动态力学信号对人骨髓基质细胞、骨膜细胞生长和成骨表达的作用

目的 探讨动态力学信号对体外分离培养的人骨髓基质细胞、骨膜细胞生长与分化特征的生物学效应。方法 使用Flexcell应力系统，将频率为1Hz、振幅为5％变形、正弦波状力学信号作用于体外分离培养的正常人骨髓基质细胞和骨膜细胞，在不同时间段检测其对细胞DNA、总蛋白合成、碱性磷酸酶（ALP）表达和骨钙素分泌量的影响。结果 动态力学刺激对人骨髓基质细胞、骨膜细胞蛋白与DNA合成无明显作用。接受力学刺激信号后骨膜细胞受维生素D3刺激后分泌骨钙素显著增加，而骨髓基质细胞则显著下降。结论 动态力学信号能够促进人骨膜细胞向成骨细胞分化，这可能是其对骨的生物学作用的机制之一。     

力传导中亚细胞水平的分子FRET成像（英文）

体内细胞受到含有化学和力学因素的生理和病理生理的刺激,故研究这些因素在细胞和器官水平如何调节功能就尤为重要。有关细胞和器官对化学因素的反应已开展诸多研究,而力学因素的影响却鲜有报道。近年来,荧光蛋白和显微镜技术的发展已成为阐明力传导过程的有用工具,先进的信号活细胞成像技术促进了力学生物学中分子机制的时空因素研究。本文综述荧光蛋白的基本知识以及其在生物学研究中的应用,特别讨论了以荧光共振能量迁移(fluorescence proteins and microscopy,FRET)技术为基础的生物传感器的发展和特征。基因编码的FRET生物传感器能够实现分子时空活动的成像和定量,使得活细胞中生物化学信号在力学刺激下的反应和传导可视化。同时,本文重点阐述分子水平力学刺激下的活细胞信号传导。     

力传导中亚细胞水平的分子FRET成像

体内细胞受到含有化学和力学因素的生理和病理生理的刺激,故研究这些因素在细胞和器官水平如何调节功能就尤为重要。有关细胞和器官对化学因素的反应已开展诸多研究,而力学因素的影响却鲜有报道。近年来,荧光蛋白和显微镜技术的发展已成为阐明力传导过程的有用工具,先进的信号活细胞成像技术促进了力学生物学中分子机制的时空因素研究。本文综述荧光蛋白的基本知识以及其在生物学研究中的应用,特别讨论了以荧光共振能量迁移(fluorescence proteins and microscopy,FRET)技术为基础的生物传感器的发展和特征。基因编码的FRET生物传感器能够实现分子时空活动的成像和定量,使得活细胞中生物化学信号在力学刺激下的反应和传导可视化。同时,本文重点阐述分子水平力学刺激下的活细胞信号传导。     

雌激素受体在骨生长、代谢及其力学响应中的作用和机制

力学信号在骨组织的生长、重建和疾病治疗中发挥着重要的作用。近年来的研究发现雌激素受体(estrogenreceptor,ER)能介导雌激素效应调节骨组织细胞的增殖、凋亡以及功能活性,从而影响骨形成和骨吸收,在骨组织生长、骨重建中发挥重要作用;同时参与骨组织及其细胞对力学刺激的响应过程。骨组织响应力学刺激的效应要受到ER数量和(或)功能活性的影响。这些研究提示了力学刺激和雌激素可能通过一些共同的信号通路来调节骨组织细胞的功能活性。本文着重关注ER在骨组织及其力学响应中的作用和机制。     

细胞力学机械刺激对牙髓干细胞的影响

文题释义：牙髓干细胞：通过GRONTHOS等对牙髓细胞的研究,发现一种具有与间充质干细胞相似免疫表型和形成矿化结节能力的细胞,称为牙髓干细胞,具有自我更新、多向分化和较强的克隆能力。细胞力学：研究细胞在力学载荷作用下细胞膜和细胞骨架的变形、弹性常数、黏弹性、黏附力等力学性质,以及机械因素对细胞生长、发育、成熟、增殖、分化、衰老和死亡等的影响及其机制研究,是生物力学的一个前沿领域,也是组织工程学的一个重要组成部分。  摘要背景：力学刺激对于机体内很多器官、组织的发育和损伤修复发挥重要的调控作用。除生物化学因素外,细胞力学等机械因素越来越被认为是影响牙髓干细胞行为和功能的关键调节因素。目的：综述细胞力学刺激对牙髓干细胞生物学行为的作用及影响。方法：通过检索PubMed、Embase、Medline、CNKI数据库,分别以“牙髓干细胞,机械压力,机械张力,剪切力,压应力,细胞增殖,成骨分化”为中文检索词和“human dental pulp stem cells(hDPSCs),mechanical strain,mechanical stretch,mechanical tension,shear stress,cell proliferation,osteogenesis differentiation”为英文检索词进行检索,选取与细胞力学机械刺激参与影响牙髓干细胞增殖、分化的56篇文献进行综述。结果与结论：细胞力学机械刺激是影响细胞增殖、分化、蛋白表达和凋亡的重要生物学因素。牙髓干细胞是牙髓组织中的间充质干细胞,其生物学行为也受到细胞力学机械刺激的影响。细胞力学刺激参与牙髓干细胞的增殖、成牙/成骨分化,并且当牙本质受到流体流动力作用时,会激活其机械感受器来调节并维持牙齿的完整性。介导牙髓干细胞生物学行为的信号通路包括MAPK、Wnt、Akt及BMP-7、Nrf2/HO-1等,通过调控这些信号通路进而对牙髓干细胞增殖及成牙/成骨分化发挥不同程度的促进及抑制作用。ORCID: 0000-0001-6191-6539(李峻青) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

