研究背景:众所周知,外部的机械刺激通过调节骨重塑来增加骨量和骨质,而废用性状态（如微重力、卧床休息和石膏固定）则会导致骨质和骨量的迅速丢失。骨组织经历许多不同类型的生理力学刺激,如压缩应力、流体剪切应力和牵张应力。机械牵张应力在临床应用中是一种重要的机械载荷模式,例如牵张成骨、正畸治疗、骨折愈合修复等。越来越多的证据表明,机械牵张应力能够刺激体内骨的合成代谢,加速骨再生。多项体外研究表明,机械牵张应力可显著加速成骨细胞的成熟、分化和矿化基质沉积,并促进成骨相关基因的表达。然而,机械牵张应力促进成骨细胞分化的潜在机制仍然不清楚。本课题组的前期研究表明机械牵张应力通过激活Akt/m TOR/p70s6k信号促进成骨细胞的能量代谢和成骨分化,抑制m TOR信号后,机械牵张应力促进的成骨分化被抑制,但是抑制Akt信号后,机械牵张应力促进的成骨分化没有发生明显变化（除ALP外）,提示可能存在某种信号与m TOR信号相互作用共同维持成骨细胞的表型。此外,m TOR和NF-κB都是Akt的下游分子,通过交互作用从而调节肿瘤细胞的活性。然而,机械牵张应力刺激成骨细胞时,m TOR和NF-κB是否存在交互调节作用从而维持成骨细胞的稳态仍是未知的。方法:首先,基于目前的细胞牵张应力加载设备,自主研发设计了一套可产生机械牵张应力的闭环反馈加载系统,这个装置可以控制机械牵张应力的大小和频率。同时,通过Image J软件对压强和形变之间的关系进行分析,研究了不同方向及不同加载周期下压强对膜形变的影响。然后使用自制的机械牵张应力加载闭环反馈加载系统,对成骨细胞施加机械牵张应力（10%,6个周期/min）,通过普通光学显微镜观察细胞形态,利用q-RTPCR技术、ALP染色及茜素红染色观察机械牵张应力对成骨分化、矿化的影响。最后,采用Western blotting、免疫荧光技术分析机械牵张应力刺激对成骨细胞中蛋白表达的影响,使用抑制剂和si RNA阻断m TOR和NF-κB信号,观察机械牵张应力刺激对成骨相关基因表达的变化。结果:自制研发设计的机械牵张应力的闭环反馈加载系统产生的压强和膜形变具有线性关系,膜形变具有各向同性,膜的顺应性产生的形变误差无统计学意义,该设备可对细胞施加可重复性和可持续性的机械牵张应力。研究结果显示机械牵张应力刺激使成骨细胞成规律性的线性排列,细胞内成骨相关基因表达水平明显增加,ALP活性、矿化结节明显增多。机械牵张应力刺激使成骨细胞内p-m TOR/m TOR蛋白比值升高,抑制m TOR蛋白后,机械牵张应力刺激促进的成骨相关基因被明显抑制。机械牵张应力刺激使成骨细胞内p-p65/p65蛋白比值升高,免疫荧光结果发现p65发生明显核位移。抑制NF-κB（p65）蛋白后,机械牵张应力刺激促进的成骨分化会进一步升高。同时抑制m TOR和NF-κB（p65）后,在机械牵张应力刺激下,成骨相关基因的表达高于单一抑制m TOR信号组,低于单一抑制NF-κB（p65）信号组,与抑制m TOR和NF-κB的上游Akt信号组相比无明显差异。结论:自主研发设计的机械牵张应力的闭环反馈加载系统对细胞的生物力学信号转导研究具有重要意义。研究结果表明,m TOR和NF-κB之间的交互作用在机械牵张应力介导的成骨细胞分化过程中发挥了关键作用。m TOR信号在机械牵张应力促进的成骨分化过程中起正向调控的作用,NF-κB信号起反向调控的作用,m TOR与NF-κB交互作用使机械牵张应力诱导的成骨细胞分化维持在正常水平（既不过高也不过低）,这可能是机械牵张应力刺激成骨细胞的力学信号转导中的一个重要信号通路。本研究首次揭示了机械牵张应力下成骨细胞中m TOR和NF-κB的交互作用在成骨细胞表型维持中起重要作用。这些发现证明了机体骨量的平衡不仅取决于成骨细胞和破骨细胞间的动态平衡,成骨细胞本身也会通过m TOR和NF-κB及其交互作用维持表型稳定,有助于丰富成骨细胞力学信号转导机制的基础知识认识,也为机械牵张应力相关的临床治疗（如牵张成骨、正畸治疗）提供了理论指导,使人们对力学信号转导机制的有了更深的认识。