力学刺激对培养软骨细胞的影响

关节软骨主要由软骨细胞和胞外基质组成，而胞外基质主要包括胶原和蛋白多糖，其中Ⅱ型 胶原占胶原的95%，聚合素是蛋白多糖的主要成分，关节运动时软骨经历循环应力载荷而发 生周期性变形和恢复，循环载荷是软骨细胞执行正常功能和维持胞外基质正常表型的基本因 素。而体外培养软骨细胞其随传代次数增加而发生代谢、表型的变化伴有Ⅱ、Ⅳ型胶原合成 减少，Ⅰ、Ⅲ型胶原合成增加和蛋白多糖分子量的改变，为维持体外培养软骨细胞的正常形 态和功能则许多学者进行了软骨细胞培养的力学刺激实验研究。这种压力可分为两种：一种 是持续静压力，一种是循环动压力，力学刺激对调控软骨代谢和维持其胞外基质正常表型起 重要作用，其中静压力刺激减少了Ⅱ胶原和蛋白多糖的合成，而正常动压力刺激则促进Ⅱ型 胶 原和蛋白多糖的合成［16，17］，K.Koarninnta［18］实验表明持 续高流体静压力抑制蛋白多糖的合成和分泌，减少了聚合素mRNA的表达，改变了高尔基氏器 的形态和抑制微丝的组成。在循环压力作用下软骨组织内4种物理特性发生变化；①静水压 ；②毛细液流；③流能；④组织与细胞变形。低频循环压力促进基质降解而高频循环压力则 促进软骨细胞合成代谢。所以力学刺激是软骨细胞的一个重要调节者，但软骨细胞又如何接 受力学刺激信号呢自从认识软骨细胞可以分泌整合素以来，整合素就在软骨细胞与胞外基 质信号转导方面起着重要作用。整合素是一种异二聚体(α、β)转膜糖蛋白特异性受体，力 学刺激使胞外基质与整合素结合同时与细胞骨架相连，从而影响着基因表达和调控细胞生长 和分化［19，20］。力学刺激促进胶原合成增加同时整合素合成也上调，力学刺激 增加了α2整事素亚单位mRNA表达。实验表明在软骨细胞培养一周后，给予循环压力刺激 15次/min，结果3h后，循环压力促进了Ⅱ型胶原和聚合素mRNA的表达，从而说明胞外基 质 调节整合素来应答力学刺激。α2 β1整合素是Ⅱ型胶原受体。软骨基质受体作为一 种 应力感受器在软骨基质网络中通过力学刺激信号来调控软骨细胞。周期性力学刺激促进基质 合成，而静压力则促进基质合成减少［21，22］，所以力学刺激信号可能通过力学 刺激、细胞外基质、整合素、细胞骨架(肌动蛋白)而调控软骨细胞的增殖和分化功能。Taka haki-k［23］等实验证鞒 咚 降木菜 褂盏糏L－6和TNF-α mRNA表达增加 而缩减了蛋白多糖核心蛋白的表达，生理水平的静水压则增加了蛋白多糖核心蛋白的表达， 组织与细胞变形可兴奋ECM受体［24］细胞膜张力受体、细胞网架结构［25 ］而促进合成功能，总之，机构压力对培养软骨细胞的作用在有效范围内与压力值无关， 而与压缩程度(静压力)和频率(循环压力)有关，持续的静压力抑制软骨细胞的合成代谢，一 定频率的循环压力则促进软骨细胞的合成功能［26］。