细胞微环境中物理学因素对细胞生理功能的执行具有重要的意义。组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDAC)调控着细胞核小体中组蛋白氨基酸末端的去乙酰化作用,在染色质构象重塑、基因转录调控、肿瘤发生等多种生命过程中发挥着关键作用。但是,细胞基底拓扑构型和力学加载是否及如何调节细胞染色质构象,是目前有待探索的领域。　　 本研究结合微加工技术、干细胞技术和细胞力学加载技术,考察微沟槽构型和基底力学加载对骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)组蛋白去乙酰化的调控作用,发现细胞将胞外基质的物理学信号转化为细胞核内的生物化学信号,进而调节染色质构象和基因表达的新模式,并证实骨髓间充质干细胞能识别微环境中各向异性的力学信号。通过探索骨髓间充质干细胞基底粘附面积、细胞骨架及细胞核形态与组蛋白去乙酰化调节过程的关系,发现基底构型和力学作用调节组蛋白去乙酰化与细胞粘附面积、细胞骨架密切相关,与细胞核形态变化没有直接关系。该研究对认识机械应变在组织重建中的作用、理解细胞中力-化学耦合过程,利用适当的机械刺激和基底构型为设计组织工程韧带和制作更科学的生物反应器提供新的理论基础。　　 本文的主要研究内容和取得的成果如下:　　 通过微加工软刻蚀技术,制备两种表面构型的基底:平板构型和平行微沟槽构型。首先,静态情况下,考察微沟槽对细胞核心组蛋白去乙酰化的调控作用。利用微加工软刻蚀技术,骨髓间充质干细胞分别培养在两种构型的膜表面,结果显示,与平板构型相比,微沟槽构型上骨髓间充质干细胞的细胞骨架排布趋向平行沟槽方向,细胞核形态细长呈椭圆状,核心组蛋白去乙酰化酶活性显著降低,乙酰化组蛋白表达水平显著增高。　　 然后,力学加载情况下,考察基底各向异性力学作用对骨髓间充质干细胞核心组蛋白去乙酰化的调控作用。将细胞种植在微沟槽基底表面,基底施加平行或垂直于微沟槽方向的加载,细胞分别受到不同方向的拉伸或收缩作用,结果发现,这四种类型的基底加载方式,垂直于沟槽方向的拉伸和收缩会降低细胞核心组蛋白去乙酰化酶活性,平行于沟槽方向的拉伸和收缩没有显著影响。　　 接着,为了进一步确定基底各向异性力学作用对细胞核心组蛋白乙酰化的调控作用,将细胞种植在微沟槽表面,通过基底加载对细胞施加平行或垂直于微沟槽方向的拉伸和收缩,以组蛋白H3为代表检测核心组蛋白乙酰化水平,结果显示,垂直于沟槽方向的拉伸和收缩会显著上调细胞核心组蛋白去乙酰化酶活性,平行于沟槽方向的拉伸和收缩没有显著影响,这与组蛋白去乙酰化酶活性的变化结果保持一致。　　 发现以上基底力学作用调节细胞核心组蛋白去乙酰化酶活性的现象后,对其调节机制进行考察。　　 其一,静态情况下,考察骨髓间充质干细胞的基底的粘附面积与组蛋白去乙酰化酶活性的关系。我们对比了细胞种植早期和晚期时细胞与基底的粘附面积,结果表明,种植晚期细胞中组蛋白去乙酰化酶活性降低,伴随着与基底的粘附面积增大。　　 其二,基底加载情况下,考察骨髓间充质干细胞的骨架系统与基底力学作用调节核心组蛋白乙酰化的关系。利用秋水仙素(cochicine)和细胞松弛素D(cytochalasin D)破坏细胞的骨架系统,结果表明,细胞骨架缺失的情况下,基底垂直方向收缩使细胞中核心组蛋白乙酰化水平降低;细胞骨架完整时,基底垂直方向收缩使细胞中核心组蛋白乙酰化水平升高。　　 其三,继续考察细胞核形态变化与基底力学作用调节核心组蛋白乙酰化的关系。将骨髓间充质干细胞种植在微沟槽膜表面,细胞受到平行或垂直于微沟槽方向的拉伸和收缩应变,实时观察细胞核在基底拉伸和收缩前后的二维形态变化,结果表明,垂直于微沟槽方向的基底收缩会引起细胞核变长,拉伸却会使细胞核变圆,但是变化幅度NSI(～0.02)比沟槽构型引起的核型变化(～0.1)要小得多。