Akt调节切应力诱导骨髓间充质干细胞Bmi-1基因的表达
骨髓间充质干细胞 ( bone mesenchymal stem cells，BMSCs) 是一种来源于中胚层的多能干细胞，具有多向分化潜能。干细胞在体内生长的局部微环境(包括细胞外基质、细胞因子在内的基质微环境和复杂的力学微环境共同组成) 对其分化走向起重要的调控作用。流 体 切 应 力( fluid shear stress，FSS)对骨重塑、骨基质细胞活性及分化起着十分重要的作用。
研究发现，不同作用形式的 FSS 刺激可以通过调节基质干细胞的基因表达变化，从而调控其生长和分化走向。不同强度 FSS( 0. 2 ～ 10．0 Pa)对人 BMSCs 的迁移调节不一样。因此，理解 BMSCs 在力学因素作用下的行为，是进一步在组织工程中实现通过力学因素诱导其增殖、分化的基础。
因此，此实验利用平行平板流动腔系统对大鼠 BMSCs 施加不同强度 FSS，检测 Bmi-1 基因表达，并采用不同信号通路的特异性阻断剂，探讨其中可能的力学信号传导机制。相关研究成果发表在 医用生物力学 题为《 Akt 调节切应力诱导骨髓间充质干细胞 Bmi-1 基因的表达》。
相关实验示意图
实验结果
1、1.5 Pa FSS 作用不同时间点对 BMSCs 中 Bmi-1 基因表达的影响
Ｒeal-time PCＲ 结果显示，BMSCs 在流体剪切力作用 1 h 后，Bmi-1 基因表达即明显增强，两者之间有显著性差异( P ＜ 0． 05) ；而且随着刺激时间的延长，Bmi-1 基因表达也随之增强( 见图 1) 。
2、不同强度 FSS 对 Bmi-1 基因表达的影响
与无 FSS 刺激组相比，FSS 加载各组均能明显增强 Bmi-1 基因的表达，且呈强度依赖，高 FSS 组最明显。组间比较发现，Bmi-1 mＲNA 的增高，低 FSS 组和中等 FSS 组差异; 而高FSS 组 与 中 等 FSS 组相比又明显增高 ( P ＜ 0． 05，见图 2) 。
3、1.5 Pa FSS 激活 BMSCs p-Akt 和 p-EＲK
Western blotting 实验结果显示，FSS 呈时间依赖性激活 BMSCs Akt 和 EＲK 的磷酸化; 其中， FSS 处理后磷酸化水平增加，30 min 达高峰，此后磷酸化水平呈逐渐下降趋势( 见图 3) 。
4、不同抑制剂对 Bmi-1 基因表达的影响
结果显示，加入 DMSO 的单纯受力组与同样加入 DMSO 的静止组比较，Bmi-1 表达显著增高; 而加入 wortmannin 组 与 加 入 DMSO 的单纯受力组比较， Bmi-1表达被抑制( P ＜ 0． 05) ，但加入 PD98059 组与加入 DMSO 的单纯受力组比较，Bmi-1 表达没有影响( 见图 4) 。
综上所述，此研究利用平行平板流动腔系统产生的 FSS，可诱导 BMSCs 中 Bmi-1 mＲNA 的表达，并且其表达量与刺激时间和力的强度密切相关，其中Akt 信号分子可能对 Bmi-1 基因的表达调控起关键作用。