目的：筛选分析材料诱导干细胞成软骨的关键基因,并进一步研究这些基因在材料诱导干细胞向软骨方向分化中涉及的相关信号通路,用以研究胶原水凝胶诱导间充质干细胞(BMSCs)成软骨的分子生物学机制。方法：本文首先运用文献挖掘和生物信息学技术,综述了近10年诱导软骨形成的文献,同时以GENEVESTIGATOR软件筛选材料诱导成软骨的相关基因；然后,对筛选出来的基因进行通路富集和共性通路分析,根据分析的综合评分和研究相关性,选取ECM-受体互作(ECM-receptor interaction)通路和TGF-p信号(TGF-beta signaling pathway)通路中的8个基因做为可能的材料诱导成软骨的关键基因(ITGB1、TNC、COMP、COL5A1、COL6A2、 SMAD6、FST和ID3)；最后,对关键基因进行基因／蛋白互作分析。进一步的,本文通过GEO公共数据库平台分析关键基因的差异性表达情况,已公布的实验芯片数据显示部分基因有一定的基因差异性表达,但是,已公布的数据中材料诱导成软骨的数据较少,且实验周期短。因此,我们提出实验假设,材料能激活细胞与细胞外基质相互作用的受体,进而激活ECM一受体相关通路基因的表达,增强细胞间的相互作用并刺激分泌细胞生长因子,营造诱导分化成软骨的微环境。为了进一步研究胶原水凝胶诱导成软骨的分子机理,本文以BMSCs-胶原水凝胶构建体外软骨诱导模型对目标基因表达和相关信号通路进行探索验证。首先分离和培养扩增SD大鼠BMSCs,并复合胶原水凝胶构建体外软骨模型,实验分组为：对照组(B)、生长因子组(BT)、材料诱导组(BC)和阳性对照组(BCT)。然后,各组分别培养7天、14天和21天,并按各时间段取材。最后,检测样品如下各指标：(1)细胞增殖检测；(2)细胞形貌观察；(3)细胞存活情况观察；(4)鬼笔环肽／hoechst33258荧光染色观察纤维状肌动蛋白(F-actin)在细胞中的分布和动态变化情况；(5)番红0染色、Masson染色和DMMB试剂检测细胞分泌软骨特异基质；(6)免疫组织化学检测；(7)qRT-PCR技术检测检测相关基因表达情况；(8)免疫印迹Western Blot检测相关信号通路蛋白的表达情况。结果：通过体外构建胶原水凝胶诱导软骨模型,考察胶原水凝胶诱导BMSCs成软骨过程中的关键基因和相关信号通路。结果如下：(1)BMSCs在胶原水凝胶表面体外单层扩增培养,细胞增殖检测和细胞活性检测结果显示,胶原水凝胶具有良好的生物相容性,具有促进BMSCs在胶原水凝胶表面锚定和团聚生长的作用；qRT-PCR检测结果说明胶原水凝胶表面涂层前期可诱导BMSCs向软骨细胞方向分化,但是随着培养时间的延长,细胞增殖能力逐渐下降,在21天时,初步形成的软骨细胞出现去分化的特性,表现为软骨特征基因COLII、ACAN和COMP等表达显著下降,而相反的,COLI的表达上调。(2)BMSCs复合胶原水凝胶构建体外软骨诱导模型,结果显示,BC组诱导成软骨的效果与BCT组相近,明显优于BT组和B组,空白对照B组的效果最差。BC组的组织学检测(HE染色、番红O染色和Masson染色)和生化检测(DNA含量和GAG含量检测)结果都说明胶原水凝胶能诱导BMSCs向软骨分化。通过免疫组织化学染色及qRT-PCR检测分析得到,BC组的软骨分化特征基因(COLII、ACAN、COMP和SOX9)的表达均随时间呈增高趋势,与BCT组相近,明显高于B组,且优于BT组,这说明胶原水凝胶已经诱导BMSCs向软骨分化并分泌合成软骨细胞外基质成分。此外, BC组和BCT组的COLI的表达逐渐减少,说明胶原水凝胶在诱导成软骨的同时能够维持软骨分化的微环境,防止软骨的去分化。与Western Blot结果一致,BC组中ITGB1、TNC、SMAD6、SMAD2和SMAD3等蛋白水平表达趋势与BCT组基本一致,优于B组和BT组。结论：在不添加生长因子的条件下,BMSCs包埋于胶原水凝胶中体外诱导21天,细胞呈圆形或椭圆形,向软骨方向分化及有特定软骨细胞外基质合成。胶原水凝胶诱导成软骨的分子机制可能是,胶原水凝胶可体外激活包埋在其中的BMSCs细胞表面的整合素β1(ITGB1)受体,ITGB1是ECM-受体互作通路的关键基因,并激活TNC和SMAD6的表达,最终调节TGF-β信号通路下游基因SMAD2和SMAD3,促进软骨特征性基因表达和软骨细胞外基质合成分泌,从而参与诱导软骨形成。