用蛋白质组学研究下颌牵张成骨中的力学信号转导机制

牵张成骨是一种利用机械张力刺激骨再生的内源性组织工程技术，在颅颌面发育不全和骨缺损的矫治中具有广阔的应用前景，由于其成骨的确切分子机制和信号传导途径尚不清楚，导致其在临床的应用受限。本研究首先拟采用比较蛋白质组学的研究策略，对比分析下颌牵张成骨与骨折愈合过程中的蛋白质表达差异谱，初步筛选牵张成骨过程中可能存在的力学信号转导通路。进一步针对目前体外研究中发现的在细胞机械应力转导中可能起主要作用的整合素信号通路，采用RNA干扰和过表达载体技术，抑制和促进牵张间隙中整合素β1的表达，观察牵张骨痂中蛋白表达谱的变化，同时用RT-PCR、Westernblot等方法检测该通路相关重要信号分子的表达变化，用组织学、X光片、Micro-CT等方法观察阻断和加强该通路后对成骨的影响，初步探寻整合素信号通路在下颌牵张成骨中的作用和分子调控机制。

牵张成骨中机械张力作用于感应细胞并转化为胞内的生化信号，诱导成骨细胞系的增殖、分化和胞外基质矿化过程中信号传导通路的环节和分子调控机制尚不完全清楚，导致目前仍未找到一种理想高效的方法促进成骨。本项目通过基因芯片技术，分析大鼠牵张成骨不同时期牵张区组织所有mRNA的表达情况，发现力传导相关因子Gja1, FAK、Lepr、ERK1及ERK2在牵张成骨力传导过程中起到重要作用；同时，我们发现Wnt及Bmp通路主要在牵张晚期被激活，而Ihh主要在牵张中期被激活。进一步通过RNA干扰降低牵张区FAK的表达，发现FAK干扰后，P-ERK1/2、P-JNK、P-P38MAPK、c-fos及OPN表达显著降低，且早期和晚期成骨效果显著减低。体外实验中，在加力前，用FAK特异性siRNA慢病毒表达载体感染骨髓间充质干细胞（BMSCs），结果发现: 相对于对照组，FAK基因沉默组骨向分化因子Runx 2、ALP表达减弱，整合素重要信号分子integrinβ1和ILK表达显著减弱。说明FAK基因被抑制后，对BMSCs的骨向分化有一定的影响，以上结果说明Intergin-FAK-MAPK通路在牵张成骨的力学诱导成骨过程中起重要作用。另外，我们将牵张中表达显著增高的PTH因子用于快速牵张所诱导的成骨不良条件中，发现能明显促进新骨生成，具有潜在的临床应用价值。本项目为系统性研究牵张成骨中信号传导通路和分子调控机制奠定了基础，为进一步针对整合素-细胞骨架信号转导通路促进牵张成骨提供理论依据。