微重力对骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化抑制可能是空间飞行中骨形成减少的原因之一。这些效应的分子机制可能涉及到细胞粘附性的细胞骨架改变。本研究以C57BL/6小鼠骨髓间充质干细胞为研究对象,运用三维双轴回转仪模拟微重力环境,研究模拟微重力环境对骨髓间充质干细胞的细胞骨架、细胞粘附、成骨分化、细胞凋亡以及重要信号分子的表达水平的影响。实验内容包括茜素红染色检验骨髓间充质干细胞的成骨分化情况;反转录PCR检测成骨分化标志基因骨钙素、骨桥蛋白、骨黏连蛋白mRNA水平的变化;通过直接免疫荧光法对微丝进行染色观察细胞骨架的改变,通过间接免疫荧光对黏着斑蛋白Vinculin和细胞核骨架成分Lamin A染色观察细胞粘附性改变和核骨架的变化;用Annexin-V PI双染法检测模拟微重力和成骨分化过程中细胞凋亡的发生情况;蛋白免疫印迹实验检测MAPK、PI3K/AKT、mTOR信号通路关键信号分子Erk,p-Erk,p85α,Akt,p-Akt,S6K1,Rho A等的表达水平变化。实验结果显示,成骨分化诱导培养基可以高效诱导骨髓间充质干细胞的成骨分化,而模拟微重力效应会抑制骨髓间充质干细胞的成骨分化,造成细胞微丝结构和分布异常,细胞形态改变,黏着斑数量减少,在分化诱导情况下核纤层蛋白Lamin A被激活,表达增加。这种抑制与MAPK、PI3K/AKT、mTOR信号通路的改变有关;模拟微重力会促进细胞晚期凋亡的发生。以上实验结果表明,模拟微重力条件下细胞骨架发生改变、细胞粘附降低、核膜蛋白激活与mTOR信号通路相互作用,导致了骨髓间充质干细胞的成骨分化抑制。