心血管力学生物学与医学工程研究

生物力学不仅是力学的一个分支,而且是生物医学工程的一个重要组成部分。世界著名生物力学大师、中国科学院首批外籍院士、美国国家科学院院士、美国国家工程院院士、美国国家医学科学院院士Y.C.Y ung(冯元桢)先生曾指出:“绝大多数生物力学工作的目的是为了丰富生命系统的基本知识并对其进行某种人为干涉”。随着细胞分子生物学的深入发展,上世纪九十年代以来,生物力学研究也深入到了细胞分子水平,逐渐形成了一个新兴的交叉学科领域“力学生物学(m echanobiology)”。力学生物学是研究力学环境(刺激)对生物体健康、疾病或损伤的影响,研究生物体的力学信号感受和响应机制,阐明机体的力学过程与生物学过程,如     

亲/疏水性材料表面对细胞体外生物学行为影响的研究进展

亲/疏水性作为材料表面的一个重要理化特征,与化学信号和机械刺激产生的力学信号一样,参与调控细胞中蛋白或基因表达的级联激活,从而影响细胞的黏附、迁移、增殖和分化等体外生物学行为。本文就亲/疏水性材料表面的改性方法,以及对蛋白吸附和细胞生物学行为影响的研究进展进行综述。     

细胞骨架与力学信号传导

背景：细胞在感受力学刺激后,通过一定的信号转导机制,将力学信号转换成化学信号,进而实现其生物功能。在这一系列的信号转导过程中,横贯细胞的细胞骨架作为枢纽,发挥着重要作用。 目的：通过系统的分析和总结细胞骨架在力学信号转导通路中的作用机制,为细胞骨架相关疾病的临床治疗提供潜在的治疗靶点。 方法：以英文检索词为“cytoskeleton,microtubules,microfilaments,intermediate filaments,mechanical stimulation,signal transduction ”及中文检索词为“细胞骨架、微管、微丝、中间纤维丝、机械刺激、信号传导”,由第一作者检索 1990至2012年PubMed 数据库及中国知网中文科技数据库,查阅近年机械刺激对细胞骨架影响的相关文献,最终保留 48篇文献。 结果与结论：机械刺激是细胞增殖、生长发育以及凋亡的重要因素。随着对细胞骨架认识的逐渐深入,人们发现细胞骨架在细胞对力学刺激的感受和信息传导的过程中起重要作用。机械刺激作用于细胞后,通过Rho家族蛋白、蛋白激酶C、整合素以及丝裂原激活蛋白激酶等多条信号通路,且各种信号传导通路中存在交联,从而影响细胞骨架的重组,并将力学刺激进一步转换成化学信号,最终完成其生物效应。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：     

机械刺激对成骨细胞骨架的影响

机械刺激在骨组织的正常代谢和重建过程中起着十分重要的作用。机械刺激作用于骨组织后可以通过包括成骨细胞在内的多种应力感受细胞,感知并传导力学信号。细胞骨架作为贯穿细胞整体的纤维网状支架结构,与细胞外基质及整合素构成一个整体,是力学信号传递的关键环节之一。力学刺激可引起骨架纤维重排并可借助第二信使将力学信号传递并转换,最终调节基因的表达。该信号通路涉及的分子主要包括Rho家族、蛋白激酶C以及黏附斑激酶。本文将就近几年关于机械刺激下成骨细胞骨架的改变及作用机制的研究进展进行综述。     

从基质黏弹性和钙信号深入理解骨性关节炎发病机制

近年来,科学家们普遍认为细胞外基质(extracellular matrix,ECM)力学特性是调控细胞力学生物学行为的一个重要影响因素.几乎所有的活组织和ECM都具有显著的黏弹性特征.大量研究证实,细胞能够感受和响应ECM力学特性.细胞通过基于整合素的黏附、力敏感离子通道激活以及下游信号通路的激活来感受基质力学特性的...     

