应力作用下骨改建下游信号分子mTOR的研究

力学刺激对骨的形成、改建和正常功能的维持具有重要的作用，但对于其下游信号转导的机理目前仍不清楚。mTOR是细胞能量代谢和蛋白质合成的重要下游信号调节分子，可以对上游多种信号起到调节和整合作用，通过翻译和能量代谢水平的促进作用来增加蛋白质的合成，而且在成骨细胞功能分化和正常骨骼发育中也有重要作用。本项目在现有研究工作的基础上，推测mTOR信号通路是骨形成和改建过程中的重要信号分子，应力最终可能通过mTOR信号通路的激活，实现蛋白质合成和钙盐沉积的增加，完成骨形成和改建。并拟通过细胞加载、定位检测、正向刺激、逆向阻断等方法，从蛋白质合成和能量代谢两个水平研究mTOR信号通路，描绘出外力刺激、蛋白质合成和能量代谢改变的下游信号转导图，进一步通过在体加载刺激对该通路进行验证，研究结果对骨改建机理的阐明，以及代谢性骨疾病的研究和防治都具有重要的意义。

力学刺激对骨的形成、改建和正常功能的维持具有重要的作用，但对于其下游信号转导的机理目前仍不清楚。mTOR 是细胞能量代谢和蛋白质合成的重要信号调节分子，可以对上游多种信号起到调节和整合作用，通过翻译和能量代谢水平的促进作用来增加蛋白质的合成，而且在成骨细胞功能分化和正常骨骼发育中也有重要作用。本项目在现有研究工作的基础上，研究了mTOR 信号通路在应力调节蛋白质合成、成骨矿化及能量代谢中的作用。本项目采用Flexcell牵张应力加载系统对体外培养的成骨样细胞系MG63加载机械牵张应力，从成骨矿化和能量代谢两个方面研究 mTOR 信号通路，描绘出其在应力引起成骨矿化和能量代谢改变中的作用，进一步通过在体加载刺激对该通路进行验证，研究结果对骨改建机理的阐明，以及代谢性骨疾病的研究和防治都具有重要的意义。.通过本项目研究发现：（1）机械应力可以上调细胞ATP水平，在基因和蛋白水平上调ATP合成酶（ATP5B、ATP5J）及成骨相关基因和蛋白（ALP，runx2），并且可以增加矿化结节的形成，说明机械牵张应力在促进骨形成，调节能量代谢中发挥着积极作用；（2）牵张力可以激活成骨细胞的Akt/mTOR/p70s6k信号通路，为应力调控成骨矿化与能量代谢的信号通路提供了一个新选择；（3）对体外培养的成骨样细胞系MG63加载机械牵张应力的同时加入wortmannin与rapamycin逆向阻断PI3K与mTOR，观察上下游分子及成骨与能量代谢相关指标，发现阻断Akt与mTOR均可以阻断应力对MG63能量代谢的促进作用，阻断mTOR可以抵消应力对成骨的促进作用，而阻断Akt不能抵消应力对成骨的促进作用；（4）近中移动大鼠右上第一磨牙发现牙周膜的Akt/mTOR/p70s6k蛋白均有所增加，ATP5B与ALP，runx2也有上调。通过本项目的研究，得出mTOR是应力促进成骨矿化及能量代谢的重要信号通路之一，而应力调节成骨的作用可能非依赖于Akt途径，应该还有新的途径在中间起作用而激活mTOR，为进一步研究奠定了基础。