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miR-29b-3p通过调节机械刺激骨细胞的IGF-1分泌来调节成骨细胞的分化

机械刺激在骨骼的代谢平衡中起着至关重要的作用。生理负荷可诱导骨形成,而负荷不足或负荷过大则会导致骨吸收。


作为骨组织中的主要细胞,骨细胞对机械刺激作出反应,感知机械刺激并将其整合到生化信号中,以调节骨形成和骨吸收。以往的研究主要集中在骨细胞对流体剪切应力的反应,然而,骨细胞如何将机械刺激转化为生物信号并调节骨形成(成骨细胞的活性)或骨吸收(破骨细胞的活性)仍未完全阐明。


MiRs 是一种小的非编码单链 RNA。先前已发现 miR 在骨形成中起关键作用,并且已鉴定出许多调节骨形成的 miRs 。然而,在骨细胞中,尚未确定有哪些 miRs 对机械应变有反应,并且尚未完全了解机械反应性 miRs 如何调节成骨细胞分化。


以此为切入点,来自山东省生物物理重点实验室、广西桂林医科大学生物医学工程系、德州市第二人民医院内科等单位的专家学者进行了深入研究,在 Cellular & Molecular Biology Letters 上发表了题为《miR-29b-3p regulated osteoblast differentiation via regulating IGF-1 secretion of mechanically stimulated osteocytes》的研究论文。



该团队之前的研究证实,在 0.5Hz下,机械拉伸强度为2500 με,持续8小时,可促进成骨细胞的骨形成,并发现了机械反应性miRs。这促使研究人员进一步研究骨细胞对机械拉伸应变的反应,并寻找骨细胞的机械反应性 miRs。


miR-29b 调节成骨细胞分化(在 MC3T3 成骨细胞中,miR-29b 过表达促进成骨分化),并且证实 IGF-1 是 miR-29b 的靶基因。因此,研究人员推测 miR-29b 对施加于骨细胞的机械应变有反应,并参与成骨细胞分化。然而,miR-29b骨细胞将机械信号转化为生物信号并调节成骨细胞分化的机制尚未完全阐明。


该实验研究了骨细胞对 0.5Hz 下 2500 με 机械拉伸应变 8 小时后的生物学反应,并选择了一些新的机械敏感 miRs。此外,还研究了 miR-29b 参与骨细胞对机械应变和成骨细胞分化的反应。


实验结果:


实验首先研究了骨细胞对 0.5Hz、2500 με 的生理机械拉伸应变 8 小时的反应。结果显示, 对MLO-Y4细胞施加机械拉伸应变后,IGF-1和PGE2的ELISA结果、OPG的蛋白质印迹和NOS活性的生化检测结果都发生了变化。这四个因素在骨形成中都起着重要作用。


接下来,实验筛选并验证了10个 miRs 对应用于 MLO-Y4 细胞的机械拉伸应变的响应。通过miR微阵列筛选,共有40个miRs出现差异表达。然后,使用 qPCR 进一步验证了 这40 个 miRs。结果确定了10个机械响应的 miRs:与正常组相比,其中8个上调,而 miR-29b-3p 和 miR-361-3p 下调。


应用生物信息学来预测这些不同表达的 miRs 的靶基因。结果表明,多个靶基因与骨形成相关。其中,IGF-1 最引人注意,在之前的研究中,机械应变骨细胞中IGF-1的表达水平升高,而miR-29b-3p的表达水平降低,表明 miR-29b-3p 可能通过靶向 IGF-1 来调节骨形成。


最后,继续研究 miR-29b-3p 在骨细胞对机械应变反应中的作用以及 miR 对成骨细胞分化的影响。实验发现,施加机械牵张力下调 MLO-Y4 细胞而不是MC3T3-E1细胞中 miR-29b-3p 的表达,而且 miR-29b-3p 抑制骨细胞IGF-1的分泌。


miR-29b-3p 模拟物转染导致 MLO-Y4 细胞中 miR 过表达,导致骨细胞培养上清液中 IGF-1 水平降低,而 miR-29b-3p 抑制剂转染导致miR-29B-3P的低表达,而且增加了IGF-1的分泌。


这些结果表明 miR-29b-3p 通过骨细胞分泌调节成骨细胞分化。


实验结论:


总之,该研究发现骨细胞对2500 με、0.5 Hz、8 h的循环机械拉伸应变有反应;在骨细胞中发现了机械反应miRs;miR-29b-3p对机械拉伸应变有反应;miR通过调节骨细胞IGF-1的分泌来调节成骨细胞的分化。据报道,骨细胞对流体剪切应力、微重力和流体流动有反应。该研究结果表明,骨细胞也可以通过 miR-29b-3p 调控 IGF-1 的分泌来响应机械拉伸应变,调控成骨细胞分化,这将为骨细胞调控骨形成提供一些线索。




参考文献:

Zeng Q, Wang Y, Gao J, Yan Z, Li Z, Zou X, Li Y, Wang J, Guo Y. miR-29b-3p regulated osteoblast differentiation via regulating IGF-1 secretion of mechanically stimulated osteocytes. Cell Mol Biol Lett. 2019 Mar 14;24:11. doi: 10.1186/s11658-019-0136-2. PMID: 30915127; PMCID: PMC6416934.

原文链接:

https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/30915127/


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