; 曹盛楠; 任鹏程; 王从安; 刘垒; 于秀淳^*; 师彬^*

来源：中华骨科杂志, 2021, 41(04).

• 椎间盘退行性变
• 拉伸强度
• 生物力学

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。

• 单位
  山东第一医科大学; 山东省医学科学院