NF-κB和mTOR在应力作用下成骨细胞表型维持中的交互作用研究

Mechanical stimulations on osteoblasts can be transfered into biological signals and thus influence osteoblastic phenotype.These mechanical stress sensitive signaling moleculars and their interaction play an important role in maintaining the stability and balance of osteoblastic phenotype and bone mass in the body. However, the mechanism for the interaction among these mechanical stress sensitive signaling moleculars still remains unclear.Our previous study has demonstrated that mTOR is a downstream sigaling molecular for mechanical stimulation. Mechcanical stretch can regulate osteoblastic phenotype through PI3K/Akt/mTOR signaling pathway. It has been reported that NF-κB is another molecular in bone remodeling and can inhibit osteoblastic phenotype. Interestingly, we found that Akt is the upstream modulating molecular for both NF-κB and mTOR, which implies that there may be interaction between NF-κB and mTOR. In the current study, we plan to investigate the interaction and its possible mechanism between NF-κB and mTOR, by both in vitro and in vivo model.The results of the study would be helpful to enrich our knowlodge on the mechanism of bone remodeling.

力学刺激作用于成骨细胞后会转变为生物信号，这些信号分子及其交互作用对成骨细胞表型和机体骨量的相对稳定和平衡具有重要的意义，但目前对于这些信号分子间交互作用及其机理仍不清楚。我们的前期研究证实mTOR是应力作用下骨改建的重要信号分子，通过PI3K/Akt/mTOR信号转导通路促进成骨细胞表型。NF-κB具有抑制成骨细胞表型的作用，而其上游调控分子也为Akt。我们推测NF-κB和mTOR在成骨细胞应力作用下骨改建过程中存在交互作用，是应力作用下调控成骨细胞表型、维持机体骨量平衡的机理之一。本研究首先通过正向激活、逆向阻断和定位检测观察NF-κB及其相关分子与mTOR之间的交互作用，明确二者之间发生交互调节作用的具体分子和机理；进一步通过对细胞和动物骨组织进行拉力和压力刺激进行验证。研究结果对骨改建机理的阐明，以及代谢性骨病的研究和防治都具有重要的意义。

力学刺激作用于成骨细胞后会转变为生物信号，这些信号分子及其交互作用对成骨细胞表型和机体骨量的相对稳定和平衡具有重要的意义，但目前对于这些信号分子间交互作用及其机理仍不清楚。我们的前期研究证实mTOR是应力作用下骨改建的重要信号分子，通过PI3K/Akt/m TOR信号转导通路促进成骨细胞表型。最近的研究表明，mTOR与Akt下游的两个分子NF-κB相互作用在肿瘤细胞调控中的重要性。NF-κB具有抑制成骨细胞的表型的作用。我们推测NF-κB和mTOR在成骨细胞应力作用下骨改建过程中的存在正负反馈交互作用，是应力作用下调控成骨细胞的表型、维持机体骨量平衡的机理之一。因此，我们推测mTOR和NF-κB以及它们之间的相互作用在拉伸诱导成骨细胞的成骨分化中发挥了关键作用。我们这里发现机械拉伸(10%，6周期/分钟)伸长显著促进成骨样细胞mg - 63细胞的表达成骨相关标记(包括ALP、BMP2、col1α、OCN和Runx2),伴随着增加mTOR磷酸化和NF -κB p65磷酸化和核易位。mTOR拮抗剂或siRNA的阻断抑制了机械拉伸对成骨相关基因的表达，而NF-κB的抑制进一步增加了拉伸诱导的成骨细胞分化。此外，抑制mTOR可降低NF-κB的磷酸化水平，而抑制NF-κB可降低机械拉伸MG63细胞的mTOR激活。mTOR和NF-κB的共同抑制消除了机械拉伸下单一mTOR或NF-κB抑制引起的成骨分化的改变，使其恢复到机械拉伸下成骨细胞成骨分化的表达水平。抑制Akt后成骨细胞的成骨分化表达水平与机械拉伸联合抑制mTOR和NF-κB后的成骨分化表达水平相似。本研究首次揭示了机械拉伸作用下成骨细胞中mTOR和NF-κB之间的相互作用，表明mTOR和NF-κB及其相互作用在成骨细胞对机械拉伸反应的细胞稳态调节中起关键作用。这些发现有助于丰富我们对成骨细胞力学转导分子机制的基础知识，也为机械拉伸相关的临床治疗模式(如牵张成骨)提供了见解。