细胞—分子层次的多尺度力学—化学—生物学耦合

作为生物力学主要分支之一,细胞-分子生物力学数十年来在力学-生物学、力学-化学耦合方面取得了重要进展。细胞可感知生理力学环境,并通过力学敏感蛋白激发下游信号通路以平衡外力作用。人们需要了解不同细胞的力学性质有何不同、外力如何被转导为生物化学信号。细胞-亚细胞-分子水平的多尺度信息整合有助于认识细胞的力学感知、传递、转达、表观遗传应答。本文更新了细胞-分子生物力学的进展,并讨论相关的科学问题、研究方法和潜在应用。     

力-化学耦合作用在血管内皮细胞迁移中的作用及其力学生物学机制

目的 研究力学与化学因素的耦合在内皮细胞迁移过程中的作用以及其中的力学生物学机制。方法 在不同大小剪应力下分别用RTPCR、Western blot以及免疫荧光的方法检测内皮细胞CXCR1和CXCR2的表达变化;用antiIL8RA和antiIL8RB拮抗CXCR1和CXCR2,在剪应力作用下观察内皮细胞迁移情况;采用脂质体包绕法分别将Rac1及RhoA的野生型、活化型和抑制型3种质粒转染入内皮细胞,将转染了Rac1的3种质粒的细胞分别施加力学（剪应力）和化学（IL-8）刺激,对转染了RhoA的3种质粒的细胞施加化学刺激,检测以上条件下内皮细胞迁移情况。结果 CXCR1和CXCR2作为新型力学感受器参与调节内皮细胞迁移;Rac1与RhoA的高表达能促进内皮细胞迁移,反之,内皮细胞迁移被抑制。结论 IL-8Rs (CXCR1、CXCR2)、Rac1、RhoA是将力学、化学信号进行“耦合”的关键信号分子。     

钙蛋白酶在乳腺上皮转化细胞对雌激素刺激反应中的作用

目的 探讨经雌激素(E2)转化的MCF-10A乳腺上皮细胞对E2刺激的敏感性及细胞内钙蛋白酶(CANP)在E2效应中的介导作用,以深入了解E2的信号传导机制.方法 以E2转化的MCF-10A乳腺上皮细胞为研究模型、用E2(50 nmol/L)刺激细胞,以蛋白印迹法观察蛋白分子质量变化,以CANP特异性底物局部黏着激酶(FAK)蛋白剪切作为CANP激活的指标,伤口愈合实验观察细胞迁移变化,CANP抑制剂预处理观察CANP在E2效应中的作用.结果 转化细胞CANP活性明显高于非转化细胞,表现为前者出现FAK明显蛋白剪切,而后者FAK主要为野生型(125 ku),同时转化细胞迁移明显增强(P＜0.01).E2(10 nmol/L)刺激转化细胞可进一步促进FAK蛋白剪切和细胞迁移(P＜0.01),而非转化细胞对E2刺激不敏感.CANP抑制剂-1(ALLN)可有效阻断E2刺激转化细胞FAK蛋白剪切及细胞迁移(P＜0.01).结论 转化细胞对E2刺激的敏感性增加,其机制可能与胞内CANP活性增强有关,提示在转化细胞存在活跃的E2-CANP-FAK信号活动.     

细胞核力学生物学及其调控机制的研究进展EI北大核心

细胞核作为细胞内重要的遗传与调控中心,不但是细胞内生化信号的终端效应器,还能在细胞感知并应答力学刺激后,通过直接或间接的核力学信号调节对细胞的功能与表型产生重要影响。细胞核依靠染色质—核膜—细胞骨架等基础结构将其与其他胞内、外的物理微环境耦合,响应力学刺激并做出应答。该力学响应级联中,细胞核形态结构的变化是最直观的表现,也是细胞核直接响应力学刺激的基础。基于此类细胞核与细胞行为、表型的联系,核的异常形态变化被作为疾病诊断工具广泛用于临床实践。本文回顾了细胞核形变如何响应和适应力学刺激的证据,并着重综述了细胞核形变的力学调控因素,以及核形变涉及到的包括肿瘤在内的生理病理过程及其力学调控机制和研究进展,为深入理解细胞核力学参与的疾病发展调控机制和作为潜在靶点用于诊疗提供新的思路。     

