生理性拉应力通过Nell-1/Ihh信号通路对ATDC5软骨细胞分化的调控作用

目的:探讨生理性拉应力对软骨细胞分化的调控作用,并阐明其相关信号通路机制。方法:体外培养软骨ATDC5细胞,应用四点弯曲细胞力学加载仪对其施加生理性拉应力,首先分为对照组和拉应力组(2 000μstrain/2 h组),另分为不同力值(1 000、2 000和3 000μstrain)加力时间为2 h和力值为2 000μstrain不同加力时间(1、2和4 h)组,同时设未加力的细胞为对照组,采用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)法检测各组细胞中Ⅱ型胶原(Col-Ⅱ)、Ⅹ型胶原(Col-Ⅹ)、聚集蛋白聚糖(Aggrecan)、性别决定区Y框蛋白9 (SOX9)、血管内皮生长因子(VEGF)、增殖细胞核抗原(PCNA)、Nel样1型分子(Nell-1)、Runt相关转录因子2 (Runx2)、印度刺猬因子(Ihh)、补缀同源物1 (Ptch-1)、GLI家族锌指蛋白1 (Gli-1)和刺猬因子相互作用蛋白1 (Hhip-1) mRNA表达水平,采用Western blotting法检测各组细胞中Nell-1、Runx2和Ihh蛋白表达水平。ATDC5细胞分为对照组、环巴胺组、拉应力组和环巴胺+拉应力组,采用RT-qPCR法检测各组细胞中Nell-1、Ihh、Ptch-1、Gli-1和Hhip-1 mRNA表达水平,采用Western blotting法检测各组细胞中Nell-1和Ihh蛋白表达水平。结果:与对照组比较,2 000μstrain/2 h组细胞中Col-Ⅱ、 Col-Ⅹ、 Aggrecan、 SOX9、VEGF和PCNA mRNA表达水平均明显升高(P<0.01)。在对细胞施加2 000μstrain不同加力时间(1、2和4 h)或不同力值(1 000、2 000和3 000μstrain) 2 h的拉应力后,与对照组比较,随时间的延长或力值的增加其他各组细胞中Runx2 mRNA表达水平逐渐升高(P<0.01),Nell-1、Ihh、 Ptch-1、 Gli-1和Hhip-1 mRNA表达水平逐渐升高(P<0.01),且在2 000μstrain/2 h时达到最高,随后出现回落但仍明显高于对照组(P<0.01)。Western blotting检测,各组细胞中Nell-1、Runx2和Ihh蛋白表达水平与mRNA表达水平变化趋势一致。环巴胺预处理后,与对照组比较,环巴胺组细胞中Ihh、Ptch-1、Gli-1和Hhip-1 mRNA表达水平均明显降低(P<0.01),拉应力组和环巴胺+拉应力组细胞中Nell-1、Ihh、Ptch-1、Gli-1和Hhip-1 mRNA表达水平明显升高(P<0.01);与环巴胺组比较,环巴胺+拉应力组细胞中Nell-1、Ihh、Ptch-1、Gli-1和Hhip-1 mRNA表达水平明显升高(P<0.01);与拉应力组比较,环巴胺+拉应力组细胞中Ihh、Ptch-1、Gli-1和Hhip-1 mRNA表达水平明显降低(P<0.01)。与对照组比较,环巴胺组细胞中Ihh蛋白表达水平明显降低(P<0.01),Nell-1蛋白表达水平差异无统计学意义(P>0.05),拉应力组和环巴胺+拉应力组细胞中Nell-1和Ihh蛋白表达水平明显升高(P<0.01);与环巴胺组比较,拉应力组和环巴胺+拉应力组细胞中Nell-1和Ihh蛋白表达水平明显升高(P<0.01);与拉应力组比较,环巴胺+拉应力组细胞中Nell-1和Ihh蛋白表达水平差异均无统计学意义(P>0.05)。结论:在生理性拉应力刺激下,Nell-1可在上游激活Ihh信号通路,进而调控ATDC5软骨细胞的分化。