低频脉冲电磁场通过PI3K/AKT/GSK3β/β-catenin信号途径促进成骨细胞矿化成熟

低频脉冲电磁场(pulsed electromagnetic fields,PEMFs)可以促进体外培养大鼠颅骨成骨细胞(rat calarial osteoblasts,ROB)的矿化成熟,但其具体机制尚不清楚.本实验主要研究PEMFs促进大鼠成骨细胞成熟矿化与PI3K/AKT/GSK3β/β-catenin信号通路的关系,以PEMFs促进成骨细胞成熟矿化的机制.首先,将成骨细胞经不同强度PEMFs处理后检测胞内碱性磷酸酶(ALP)活性的变化,以探明PEMFs促进成骨分化的最佳磁场强度;接着,采用蛋白质印迹法检测PEMFs处理不同时间后细胞内PI3K、p-PI3K、AKT、p-AKT、GSK3β、p-GSK3β、β-联蛋白的变化情况;最后,细胞经PI3K特异性阻断剂处理后,检测ALP活性变化、钙盐沉积情况、成骨性相关基因RUNX2、BMP2表达量,以及BMP2/Smad 1/5/8信号途径的变化情况,同时也检测了该条信号途径下游蛋白质表达量及相关转录因子的核易位情况.结果发现,磁场强度为0.6 mT时,ALP活性最高;PEMFs处理成骨细胞不同时间后,PI3K、AKT和GSK3β总蛋白质无明显变化,但是p-PI3K、p-AKT、p-GSK3β、β-联蛋白的表达量较对照组显著升高,同时β-联蛋白发生核易位;经过PEMFs处理的成骨细胞的ALP活性显著升高,成骨性相关基因表达量明显增加,钙盐沉积能力增强,BMP2/Smad1/5/8信号途径被激活;在加入P13K特异性阻断剂后,PEMFs促进成骨细胞矿化成熟的能力消失,并且不再提高该条信号途径下游蛋白质的表达和相关转录因子的核转位.上述结果提示,0.6 mT PEMFs促进成骨分化的此过程中激活了PI3K/AKT/GSK3β/β-catenin信号通路,若该条信号通路被抑制,则电磁场促成骨作用被抵消,表明低频脉冲电磁场促进成骨细胞矿化成熟依赖于PI3K/AKT/GSK3B/B-catenin信号途径,这为采用脉冲电磁场治疗骨质疏松症提供了理论基础.