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低氧诱导因子是迄今发现的组织细胞在低氧状态下诱生的最直接或唯一的调控因子,也是调节低氧状态下细胞分化和存活的关键性调节因子。在细胞内HIFα的代谢过程中,羟基化的HIFα可被VHL蛋白酶识别并由其降解,从而抑制低氧/HIFs信号通路的传导。骨细胞(osteocyte)来源于成熟的成骨细胞,是间充质干细胞的终末分化状态。骨细胞深埋于骨基质中是名副其实的骨的细胞(bone cell)。骨细胞的数量是骨组织中最多的,占骨组织细胞95%以上。骨细胞均匀地分布在矿化的骨基质中,通过细胞膜的多个突触结构互相连接并与骨基质表面的细胞连接形成网状的细胞结构。因此骨细胞被认为是一种理想的细胞,在骨组织发育和代谢过程中启动细胞的生物化学反应。目的:1.研究低氧诱导因子对成熟成骨细胞向骨细胞转化的影响;2.研究激活低氧诱导因子的骨细胞对骨发育和对代谢的影响;3.探究激活低氧诱导因子后形成高骨量可能的原因。方法:1.激光共聚焦显微镜观察德克萨斯红标记的鬼笔环肽体内外染色骨细胞,IMARIS软件三维重建观察,计算骨细胞的变化。利用碱性品红染色激光共聚焦显微镜,塑料包埋磷酸腐蚀扫描电镜观察骨陷窝-骨小管系统的变化。利用TUNNEL和透射电镜观察骨细胞凋亡及其超微结构。2.利用X线、微CT和四环素双标方法检测骨密度和形成速度。HE,番红固绿,免疫组化等分析对软骨内成骨的过程。背散射电子显微镜分析骨组织矿化状况;生物力学技术检测骨力学特性。3.EDU,免疫组化检测间充质干细胞的增殖和分化。四环素双标,TRAP染色,ELISA检测骨的代谢。结果:1.激活HIF信号通路后成熟成骨细胞向骨细胞转化障碍,骨细胞体积变小,细胞突起减少明显,骨细胞内微管排列异常。同样骨组织中骨陷窝-骨小管排列紊乱,骨小管密度减少。骨细胞凋亡增加,到8月龄时空陷窝比例大70%。2.激活HIF后出生后3周时即可见长骨骨组织过量增生,随骨发育进程,至8月龄时,可呈现骨髓腔近乎被新生的骨组织完全填充的“骨硬化症”的征象。而颅盖骨未见异常。在软骨内化骨过程中有由于破骨细胞的缺少导致大量异常钙化软骨堆积,并且此区域内无骨髓细胞。3.激活HIF后的骨细胞骨硬化蛋白分泌减少,稳定骨髓腔内的间充质干细胞的β-catenin,间充质干细胞内的EDU嵌入和PCNA表达增加,并且增殖的间充质干细胞表达osterix。同时骨组织内破骨细胞生成增加,血中TRAP升高,四环素嵌入增加,masson染色有新形成骨。结论:1.在小鼠成熟成骨细胞和骨细胞条件性敲除Vhl后,激活低氧/HIFs信号通路,致成骨细胞向骨细胞转化异常,骨细胞网络结构和骨陷窝骨小管结构系统破坏,并且致使骨细胞大量凋亡。2.激活HIFα信号通路后影响软骨内化骨过过程,骨形成显著增加,但骨结构异常、胶原排列不规则,生物力学特性有所改变。3.骨细胞激活低氧/HIFα信号通路后,可通过减少对骨髓间充质干细胞的抑制激活Wnt信号通路,促进骨髓间充质干细胞的增殖和向成骨细胞方向分化,同时由于骨细胞的凋亡使得骨重塑增加。