研究背景:骨肉瘤（Osteosarcoma,OS）是起源于成骨细胞或向成骨分化的间叶性恶性肿瘤,其特征是瘤细胞直接产生骨样组织或骨质。鉴于大多数OS在组织病理学上分化不良,分化治疗被视为治疗OS的一个新手段。全反式维甲酸是分化治疗中应用广泛的分化诱导剂,但在临床应用中已发现其药物不良反应。研究发现力学信号能够调控成骨成脂分化,并可避免药物治疗引起的不良反应。PIEZO1和整合素β1（integrinbeta 1,ITGB1）作为间充质干细胞（mesenchymal stem cells,MSCs）中力学信号的感受器,可以将力学信号如微环境刚度,转化为化学信号传递给细胞内下游分子;HIPPO通路中的yes相关蛋白（Yes-associated protein,YAP）能够易位至细胞核,并将信号传递至核内;组蛋白三甲基化修饰H3K4me3与成骨分化有关,H3K27me3与促进脂肪形成和抑制成骨分化有关。因此,在微环境刚度调控OS细胞成骨成脂分化过程中,探讨PIEZO1和整合素之间的关系及下游调控机制十分有必要。研究目的:探索微环境刚度对调控OS成骨成脂分化的作用,其中PIEZO1、整合素及表观遗传机制。研究方法:1.构建软硬两种不同刚度的水凝胶基质,分别模拟脂肪刚度和钙化前骨刚度,生物纳米压痕仪检测水凝胶的弹性模量;2.软/硬基质上培养OS细胞系U-2 OS细胞,Western Blot检测PIEZO1、ITGB1、组蛋白甲基化修饰酶EZH2、KDM6A、KDM5B、二价结构域H3K27me3/H3K4me3和成骨成脂分化指标的蛋白表达;3.茜素红染色检测细胞钙盐沉积、油红O染色检测细胞脂滴生成能力;4.激光共聚焦检测PIEZO 1和整合素定位情况;5.硬基质上敲低PIEZO1,软基质上添加Yoda1激活PIEZO1,Western Blot检测PIEZO1、ITGB1、组蛋白甲基化修饰酶表达,茜素红染色检测细胞钙盐沉积,油红O染色和尼罗红染色检测细胞脂质沉积;6.免疫荧光和Western Blot检测YAP和p-YAP的定位与蛋白表达。结果:1.成功构建了1.8-2.1kPa和10.8-15.3kPa刚度的水凝胶;2.刚度影响细胞形态和成骨成脂分化,硬基质上细胞呈上皮样,软基质上细胞呈脂肪样;硬基质促进细胞成骨分化,软基质促进细胞成脂分化;3.硬基质上高表达PIEZO1和ITGB1,并促进YAP入核,抑制EZH2表达,促进H3K4me3表达,抑制H3K27me3表达;4.ITGB1和PIEZO1可能有相关性。研究结论:1.OS细胞分化受到刚度调控,硬基质上趋向成骨分化,软基质上趋向成脂分化;2.刚度通过力学敏感离子通道PIEZO1调控ITGB1、YAP发挥作用,组蛋白甲基化酶EZH2影响H3K27me3,上述分子可能成为OS治疗的新靶点。研究意义:为OS提供潜在的治疗靶点,为基于诱导肿瘤细胞分化的治疗策略提供新的思路。