引言:生物相容性是生物材料研究中的关键科学问题,弄清生物材料与生物体间的相互作用关系并阐明其作用机理是生物相容性研究的重要内容。高通量生物组学技术的发展为在分子水平全面认识生物材料对机体影响的分子机理提供了有力工具。为了解读生物组学实验获得的大数据所蕴含的生物学意义,生物信息学分析己成为生物组学研究中不可缺少的部分。生物学通路分析是生物信息学分析中最重要的部分,通过生物学通路分析,不但可以找出受影响的通路,而且还可以发现通路的哪一步进程受到了影响,从而对生物材料与细胞相互作用机理做出解释。信号通路是最常见和最重要的生物学通路,目前研究信号通路的方法主要有两类,一类是通过抑制剂或激动剂干预等方法,使通路中某一靶蛋白酶失活/激活来研究该蛋白酶及该信号通路的功能。另一类是采用信号通路PCR芯片分析特定生物学通路中的基因表达情况,进一步分析细胞的哪些功能受到了影响。目前国内外专门对生物学通路研究的报道很少。本研究组已经采用多种方法对生物材料与细胞作用后的信号通路进行研究,对生物组学研究结果进行了验证。材料与方法:1)采用GRGDS五肽竞争性干扰PC12细胞整联蛋白的方法研究FAKMEK-ERK通路在PLLA定向纳米纤维诱导PC12细胞分化中的作用。2)通过加入针对ERK1/2通路和JNK MAPK通路的特异性阻断剂,研究这两条通路在天然羟基磷灰石诱导成骨中的作用。3)采用信号通路PCR芯片研究无涂层/TiN涂层NiTi合金表面培养的内皮细胞中TGF-β信号通路和细胞骨架调控信号通路中全部基因的表达水平,验证这两条通路在镍钛合金材料表面吸附蛋白质调控内皮细胞粘附、生长中的重要性。结果与讨论:1)整联蛋白受到GRGDS五肽干扰后,可降低整联蛋白介导的FAK-MEKERK通路中相关基因和蛋白的表达,抑制PLLA定向纳米纤维上PC12细胞的分化[1-2]。2)抑制ERK1/2或JNK MAPK通路后,天然羟基磷灰石表面生长的骨髓间充质干细胞中的成骨分化标志物Col1和Gpnmb的表达受到抑制,表明这两条通路在天然羟基磷灰石诱导骨髓间充质干细胞成骨分化中发挥重要作用[3]。3)内皮细胞在无涂层/TiN涂层NiTi合金表面粘附和生长过程中TGF-β信号通路和肌动蛋白细胞骨架调控信号通路发生了激活,促进了内皮细胞在两种材料表面的粘附和生长。结论:1)证实了PLLA定向纳米纤维通过与PC12细胞整联蛋白发生作用,触发整联蛋白介导的FAK-MEK-ERK信号通路激活及相关基因上调表达,进而促进PC12细胞的分化;2)验证了ERK1/2和JNK MAPK通路通过影响成骨分化标志物Col1和Gpnmb的表达在天然羟基磷灰石诱导成骨分化发挥作用;3)首次采用信号通路PCR芯片对生物材料与细胞作用后获得的生物组学数据的生物信息学分析结果进行了验证,证明了PCR芯片可以高通量地分析信号通路中所有基因的表达和通路激活情况,并验证了TGF-β信号通路和肌动蛋白细胞骨架调控信号通路在内皮细胞粘附和生长中的功能;4)通过上述研究,完善了生物材料与细胞作用中信号通路研究的研究思路和技术路线。