过度周期性机械应力刺激可引起软骨细胞炎症反应及凋亡

伍伟挺; 黎润光; 曹生鲁; 梁双武

摘要：背景:软骨细胞为软骨的惟一细胞成分,软骨细胞表型丢失是骨关节炎的特征性改变,而周期性机械应力刺激对软骨细胞的生物特性有重要影响,明确周期性机械应力对软骨细胞的作用机制可为骨关节炎的治疗提供借鉴.目的:观察周期性机械应力对体外软骨细胞炎症反应和凋亡的影响.方法:将原代大鼠软骨细胞接种于Ⅰ型胶原包被的Bioflex板中培养1 d后,采用细胞体外加力实验系统(Flexcell-5000T Tension System)处理细胞,在拉伸频率为0.5 Hz条件下将软骨细胞拉伸24 h,依据拉伸应变率大小分为对照组(0％拉伸)、2％拉伸组、6％拉伸组、8％拉伸组、10％拉伸组、14％拉伸组.拉伸结束后采用ELISA法检测软骨细胞炎症反应(白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α),TUNEL染色及Annexin V-FITC/PI法检测凋亡情况,利用RT-PCR检测内质网应激信号分子(半胱氨酸蛋白酶12、蛋白激酶R样内质网激酶、葡萄糖调节蛋白78).结果与结论:①光镜下可观察到正常细胞(对照组)为多角形,形态不规则;而随机械拉伸应变率增加,细胞有不同程度脱落,边缘模糊变圆,出现凋亡现象;②与对照组相比,施力组白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α升高,尤其是10％拉伸组、14％拉伸组升高较明显(P<0.05);③周期性机械应力作用下,2％、6％拉伸组细胞凋亡率分别为(12.45±1.64)％,(12.48±1.75)％,与对照组(12.14±1.43)％相比差异无显著性意义(P>0.05);而8％、10％、14％拉伸组软骨细胞凋亡率[(29.18±3.04)％,(34.12±3.57)％,(44.32±45.08)％]显著增加(P<0.05);④RT-PCR检测结果显示,8％、10％、14％拉伸组半胱氨酸蛋白酶12、蛋白激酶R样内质网激酶、葡萄糖调节蛋白78的mRNA表达量明显高于对照组(P<0.05);⑤提示周期性机械应力可加速软骨细胞凋亡过程,促进软骨细胞炎症反应,可能与内质网应激通路启动有关.