基底硬度介导IL-1β调控软骨细胞炎症响应

摘要

【目的】基质力学微环境异常是导致骨性关节炎（osteoarthritis, OA）的关键因素之一。然而，软骨细胞在基质力学微环境发生变化过程中的炎症响应目前尚不清楚。【方法】利用聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）模拟正常和OA软骨细胞周基质（pericellular matrix, PCM）硬度，制备不同硬度的细胞培养基底，定量分析基底硬度和炎症因子白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)协同作用对软骨细胞形态、炎症介质和基质重塑蛋白表达的影响。首先，定量分析了不同基底硬度和IL-1β对软骨细胞前列腺素E2(prostaglandin, PGE2)和一氧化氮（NO）分泌水平的影响；其次，采用免疫荧光技术分析了IL-1β对不同硬度基底上软骨细胞铺展面积和核面积的影响；最后，采用Western blot分析了不同硬度基底上软骨细胞Ⅱ型胶原（type Ⅱ collagen, COLⅡ）和基质金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase-13, MMP13)蛋白水平的表达。【结果】实验结果表明，基底硬度介导软骨细胞对炎症信号IL-1β的响应。软基底显著增强PGE2和NO释放量（P<0.000 1）及MMP-13的蛋白表达水平（P<0.05），而IL-1β能进一步增强这一调控作用；硬基底能显著促进软骨细胞铺展面积、核面积（P<0.000 1）和Ⅱ型胶原蛋白表达水平（P<0.01）,IL-1β加入后同样能进一步增强这种调控作用。【结论】有助于揭示软骨细胞感受基质力学微环境的力学生物学调控机制，同时也为优化细胞诱导性生物材料的设计提供了参考。

关键词

软骨细胞 / 基底硬度 / 白细胞介素1β / 细胞周基质 / Ⅱ型胶原 / 基质金属蛋白酶13