微管乙酰化介导三维基质刚度调控间充质干细胞能量代谢促进成骨向分化

目的探究能量代谢在三维培养中基质刚度调控间充质干细胞分化过程中的影响与潜在调控机制。方法使用人脐带间充质干细胞与Gel MA胶,构建不同基质刚度的三维水凝胶培养体系。通过q-PCR、ALP检测与银染、免疫荧光染色等手段观察探究不同三维基质刚度对间充质干细胞的成骨分化能力影响、细胞铺展过程与代谢变化。结果实验构建不同基质刚度的三维培养体系,发现软基质促进细胞成骨分化标志物表达、ALP染色。与硬基质相比,软基质内细胞铺展较快、体积较大,细胞内线粒体网络程度高。能量代谢检测结果表明软基质内细胞ATP含量更多,软基质内细胞耗氧量与产酸率均高于硬基质组。Western blotting与免疫荧光染色结果显示软基质组微管蛋白乙酰化水平上调,微管乙酰化酶αTAT1表达水平显著上调,通过si RNA干扰后软基质组微管乙酰化水平受到抑制、线粒体去网络化、ALP活性下降。通过微管凝聚剂Taxol处理消除微管动态平衡后软基质组线粒体网络程度下降、ALP活性下降。结论本研究揭示了较软的三维基质促进了人脐带间充质干细胞铺展、促进了细胞骨架聚集、促进细胞线粒体网络成熟与能量代谢水平,从而促进成骨分化。细胞骨架特别是微管介导了三维基质对线粒体的网络化与能量代谢调控成骨分化。