miR-29b-3p通過調(diào)節(jié)機(jī)械刺激骨細(xì)胞的IGF-1分泌來調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的分化

機(jī)械刺激在骨骼的代謝平衡中起著至關(guān)重要的作用。生理負(fù)荷可誘導(dǎo)骨形成，而負(fù)荷不足或負(fù)荷過大則會導(dǎo)致骨吸收。

作為骨組織中的主要細(xì)胞，骨細(xì)胞對機(jī)械刺激作出反應(yīng)，感知機(jī)械刺激并將其整合到生化信號中，以調(diào)節(jié)骨形成和骨吸收。以往的研究主要集中在骨細(xì)胞對流體剪切應(yīng)力的反應(yīng)，然而，骨細(xì)胞如何將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為生物信號并調(diào)節(jié)骨形成（成骨細(xì)胞的活性）或骨吸收（破骨細(xì)胞的活性）仍未完全闡明。

MiRs 是一種小的非編碼單鏈 RNA。先前已發(fā)現(xiàn) miR 在骨形成中起關(guān)鍵作用，并且已鑒定出許多調(diào)節(jié)骨形成的 miRs 。然而，在骨細(xì)胞中，尚未確定有哪些 miRs 對機(jī)械應(yīng)變有反應(yīng)，并且尚未完全了解機(jī)械反應(yīng)性 miRs 如何調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化。

以此為切入點，來自山東省生物物理重點實驗室、廣西桂林醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系、德州市第二人民醫(yī)院內(nèi)科等單位的專家學(xué)者進(jìn)行了深入研究，在 Cellular & Molecular Biology Letters 上發(fā)表了題為《miR-29b-3p regulated osteoblast differentiation via regulating IGF-1 secretion of mechanically stimulated osteocytes》的研究論文。

該團(tuán)隊之前的研究證實，在 0.5Hz下，機(jī)械拉伸強(qiáng)度為2500 με，持續(xù)8小時，可促進(jìn)成骨細(xì)胞的骨形成，并發(fā)現(xiàn)了機(jī)械反應(yīng)性miRs。這促使研究人員進(jìn)一步研究骨細(xì)胞對機(jī)械拉伸應(yīng)變的反應(yīng)，并尋找骨細(xì)胞的機(jī)械反應(yīng)性 miRs。

miR-29b 調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化（在 MC3T3 成骨細(xì)胞中，miR-29b 過表達(dá)促進(jìn)成骨分化），并且證實 IGF-1 是 miR-29b 的靶基因。因此，研究人員推測 miR-29b 對施加于骨細(xì)胞的機(jī)械應(yīng)變有反應(yīng)，并參與成骨細(xì)胞分化。然而，miR-29b骨細(xì)胞將機(jī)械信號轉(zhuǎn)化為生物信號并調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化的機(jī)制尚未完全闡明。

該實驗研究了骨細(xì)胞對 0.5Hz 下 2500 με 機(jī)械拉伸應(yīng)變 8 小時后的生物學(xué)反應(yīng)，并選擇了一些新的機(jī)械敏感 miRs。此外，還研究了 miR-29b 參與骨細(xì)胞對機(jī)械應(yīng)變和成骨細(xì)胞分化的反應(yīng)。

實驗首先研究了骨細(xì)胞對 0.5Hz、2500 με 的生理機(jī)械拉伸應(yīng)變 8 小時的反應(yīng)。如圖1所示， 對MLO-Y4細(xì)胞施加機(jī)械拉伸應(yīng)變后，IGF-1和PGE2的ELISA結(jié)果、OPG的蛋白質(zhì)印跡和NOS活性的生化檢測結(jié)果都發(fā)生了變化。這四個因素在骨形成中都起著重要作用。
 

接下來，實驗篩選并驗證了10個 miRs 對應(yīng)用于 MLO-Y4 細(xì)胞的機(jī)械拉伸應(yīng)變的響應(yīng)。通過miR微陣列篩選，共有40個miRs出現(xiàn)差異表達(dá)。然后，使用 qPCR 進(jìn)一步驗證了 這40 個 miRs。結(jié)果確定了10個機(jī)械響應(yīng)的 miRs：與正常組相比，其中8個上調(diào)，而 miR-29b-3p 和 miR-361-3p 下調(diào)。（圖2 A）
 

應(yīng)用生物信息學(xué)來預(yù)測這些不同表達(dá)的 miRs 的靶基因。結(jié)果表明，多個靶基因與骨形成相關(guān)。其中，IGF-1 最引人注意，在之前的研究中，機(jī)械應(yīng)變骨細(xì)胞中IGF-1的表達(dá)水平升高（圖1），而miR-29b-3p的表達(dá)水平降低（圖2 A），表明 miR-29b-3p 可能通過靶向 IGF-1 來調(diào)節(jié)骨形成。

最后，繼續(xù)研究 miR-29b-3p 在骨細(xì)胞對機(jī)械應(yīng)變反應(yīng)中的作用以及 miR 對成骨細(xì)胞分化的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，施加機(jī)械牽張力下調(diào) MLO-Y4 細(xì)胞而不是MC3T3-E1細(xì)胞中 miR-29b-3p 的表達(dá)，而且 miR-29b-3p 抑制骨細(xì)胞IGF-1的分泌（圖2 C）。

miR-29b-3p 模擬物轉(zhuǎn)染導(dǎo)致 MLO-Y4 細(xì)胞中 miR 過表達(dá)，導(dǎo)致骨細(xì)胞培養(yǎng)上清液中 IGF-1 水平降低，而 miR-29b-3p 抑制劑轉(zhuǎn)染導(dǎo)致miR-29B-3P的低表達(dá)，而且增加了IGF-1的分泌（圖2 B）。

這些結(jié)果表明 miR-29b-3p 通過骨細(xì)胞分泌調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化。
 

總之，該研究發(fā)現(xiàn)骨細(xì)胞對2500 με、0.5 Hz、8 h的循環(huán)機(jī)械拉伸應(yīng)變有反應(yīng)；在骨細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了機(jī)械反應(yīng)miRs；miR-29b-3p對機(jī)械拉伸應(yīng)變有反應(yīng)；miR通過調(diào)節(jié)骨細(xì)胞IGF-1的分泌來調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的分化。

據(jù)報道，骨細(xì)胞對流體剪切應(yīng)力、微重力和流體流動有反應(yīng)。該研究結(jié)果表明，骨細(xì)胞也可以通過 miR-29b-3p 調(diào)控 IGF-1 的分泌來響應(yīng)機(jī)械拉伸應(yīng)變，調(diào)控成骨細(xì)胞分化，這將為骨細(xì)胞調(diào)控骨形成提供一些線索。

參考文獻(xiàn)：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.

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