由创伤、骨肿瘤切除、感染灶清除或先天性疾病引起的骨缺损是一种严重威胁人类健康的常见疾病。当前，针对骨缺损的临床治疗方法主要包括自体骨移植、同种异体骨移植和人工骨置换等。然而，这些方法普遍存在着供体部位损伤、引起并发症和免疫排斥反应等问题。因此，基于骨组织工程技术构建功能化骨组织，并应用于骨缺损的治疗，成为未来的研究趋势。

研究表明，体外骨组织的构建受到多种因素的影响，包括种子细胞、三维支架、生长因子以及机械刺激等。其中，缺乏类似生理环境的机械刺激会影响骨组织的形成。在人体内，骨组织具有多级孔隙结构，而流体剪切力（FSS）是成骨相关细胞所能感受到的主要机械刺激。在成骨诱导过程中，骨髓间充质干细胞（BMSCs）会经历快速增殖、早期基质成熟以及晚期矿化等阶段，逐渐分化为前成骨细胞、成骨细胞和骨细胞。这些细胞在不同阶段具有特定的生理功能，并表达特有的标志物。

越来越多的研究发现，成骨分化过程中不同类型的细胞对机械刺激的响应不同。然而，对于间充质干细胞在不同成骨分化阶段的力学响应及其相关机制的认识仍然有限。近期，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室的周燕教授和谭文松教授的团队，探讨了流体剪切力对成骨分化不同阶段BMSCs影响及其相关机制，并在《Biochemical Engineering Journal》上发表了研究论文，揭示FSS如何通过增强LaminA表达及与METTL3的相互作用，促进早期基质成熟阶段的BMSCs成骨分化的新机制。

为了研究成骨分化各阶段细胞的生物特性，研究团队首先对诱导成骨分化的BMSCs进行了表征和阶段划分。通过观察细胞形态发现，BMSCs在成骨分化过程中经历了增殖、聚集和矿化三个阶段。同时，成骨相关基因及蛋白的检测结果显示，成骨诱导1-3天时，COL-I、RUNX2和OSX的表达增加；而在成骨诱导7天时，细胞大量表达多种成骨相关蛋白，包括ALP、COL-I、RUNX2、OPN和OCN；到成骨诱导14天后，细胞则高表达成骨晚期的标志性蛋白OPN和OCN，同时RUNX2、ALP和COL-I的表达下降。由此可见，成骨诱导的不同时间点分别对应于细胞的不同分化阶段。

该研究使用多腔道平行平板流动腔对成骨分化的细胞施加FSS刺激，结果表明，FSS刺激可以有效促进各阶段细胞的成骨效果，尤其是在早期基质成熟阶段，FSS能够显著提高成骨相关基因及COL-I、OCN和OPN蛋白的表达。这提示当细胞进入早期基质成熟阶段时施加FSS刺激，能够产生特别显著的促进效果。

为了探究FSS在促进早期基质成熟阶段成骨分化中的作用机制，研究考察了不同分化阶段细胞在FSS刺激下的形态变化。研究发现FSS刺激使各阶段细胞变得修长，细胞骨架发生重排，尤其是早期基质成熟阶段的细胞形态变化显著，且细胞核内LaminA的表达显著提高。进一步检验细胞骨架和LaminA是否参与FSS促进的成骨分化，结果显示，使用细胞松弛素D和LaminA-siRNA抑制细胞骨架形成及LaminA表达能够显著抑制FSS刺激所引起的ALP活性上调，这表明细胞骨架和LaminA在FSS介导的成骨分化中起着重要作用。

该研究还阐明了LaminA调控核内基因和蛋白表达，从而影响细胞成骨分化的相关机制。研究者通过免疫荧光和蛋白共定位验证LaminA与METTL3在细胞核中的共同定位，结果也显示，在早期基质成熟阶段，FSS作用下METTL3的表达显著提高。使用METTL3竞争性抑制剂STM2457的实验结果进一步表明，抑制METTL3活性会降低早期基质成熟阶段细胞中COL-I、RUNX2、OCN和OPN的表达，从而抑制FSS推动的成骨分化过程。

综上所述，该研究揭示了FSS通过诱导细胞骨架-LaminA机械转导反应来促进早期基质成熟阶段细胞成骨分化的机制。细胞骨架的重排形成应力纤维，机械信号通过骨架-LaminA转导至核内，最终使LaminA与METTL3相互作用，增强METTL3的表达和稳定性，调节m6A甲基化水平，进而促进成骨相关基因和蛋白的表达。这一发现不仅为力学刺激促进BMSCs成骨分化的分子机制提供了新的视角，也为临床骨缺损的治疗提供了潜在靶点。

华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室的周燕教授为该研究的通讯作者，而郭盼则是该文的第一作者。研究得到了国家重点研发计划（批准号：2018YFC1105800）的资助。我们期待未来在生物医疗领域的进一步发展，以帮助更多需要治疗的患者。

环亚集团·AG88 致力于推动生物医学的研究和应用，为行业的创新贡献自我力量。如您有进一步的想法和建议，欢迎联系环亚集团·AG88。感谢您对我们工作的支持与关注！