间充质干细胞是一种容易获得的成体干细胞来源。它们能够有效地分化成许多特化细胞谱系。它们被用于构建功能性器官或用于原位组织修复和再生。最近的研究表明,间充质干细胞向特化细胞的分化效率及其在损伤组织中的植入率太低,无法实现实质性的修复和再生。因此,寻找能够提高骨髓间充质干细胞分化成熟度的新方法,阐明其促进分化和再生的功能及机制,已成为再生医学研究的重要课题。力学信号是调控细胞命运的新方式,其中微环境刚度可以调控间充质干细胞的增殖和分化。目的:探讨微环境刚度指导间充质干细胞分化的信号转导机制。方法:分离、纯化并鉴定人骨髓间充质干细胞。依照不同比例,混合丙烯酰胺和双丙烯酰胺,制备13-16 k Pa和62-68 k Pa刚度的聚丙烯酰胺凝胶,分别模拟脂肪刚度和钙化前骨刚度。利用刚度诱导人骨髓间充质干细胞成脂成骨分化。利用i TRAQ蛋白质组学方法鉴定参与刚度引发的力学信号转导的蛋白质,并进行亚细胞结构定位、GO富集分析、KEGG富集分析、蛋白质结构域富集分析和网络分析。结果:1.利用全骨髓培养法获得人骨髓间充质干细胞。模拟脂肪刚度促进间充质干细胞成脂分化,模拟钙化前骨刚度促进间充质干细胞成骨分化。2.62-68 k Pa/13-16 k Pa的差异表达最高的蛋白是富含脯氨酸蛋白Bst NI亚家族3(proline-rich protein Bst NI subfamily 3,PRB3)。PRB3是富含糖基化的脯氨酸的糖蛋白。目前,没有PRB3参与力学信号转导的研究,预计可以成为下一步的实验验证的对象。3.62-68 k Pa/13-16 k Pa的差异表达蛋白集中分布在细胞核、细胞质、细胞膜和细胞外,说明从细胞核到细胞外的位置都参与了刚度引起的信号转导过程。62-68 k Pa/13-16 k Pa差异表达蛋白的GO富集分析提示:在细胞组成中,富集到组蛋白位点体、U2型剪接体、转录活跃染色质、前剪接体、U2 sn RNP、核斑点、剪接体tri-sn RNP复合体;在分子功能中,富集到核小体DNA结合、核小体结合、染色质DNA结合、DNA结合、磷脂酰肌醇二磷酸结合;在生物进程中,富集到RNA代谢过程、基因表达、DNA为模板转录、核酸为模板转录、RNA生物合成过程、核酸代谢过程、通过剪接体对m RNA剪接的负调控、从RNA聚合酶III启动子转录sn RNA、RNA代谢过程的调控、RNA剪接的负调控等。总差异蛋白与代谢过程相关,提示微环境刚度改变了细胞代谢,这与力学刺激改变新陈代谢是一致的。这些下调条目都与基因表达调控相关,主要发生在转录调控水平。提示在62-68 k Pa上,细胞的转录调控全面下调。4.62-68 k Pa/13-16 k Pa的差异表达蛋白富集到成骨细胞的命运承诺和脂肪组织发育,与间充质干细胞分化的结果是一致的。成骨分化SLC26A2、SMAD5、SH3PXD2B、BMP1、WWTR1、FAT4、PENK;成脂分化TBL1XR1、SH3PXD2B、SPG20。利用蛋白质相互作用网络预测到的关键基因DDX49、SNRPG、SF3A2、RRP9、LSM8、PTBP1、SRSF4、ELL、UPF3B、KLHL22,目前没有文献表明和力学刺激相关。可能在刚度指导间充质干细胞分化的信号转导中起关键作用。结论:1.微环境刚度控制间充质干细胞的命运,硬环境诱导间充质干细胞成骨分化,软环境诱导间充质干细胞成脂分化。2.蛋白组学数据支持微环境刚度控制间充质干细胞分化,转录调控、细胞代谢,Hippo通路和钙相关通路蛋白有望成为间充质干细胞成脂分化的新分子机制。