● 摘要
力学因素伴随着骨的生长和发育过程，骨的力学性质和骨力学信号传导在骨的研究中具有重要意义。细胞水平的实验表明：空间飞行产生的微重力效应可以导致骨细胞功能的改变，这可能是导致宇航员骨丢失的原因之一。但目前变重力刺激对成骨细胞的影响及其背后的机制尚未完全明了。变重力刺激，尤其是超重刺激是一种对骨细胞施加力学刺激的手段，在组织工程中具有应用潜力。因此研究超重刺激对成骨细胞的影响以及背后的力学信号通路对骨组织工程也具有潜在的价值。
本文以低速离心机为基础建立超重细胞培养平台，对贴壁的成骨细胞施加20×g超重刺激，采用原子力显微镜技术以及细胞生物学实验方法主要对三个问题进行了探索：一、超重刺激对成骨细胞有什么影响？二、成骨细胞中对超重刺激感知的可能的力学感受器是什么？三、超重影响成骨细胞可能的力学信号传导通路是什么？
在关于超重对成骨细胞的影响的研究中，本论文发现20×g持续24小时的超重刺激能够增加成骨细胞的杨氏模量；超重刺激能够增加成骨细胞中骨桥蛋白和Runx2蛋白的表达，并发现细胞的接种密度、超重刺激前的预贴壁时间以及超重刺激的时间长度均能影响超重刺激对这两种蛋白表达的影响效果。
为了寻找成骨细胞中可能的重力感受器，本论文研究了超重刺激对成骨细胞中整合素、黏着斑和细胞骨架的影响。持续24小时的20×g超重刺激能够增加成骨细胞中β1整合素在细胞膜表面的分布，但并不影响β1整合素总的表达量。在此基础上，我们发现超重刺激可能通过影响小窝蛋白所介导的内吞作用进而调控β1整合素在细胞膜表面的分布。以上本文的新发现为寻找成骨细胞中的重力感受器提供了新的思路和方向。另一方面本文借助激光共聚焦显微镜和图像分析软件，对黏着斑和细胞骨架在超重刺激下的变化进行了多角度的分析，得到了多参数的定量分析数据。基于这些数据我们发现20×g持续24小时的超重刺激能够对成骨细胞中黏着斑的数量、大小、黏着斑蛋白的表达以及黏着斑激酶的磷酸化水平产生影响，也能够对细胞骨架的合成量、细胞骨架应力纤维的粗细以及细胞骨架应力纤维粗细的分布产生影响。上述多参数定量分析方法为变重力刺激对黏着斑和细胞骨架影响的研究提供了多角度、较为全面的数据分析方法。
最后，在对成骨细胞响应超重的通路研究中，本文发现细胞骨架在超重对成骨细胞杨氏模量的影响中发挥重要作用；而超重对成骨细胞中骨桥蛋白表达的影响则可能通过黏着斑-细胞骨架-Runx2这条力学信号传导通路实现。