機械刺激在骨骼的代謝平衡中起著至關重要的作用。生理負荷可誘導骨形成，而負荷不足或負荷過大則會導致骨吸收。

作為骨組織中的主要細胞，骨細胞對機械刺激作出反應，感知機械刺激并將其整合到生化信號中，以調節骨形成和骨吸收。以往的研究主要集中在骨細胞對流體剪切應力的反應，然而，骨細胞如何將機械刺激轉化為生物信號并調節骨形成（成骨細胞的活性）或骨吸收（破骨細胞的活性）仍未完全闡明。

MiRs 是一種小的非編碼單鏈 RNA。先前已發現 miR 在骨形成中起關鍵作用，并且已鑒定出許多調節骨形成的 miRs 。然而，在骨細胞中，尚未確定有哪些 miRs 對機械應變有反應，并且尚未完全了解機械反應性 miRs 如何調節成骨細胞分化。

以此為切入點，來自山東省生物物理重點實驗室、廣西桂林醫科大學生物醫學工程系、德州市第二人民醫院內科等單位的專家學者進行了深入研究，在 Cellular & Molecular Biology Letters 上發表了題為《miR-29b-3p regulated osteoblast differentiation via regulating IGF-1 secretion of mechanically stimulated osteocytes》的研究論文。

該團隊之前的研究證實，在 0.5Hz下，機械拉伸強度為2500 με，持續8小時，可促進成骨細胞的骨形成，并發現了機械反應性miRs。這促使研究人員進一步研究骨細胞對機械拉伸應變的反應，并尋找骨細胞的機械反應性 miRs。

miR-29b 調節成骨細胞分化（在 MC3T3 成骨細胞中，miR-29b 過表達促進成骨分化），并且證實 IGF-1 是 miR-29b 的靶基因。因此，研究人員推測 miR-29b 對施加于骨細胞的機械應變有反應，并參與成骨細胞分化。然而，miR-29b骨細胞將機械信號轉化為生物信號并調節成骨細胞分化的機制尚未完全闡明。

該實驗研究了骨細胞對 0.5Hz 下 2500 με 機械拉伸應變 8 小時后的生物學反應，并選擇了一些新的機械敏感 miRs。此外，還研究了 miR-29b 參與骨細胞對機械應變和成骨細胞分化的反應。

實驗首先研究了骨細胞對 0.5Hz、2500 με 的生理機械拉伸應變 8 小時的反應。如圖1所示， 對MLO-Y4細胞施加機械拉伸應變后，IGF-1和PGE2的ELISA結果、OPG的蛋白質印跡和NOS活性的生化檢測結果都發生了變化。這四個因素在骨形成中都起著重要作用。
 

接下來，實驗篩選并驗證了10個 miRs 對應用于 MLO-Y4 細胞的機械拉伸應變的響應。通過miR微陣列篩選，共有40個miRs出現差異表達。然后，使用 qPCR 進一步驗證了 這40 個 miRs。結果確定了10個機械響應的 miRs：與正常組相比，其中8個上調，而 miR-29b-3p 和 miR-361-3p 下調。（圖2 A）
 

應用生物信息學來預測這些不同表達的 miRs 的靶基因。結果表明，多個靶基因與骨形成相關。其中，IGF-1 最引人注意，在之前的研究中，機械應變骨細胞中IGF-1的表達水平升高（圖1），而miR-29b-3p的表達水平降低（圖2 A），表明 miR-29b-3p 可能通過靶向 IGF-1 來調節骨形成。

最后，繼續研究 miR-29b-3p 在骨細胞對機械應變反應中的作用以及 miR 對成骨細胞分化的影響。實驗發現，施加機械牽張力下調 MLO-Y4 細胞而不是MC3T3-E1細胞中 miR-29b-3p 的表達，而且 miR-29b-3p 抑制骨細胞IGF-1的分泌（圖2 C）。

miR-29b-3p 模擬物轉染導致 MLO-Y4 細胞中 miR 過表達，導致骨細胞培養上清液中 IGF-1 水平降低，而 miR-29b-3p 抑制劑轉染導致miR-29B-3P的低表達，而且增加了IGF-1的分泌（圖2 B）。

這些結果表明 miR-29b-3p 通過骨細胞分泌調節成骨細胞分化。
 

總之，該研究發現骨細胞對2500 με、0.5 Hz、8 h的循環機械拉伸應變有反應；在骨細胞中發現了機械反應miRs；miR-29b-3p對機械拉伸應變有反應；miR通過調節骨細胞IGF-1的分泌來調節成骨細胞的分化。

據報道，骨細胞對流體剪切應力、微重力和流體流動有反應。該研究結果表明，骨細胞也可以通過 miR-29b-3p 調控 IGF-1 的分泌來響應機械拉伸應變，調控成骨細胞分化，這將為骨細胞調控骨形成提供一些線索。

參考文獻：Zeng Q, Wang Y, Gao J, Yan Z, Li Z, Zou X, Li Y, Wang J, Guo Y. miR-29b-3p regulated osteoblast differentiation via regulating IGF-1 secretion of mechanically stimulated osteocytes. Cell Mol Biol Lett. 2019 Mar 14;24:11. doi: 10.1186/s11658-019-0136-2. PMID: 30915127; PMCID: PMC6416934.

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