第 347 期

研究發展
拉伸力改善老化的間質幹細胞
NHRI researchers find stretching force improves aging of mesenchymal stem cells

骨細胞再生與分化是由間質幹細胞所形成，骨質的形成與吸收是一個動態平衡的機制，骨細胞的機械應力環境會影響骨質的動態平衡。因為老化或缺乏機械力量的刺激，會造成骨吸收率大於骨生成率，導致骨質疏鬆的結果。本院醫學工程研究組林名釗副研究員的研究團隊最近針對機械拉伸力對骨細胞增生與分化調控的研究，發現新的調控途徑。

林博士的研究團隊利用本院核心設施（基因微陣列核心實驗室）所進行的研究發現，機械拉伸力能夠大幅增加前驅細胞內護骨素（osteoprotegerin）的基因與蛋白質表現。目前已知護骨素最重要的功能是抑制骨髓巨噬細胞（osteoclast）吸收骨質的作用與抑制慢性發炎反應。研究團隊還發現機械拉伸力增加護骨素表現的現象與骨細胞本身的分化程度無關。目前已知Wnt訊息通路可調控護骨素的表現與誘導骨細胞分化，因此研究團隊特別針對機械拉伸力所增加的護骨素表現是否經由Wnt 的訊息通路調控進行研究。

結果發現，機械拉伸力是經由non-canonical Wnt訊息通路增加護骨素表現，而不是經由典型β-catenin相關的canonical Wnt訊息通路。上述結果不只在前驅細胞裡發現，研究團隊在骨細胞與肌原母細胞也都發現同樣的現象。因此，機械拉伸力增加護骨素的表現可以對老化相關疾病（例如骨質疏鬆症）提供新的治療與研究方向，而適度運動能夠預防或減緩老年人骨質疏鬆症的惡化的程度。此項研究成果已獲Journal of Bone and Mineral Research期刊刊登（8 Jan 2010 DOI:10.1002/jbmr.9）。

林博士研究團隊還研究老化（aging）與機械拉伸力交互影響脂肪間質幹細胞自我增生與分化成各種組織型態的能力。與其他器官來源的間質幹細胞比較起來，脂肪間質幹細胞具備容易收集、純化、放大與可收集大量細胞的優點，更具備臨床應用於治療老化疾病的潛力。在與工研院生技與醫藥研究所合作的研究中，研究團隊利用小鼠為模型，發現脂肪間質幹細胞的增生能力會因小鼠老化而顯著降低。年輕幹細胞不易分化成脂肪細胞，但間質幹細胞分化成脂肪細胞的能力會因為年齡增加而大幅增加。對已老化的間質幹細胞施加機械拉伸力，可增加幹細胞增生的能力，而機械拉伸力也能夠顯著降低幹細胞因老化增加形成脂肪細胞的能力，也就是對幹細胞施加機械拉伸力具備類似「抗老化」的功能。

研究團隊也發現脂肪間質幹細胞分化成骨細胞的能力並不會因老化減少，而機械拉伸力也不會增加分化成骨細胞的能力。這個發現與之前文獻有關骨髓幹細胞的研究結果不同，顯示出脂肪間質幹細胞特殊的地方。這項重要發現預計可廣泛應用在老化疾病的研究上，包括代謝症候群與糖尿病等，研究論文也已獲BMC Cell Biology期刊接受刊登（2010, 11:18）。
《文：醫學工程研究組林名釗副研究員；圖：吳紫菁研究助理》