新基因ATFIF在成骨细胞力学信号转导中的功能和调控机制研究

如何促进骨的构建，减缓骨的吸收，成为防治失重性骨质丢失的关键所在。我们在近年发现一个与应力相关的重力敏感新基因ATFIF，初步研究提示ATFIF具有负调控成骨细胞的功能，但力学信号在成骨细胞内调控ATFIF的途径及ATFIF对成骨细胞的调控机制，目前尚未得到阐明。本项目利用细胞流体剪切应力刺激装置，采用分子生物学技术，开展对整合素通路、FAK通路和PKC通路是否参与ATFIF的力学信号调控，成骨细胞分化和骨形成因子的功能是否受ATFIF调控的研究，进而利用基因芯片检测ATFIF对成骨细胞生长调控基因谱的影响，再利用细胞回转器模拟失重，研究模拟失重环境下ATFIF对成骨细胞功能的调控规律。本研究结果可深入阐明ATFIF在成骨细胞内的力学信号调控途径，揭示ATFIF调控骨骼生长的细胞学机制，明确ATFIF作为骨质疏松治疗靶点的价值，这对失重性骨质丢失及骨质疏松症的防治都具有重要的指导意义。

骨骼脱负荷引起的临床骨质疏松症和失重环境下的骨质丢失已成为妨碍人类健康和太空探索能力的最重要的难题之一，如何促进骨的构建，减缓骨的吸收，已成为防治这类骨质疏松的关键所在。骨骼细胞对应力的反应具有特定的分子信号机制。在以往国家自然科学基金项目的研究中，我们发现和证实ATFIF是与应力相关的重力敏感基因，但ATFIF产物在成骨细胞内受到应力调控的具体信号转导途径及其对成骨细胞功能的调控通路，还缺乏深入的研究，其在失重导致的成骨细胞力学信号下降中发挥了怎样的角色，也缺乏深入的研究。本项目利用细胞流体剪切应力刺激装置，采用分子生物学技术，开展对整合素通路、FAK通路和PKC通路是否参与ATFIF的力学信号调控，成骨细胞分化和骨形成因子的功能是否受ATFIF调控的研究，进而利用基因芯片检测ATFIF对成骨细胞生长调控基因谱的影响，再利用细胞回转器模拟失重，研究模拟失重环境下ATFIF对成骨细胞功能的调控规律。结果发现，ATFIF是miR-132的靶基因，对成骨细胞具有负性调控作用，可抑制细胞的增殖与分化，并通过调控PGE2的分泌干预细胞的成骨作用能力；G蛋白/细胞内钙/PKC力学信号传导通路途径参与了ATFIF的调控，但整合素/细胞骨架通路和FAK/Shc/Grb2/Sos/MAPK途径不参与力学信号调控ATFIF；转录因子NF-κB和AP-1参与力学信号对ATFIF的调控，ATFIF对NF-κB和AP-1无负反馈调控作用；ATFIF 对细胞分化和骨形成因子OPG、RANKL、OPN、COLIA1、ALP、Cbfa1和Osx具有负调控作用；ATFIF可以通过调控细胞的基因表达来影响细胞的功能，基因功能分析证实ATFIF的调控主要与细胞的基因转录、钙离子通道、细胞周期和细胞黏附等相关；在模拟失重条件下，模拟失重可通过对G蛋白/细胞内钙/PKC通路、转录因子NF-κB和AP-1活性的抑制，进而增强力学信号对ATFIF的调控；ATFIF参与了对成骨细胞的分化调控；基因功能分析证实差异基因主要参与调控成骨细胞钙离子通道和细胞周期。本研究初步阐明了ATFIF 在成骨细胞内的力学信号调控途径，揭示了ATFIF 调控骨骼生长的细胞学机制。这些问题的解决，为失重性骨质丢失及骨质疏松症的防治提供了新的思路和理论依据。