戴尅戎院士研究组最新文章揭示新机制

　　

生物通报道：中科院上海生科院/上海交大医学院健康所，中科院干细胞生物学重点实验室的研究人员发现连续施加周期性拉应力对于间充质干细胞成骨分化有明显的抑制作用，这揭示这一抑制过程则是通过RhoA-ERK1/2-Runx2通路介导。这一研究成果公布在国际学术期刊Journal of Cellular Physiology上。

领导这一研究的是中科院健康所戴尅戎院士，其早年毕业于上海第一医学院，先后担任原上海第二医科大学附属第九人民医院教授、院长、临床医学院院长、骨科主任、骨与关节研究中心主任等。戴尅戎教授通过医工结合有特色地发展了骨科学学科。在国际上首先将形状记忆合金用于医学领域，发明多种内固定和人工关节制品，用于人体内部，从而推动了形状记忆合金的医学应用。

间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）具有多向分化的潜能，即在特定的诱导条件下可分化为骨，软骨，脂肪，肌腱，肌肉以及骨髓基质等多种组织细胞，在临床治疗以及组织工程中具有广阔的应用前景。因此，探究 MSCs分化的调控机制成为该领域研究的焦点。力学刺激作为一种物理性的刺激形式，是细胞微环境中细胞命运调控的重要因素，也成为研究MSCs分化调控机制的重要手段，而关注力学刺激如何调控MSCs向骨方向分化方面的研究，对进一步揭示细胞微环境对MSCs命运调控机制的研究将提供有价值的理论依据，也为MSCs的临床治疗与组织工程奠定基础。

戴尅戎院士课题组的石玉博士研究生等科研人员应用国际上先进的细胞力学刺激仪器（Flexcell 4000+系统）对MSCs进行连续周期性拉应力刺激（Continuous Cyclic Mechanical Tension，CCMT），结果发现MSCs向成骨分化的主要标记包括核心结合因子（Runt-related 2，Runx2）、骨桥蛋白（osteopontin，OPN）、碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALP）、1型胶原(Collagen Type 1，COL-1)等表达明显降低，且这种连续周期性拉应力可抑制一类重要的小GTP结合蛋白—RhoA的活化，外源性的激活RhoA可以解除力学刺激对成骨分化的抑制作用。进一步的研究发现，RhoA活化可影响下游重要的MAPK-ERK1/2的磷酸化水平，进而调节Runx2的表达水平，最终抑制了间充质干细胞向成骨分化。该项研究为应用力学刺激进行骨再生、骨塑性的临床治疗提供了重要的理论依据。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Continuous cyclic mechanical tension inhibited Runx2 expression in mesenchymal stem cells through RhoA-ERK1/2 pathway

Tensile load is known to regulate the osteogenesis of mesenchymal stem cells (MSCs) and osteogenic progenitors; therefore it is widely used in clinical treatment and tissue engineering. Meanwhile, in vitro, both published studies and our lab data demonstrate that the application of intermittent tensile loading which stimulates cells several minutes or hours each day for several days has promoted the osteogenic differentiation of MSCs. Whereas, for clinic trails, it is important to know accurately how and how long mechanical tension should be applied. Hence, it is necessary to investigate different kinds of mechanical tension on osteogenesis of MSCs. Until now, during the osteogenesis, there has been no research on the effect of continuous cyclic mechanical tension (CCMT) which provides continuous stimulation throughout the study period. We firstly figure out CCMT inhibiting the expression of osteogenic genes such as key transcription factor Runx2. It is known that RhoA regulates cell differentiation in response to mechanical stimuli. MAPK signaling acts as a downstream effector of RhoA. So, we ask in MSCs, if CCMT regulates the osteogenic master gene Runx2 through RhoA-ERK1/2 pathway. And then, we find out there is a decrease in RhoA activity after CCMT stimulation. Pre-treatment of CCMT-loaded MSCs with LPA, a RhoA activator, restores ALP activity and significantly rescues Runx2 expression, while pre-treatment with C3 toxin, a RhoA inhibitor, further decreases the activity of ALP and down-regulates the expression of Runx2. Following results indicate that the inhibition of Runx2 expression after CCMT stimulation is mediated by RhoA-ERK1/2 pathway.

作者简介：

戴尅戎 中国工程院院士

　　戴尅戎，男，福建省漳州市人。上海交通大学医学院终身教授。1955年毕业于上海第一医学院。1983-1984年在美国Mayo医学中心及研究生院任客座研究员。先后担任原上海第二医科大学附属第九人民医院教授、院长、临床医学院院长、骨科主任、骨与关节研究中心主任、上海市关节外科临床医学中心主任、教育部数字医学工程研究中心主任、世界华裔骨科学会会长、亚太人工关节学会会长、国际内固定学会理事及中国分会主席、国际多学科生物材料学会副主席、中华骨科学会副主任委员等职。

　　头衔：中国工程院院士，首届上海市发明家，‘97香港杰出中国访问学人、上海市医学荣誉奖、何梁何利基金科学与技术奖、上海市科技功臣等荣誉称号获得者。

　　研究方向：戴尅戎教授通过医工结合有特色地发展了骨科学学科。在国际上首先将形状记忆合金用于医学领域，发明多种内固定和人工关节制品，用于人体内部，从而推动了形状记忆合金的医学应用。在关节外科特别是人工关节方面作出创造性贡献，发展出多种具首创性的人工关节和骨折内固定装置，设计出计算机辅助个体化人工关节并实现产业化。在国内医院中首先建立骨科生物力学研究室，开展步态分析和骨结构、内固定等方面的生物力学研究。先后获国家发明二等奖、国家科技进步二、三等奖、国家教委、卫生部、上海市科技进步一、二、三等奖等28项奖励，获得授权及申请专利11项。