脉冲电磁场促进成骨细胞成熟分化依赖于初级纤毛-PI3K/AKT途径

目的:研究脉冲电磁场(pulse electromagnetic fields,PEMF)促进大鼠成骨细胞成熟分化是否与初级纤毛和PI3K/AKT途径相关,探讨PEMF促进骨形成的作用机制.方法:用酶解法获取新生SD大鼠颅骨成骨细胞(rat calvarial osteoblasts,ROB),50 Hz、0.6 mT PEMF处理0、0.5、1、1.5和2h后检测磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)和蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)蛋白表达量及初级纤毛长度和发生率的变化情况;用LY294002阻断PI3K/AKT信号途径,观察PEMF促进ROB成骨性分化是否受到影响;以RNAi法干扰IFT88的基因表达以抑制初级纤毛发生,观察PEMF激活的PI3K/AKT信号途径及ROB的成骨性分化是否受到影响.成骨性分化指标包括碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性,real-time PCR法和Western blot法检测的成骨性相关基因BMP-2、COL-1和OSX的基因表达量,以及钙化结节数量等.结果:经PEMF处理0、0.5、1、1.5、2h后,ROB的PI3K、AKT蛋白表达量升高(P＜0.01),初级纤毛变长;其中PI3K在0.5h时蛋白表达量达到最高,随着PEMF处理时间增加,蛋白表达量降低;AKT在0.5h和1.5h时蛋白表达量较高.用PI3K阻断剂LY294002阻断PI3K/AKT信号途径后,PEMF不再能提高成骨细胞中ALP活性和成骨性相关基因BMP-2、COL-1、OSX的基因表达量,但在阻断前PEMF能增加ROB中ALP活性和成骨性相关基因的表达;RNAi干扰初级纤毛发生后,PEMF不再能增加PI3K的蛋白表达量,说明初级纤毛干扰后,PEMF不能激活PI3 K/A KT信号途径;其次,PEMF提高ALP活性的作用消失,也不能提高BMP-2、COL-1和OSX的基因表达量,其增加ROB钙化结节形成能力的作用也消失,说明初级纤毛干扰后,PEMF促进成骨细胞成熟矿化的能力消失.结论:PEMF通过成骨细胞表面的初级纤毛激活了PI3K/AKT信号途径,进而发挥了骨形成活性的促进作用.