骨缺损问题是由创伤、骨肿瘤切除、感染清除或先天性疾病引起的，这些情况严重威胁着人类健康。临床上，骨缺损的治疗通常采用自体骨移植、同种异体骨移植和人工骨置换等方法。不过，这些方法普遍存在来源有限、可能引发并发症及免疫排斥等问题。因此，基于骨组织工程技术构建功能化骨组织，用于骨缺损的治疗，成为未来发展的重要趋势。

研究发现，体外构建骨组织受多种因素影响，包括种子细胞、三维支架、生长因子及机械刺激等。其中，机械刺激的缺乏会对骨组织形成产生负面影响。人体骨组织具有多层孔隙结构，流体剪切力（FSS）是成骨相关细胞受到的主要机械刺激。然而，在成骨诱导条件下，骨髓间充质干细胞（BMSCs）经历快速增殖、早期基质成熟及晚期矿化等阶段，逐渐分化成前成骨细胞、成骨细胞和骨细胞。这些阶段的细胞具有特定的生理功能并表达独特的标志物。

近年来，越来越多的研究发现，在成骨分化过程中不同类型细胞对力学刺激的感知及反应各异。尽管骨组织工程研究已有几十年，但对于MSCs在不同成骨分化阶段的力学响应及相关机制仍知之甚少。2022年10月20日，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室的周燕教授和谭文松教授团队开展了一项研究，探讨了流体剪切力对成骨分化不同阶段BMSCs的影响及其机制。他们在《Biochemical Engineering Journal》上发表了题为“Fluid shear stress promotes osteogenesis of bone mesenchymal stem cells at early matrix maturity phase through LaminA/METTL3 signal axis”的论文，揭示了FSS通过增强LaminA表达及与METTL3的相互作用，促进早期基质成熟阶段BMSCs的成骨分化新机制。

为探究成骨分化各阶段细胞的生物学特性，研究团队首先对成骨分化诱导的BMSCs进行了表征和阶段划分。结果显示，BMSCs在成骨分化过程中经历增殖、聚集和矿化阶段。在成骨诱导的1至3天内，COL-I、RUNX2和OSX的表达增加；到第7天，细胞大量表达多种成骨相关蛋白，包括ALP、COL-I、RUNX2、OPN和OCN；而在14天后，细胞则高表达成骨晚期标志性蛋白OPN和OCN，但RUNX2、ALP以及COL-I的表达则有所下降。这些结果表明，成骨诱导1天、7天和14天分别对应于细胞的增殖阶段、早期基质成熟阶段和晚期矿化阶段。

为考察FSS刺激对成骨分化不同阶段细胞的影响，研究使用多腔道平行平板流动腔对不同阶段BMSCs施加FSS刺激。结果显示，FSS刺激均能促进各阶段细胞的成骨效果，而在早期基质成熟阶段施加FSS显著提高了成骨相关基因及COL-I、OCN和OPN蛋白的表达。这表明，在细胞进入早期基质成熟阶段时，实施FSS刺激对其成骨分化的促进作用非常显著。

进一步研究表明，FSS刺激导致细胞形态明显变化，细胞骨架发生了重排，尤其是在早期基质成熟阶段，细胞形态延伸显著，并促进了细胞核内LaminA的表达。在探讨细胞骨架和LaminA在FSS促进的成骨分化中的作用时，研究使用细胞松弛素D和LaminA-siRNA抑制肌动蛋白的形成及LaminA的表达。结果显示，这两种抑制方法显著降低了FSS刺激引起的细胞ALP活性上调，表明细胞骨架和LaminA在FSS刺激的成骨分化中发挥了重要作用。

为阐明LaminA调控核内基因及蛋白表达的相关机制，研究者推测LaminA与METTL3通过相互作用促进MSCs成骨分化。通过免疫荧光及蛋白共定位的实验，确认LaminA与METTL3在细胞核中共定位。同时，检测不同成骨分化阶段细胞METTL3的表达，发现早期基质成熟期的细胞在FSS作用下，其METTL3的表达显著提升。最后，通过使用METTL3的竞争性抑制剂STM2457，研究了METTL3在FSS刺激下早期细胞成骨分化中的作用，结果表明，抑制METTL3活性导致早期基质成熟阶段细胞中COL-I、RUNX2、OCN和OPN的表达显著降低，从而抑制了由FSS介导的成骨分化。

综上所述，该研究揭示了FSS促进早期基质成熟阶段细胞成骨分化的可能机制：FSS刺激引起的细胞骨架-LaminA机械转导响应，使细胞骨架重排形成应力纤维；然后，通过骨架-LaminA将机械信号转导至核内，从而LaminA与METTL3相互作用，增强METTL3的表达和稳定性，最终提高m6A甲基化水平，调控成骨相关基因和蛋白的表达，促进成骨。这一发现为力学刺激促进BMSCs成骨分化的分子机制提供了新见解，并为临床骨缺损的治疗提供潜在靶点。

此研究项目得到了国家重点研发计划（批准号：2018YFC1105800）的资助，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室的周燕教授为该文的通讯作者，郭盼为第一作者。

在生物医学领域，MILE米乐品牌致力于推动相关研究和进展。我们希望通过分享和交流，促进生物科学领域的深入探讨。若有任何建议或想法，欢迎随时联系我们。感谢您的关注与支持，了解更多信息，请访问我们的网站。