初级纤毛/鞭毛转运系统介导力学反应性信号通路促骨髓基质干细胞成骨分化

背景：目前已证实力学刺激可以促进骨髓基质干细胞成骨分化，但其机制未完全明了。初级纤毛是重要的力学感受器并调控TGF-β1/BMP-2/SMAD等多种信号通路，很可能是骨髓基质干细胞力学调控的重要靶点。目的：探讨流体剪切力对骨髓基质干细胞成骨分化的影响及机制。方法：将大鼠骨髓基质干细胞分为对照组、力学刺激组(通过摇床施加流体剪切力学干预)、力学刺激+IFT88沉默组(力学刺激+使用siRNA沉默IFT88表达)，干预24 h后，采用qRT-PCR检测转化生长因子β1、骨形成蛋白2的表达、Western blot检测磷酸化SMAD2/3蛋白的表达，初级纤毛免疫荧光染色及形态学分析。结果与结论：剪切力刺激可促进骨髓基质干细胞的初级纤毛表达，转化生长因子β1及骨形成蛋白2基因转录激活，提高磷酸化SMAD2/3蛋白表达。siRNA干扰初级纤毛生成后，这一力学反应效应明显减低。骨髓基质干细胞的初级纤毛面积改变比值与转化生长因子β1及骨形成蛋白2基因转录增高比例具有Spearman相关性。结果表明：初级纤毛/鞭毛转运系统介导了流体剪切力反应性的TGF-β1/BMP-2/SMAD信号通路激活，促进骨髓...     

M3R激动剂通过激活PI3K/AKT信号途径促进肺癌细胞A549的上皮间质转化

目的:探讨毒蕈碱胆碱受体3(muscarinic receptor 3,M3R)激动剂卡巴胆碱促进人肺癌A549细胞上皮间质转化的可能信号通路。方法:用400μmol/L卡巴胆碱刺激人肺癌A549细胞,在倒置相差显微镜下观察细胞形态的变化,应用划痕愈合实验和Transwell实验观察细胞迁移和侵袭能力;应用q PCR技术检测上皮间质转化相关蛋白波形蛋白(vimentin)和E钙黏蛋白(E-cadherin)m RNA水平的变化;应用Western blot技术检测p-AKT、vimentin和E-cadherin蛋白水平的变化。结果:卡巴胆碱刺激人肺癌A549细胞后,细胞形态发生明显改变,由不规则多边形逐渐向梭形转化、细胞间紧密结合逐渐变得松散,细胞迁移和侵袭能力增强;vimentin的m RNA和蛋白表达量明显增加,E-cadherin的m RNA和蛋白水平降低,磷酸化的AKT蛋白水平增加,且这些变化均可被M3R特异性抑制剂4-DAMP所抑制(P0.05)。结论:卡巴胆碱可通过激活PI3K/AKT信号途径促进人肺癌A549细胞发生上皮间质转化。     

细胞核骨架蛋白在应力诱导血管重建中的作用及其力学生物学机制

正心血管系统是一个以心脏为动力(泵)的力学系统,大量研究表明力学因素在心血管疾病血管重建发生、发展过程中起到直接而明显的作用。应用力学和生物学交叉融合的理念和技术,探讨应力刺激诱导血管重建的分子机制已成为力学生物学研究领域的前沿热点之一。近年来,我们关注了细胞核这一细胞内刚度(stiffness)最高和基因转录发生的亚细胞结构,开展了"分子-细胞-组织-动物整体"的多层次研究,探讨细胞核骨架蛋白在应力诱导血管重建中的力学生物学机制。     

微振动在骨髓间充质干细胞成骨向分化中的作用机制研究进展

微振动是指系统相对平衡位置幅度很小的周期性偏离,而高频率、低振幅的微振动(low-magnitude high-frequency vibration, LMHFV)对骨骼系统细胞的作用力与肌肉运动时对骨骼产生的力学刺激相似。骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)作为力学敏感细胞,存在于骨髓基质,具有多向分化潜能。在体外适当机械刺激下,BMSCs增殖、分化等生物学特性发生功能性变化,对力学刺激做出适应性应答。LMHFV可促进BMSCs向成骨细胞分化,探明其机制有助于将微振动应用于骨质疏松、骨折、成骨不全症、肥胖症等疾病的治疗以及正畸牙移动的加速等方面。综述微振动对BMSCs成骨向分化的影响以及可能的作用机制,为研究微振动刺激下BMSCs的力学生物学改变提供思路。     

TGF-β与MAPK细胞内信号转导通路的交互调节及其在心血管疾病中的作用

TGF-β/Smad和MAPK细胞内信号转导通路在调节细胞的增殖、分化、凋亡等生物学过程中均发挥着重要的作用。这两条通路可在膜受体、细胞内信号分子和核内基因水平等多个层次发生复杂的交互调节关系,使细胞对外界刺激信号产生相应的生物学效应。它们通过对血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)和内皮细胞的增殖、分化、迁移等细胞生物学行为的调节而抑制或促进高血压、动脉粥样硬化、心肌病等心血管疾病的进展。