压应力对骨不连细胞分化能力及OPG/RANKL表达的影响

尽管90％－95%的骨折都能愈合，但骨不连仍是骨折治疗面临的难题。骨不连的治疗，其传统方式为切除硬化骨、凿通髓腔、固定和植骨。目前治疗中发现：大部分骨不连，不直接处理骨折端仅予加压固定甚至简单牢靠固定也可使其愈合, 但其机制尚不明确。我们的前期研究在骨不连断端已分离、培养出NCs并证实其能向成骨分化。本项目以骨不连断端间组织为研究对象，将NCs予以压应力刺激，研究其成骨分化能力并探究促进成骨分化的最佳压应力大小。同时探讨压应力刺激后OPG/RANKL的变化，并研究应力刺激对分裂原活化蛋白激酶的影响及其与OPG/RANK基因表达调控的关系，阐明应力刺激调控OPG/RANKL基因表达的力学信号转导通路，进一步指导临床治疗。

本项目从组织学、细胞生物学和细胞力学等不同层面动态观察骨不连细胞的功能及在压应力条件的变化，探索部分骨不连在不直接处理骨折端能完全愈合的生理与病理学机理。收集肥大性骨不连组织和萎缩性骨不连组织，检测CD34和BMP-2的表达，发现：① 免疫组织化学染色：两组骨不连组织在光镜下的组织形态无明显差异，都包含了间充质细胞，纤维软骨组织，透明软骨组织，部分切片可见极少量骨岛。光镜下可见肥大性骨不连组织和萎缩性骨不连组织细胞胞浆黄褐色颗粒染色的为BMP-2与CD34阳性细胞。② 统计学分析结果显示两组标本BMP-2表达程度无明显统计学意义，两组标本CD34表达程度亦无明显统计学意义。③ 两组标本微血管密度（MVD）无明显统计学差异。④ BMP-2与CD34的表达程度与患者年龄无明显统计学关系。⑤ BMP-2与CD34的表达程度与患者骨不连时间在统计学上无明显联系。⑥ 肥大性骨不连组织和萎缩性骨不连组织的成骨潜能相似。⑦ 肥大性骨不连组织和萎缩性骨不连组织的微血管状态无明显差异。该研究证实萎缩性骨不连断端组织的血供和成骨潜能并不劣于肥大型骨不连断端间组织。进一步从骨不连断端间组织分离、培养出骨不连细胞，并用流式细胞仪检测其表面抗原，发现发现有90％以上的细胞表达CD44和CD29，而大约10％的细胞表达CD34和CD45，其表型与骨髓间充质细胞类似。取培养三代的骨不连细胞进行多向分化潜能研究，发现骨不连细胞可以向成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞分化。进一步证实骨不连细胞类似骨髓间充质细胞,具有多向分化潜能。. 采用不同大小压应力刺激NCs细胞，发现应力刺激能促进NCs细胞向成骨细胞分化，应力在50Kpa时NCs细胞成骨分化能力最强。取促进NCs骨向分化的最佳压应力大小50Kpa刺激NCs细胞，观察RANKL和OPG表达，发现压应力刺激能使NCs细胞RANKL表达增强，而OPG上调不明显，并进一步观察其上游基因ERK1/2与P38的磷酸化水平，发现ERK1/2被激活而P38上调不明显，实验表明，ERK1/2MAPK信号途径参与了应力刺激NCs骨向分化中OPG、RANKL表达的调控，而P38MAPK信号通路可能未起明显作用。该项目的研究成功，为不暴露骨折端加压治疗骨不连提供了理论基础。