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目的：成骨细胞被认为是力学信号转导过程中对应力应变信号进行感知的主要力学敏感性细胞，但体外培养时，应力（应变）水平和细胞反应程度间的关系及细胞间信号转导的机制还不是十分清楚。本文以生物力学为基础，采用四点弯曲拉伸装置，研究不同时间和周期的拉伸应变对小鼠MC3T3-E1细胞的影响及其作用机制。
方法：
1.研究运用四点弯曲拉伸装置对小鼠成骨细胞系MC3T3-E1细胞分别施加频率为0.5Hz，不同强度(2500με、5000με)，不同时间(1min、3min、5min、10min)的拉伸应变，另设0με(control group)做为对照组，采用荧光分光光度法检测各组细胞的荧光强度值，探讨拉伸应变对细胞内游离钙离子浓度([Ca2+]i)的影响。
2.分别给MC3T3-E1细胞施加2500με、5000με，频率为0.5Hz，1次/d、1h/次，连续拉伸3d，同时设有加入钙离子抑制剂维拉帕米组(Verapamil)及U73122组，另设0με做为对照组，采用荧光分光光度法检测各组细胞的荧光强度值，分析不同应力下[Ca2+]i、CaM的变化；采用Western-blot技术检测CaMKⅡβ、CREB、p-CREB的蛋白表达，探讨力学载荷对Ca2+-CaM-CaMKⅡβ-CREB信号通路的影响。
结果：
1.拉伸应变对小鼠MC3T3-E1细胞[Ca2+]i的影响。荧光分光光度法结果显示：给MC3T3-E1细胞施加2500με，频率为0.5Hz，拉伸1min、3min、5min，其[Ca2+]i与对照组(161.00±13.23)相比显著升高(p＜0.01)，其中3min组拉伸(306.00±5.57)达最高值；当MC3T3-E1细胞施加5000με，频率为0.5Hz，拉伸1min(290.67±18.34)其[Ca2+]i即达到峰值(p＜0.01)，与对照组相比1min、3min、5min、10min拉伸[Ca2+]i均显著升高（p＜0.05）。
2.拉伸应变对小鼠MC3T3-E1细胞CaM活性的影响。结果显示：MC3T3-E1细胞分别施加2500με、5000με，频率为0.5Hz，拉伸时间和周期为1次/d，每次1h，连续3d，2500μe作用下CaM活性(345.67±80.525)较对照组(234.67±54.42)相比显著升高(p＜0.05），给予钙通道阻滞剂Verapamil及磷脂酶C(PLC)抑制剂U73122后，CaM活性与2500με组相比均显著下调(p＜0.01);5000με作用下与对照组相比活性升高但没有显著性差异（p＞0.05）；给予Verapamil及U73122后，CaM活性与5000με组相比均显著下调(p＜0.01)。
3.拉伸应变对小鼠MC3T3-E1细胞CaMKⅡβ蛋白表达的影响。Western-blot结果显示：MC3T3-E1细胞施加2500με，频率及拉伸周期同前，CaMKⅡβ蛋白表达(1.1120±0.2112)较对照组(0.8552±0.1488)相比显著升高（p＜0.05），加入Verapamil和U73122，CaMKⅡβ蛋白表达均显著下调（p＜0.05)；当细胞施加5000με时，CaMKⅡβ蛋白表达(0.5870±0.1548)与对照组相比显著降低(p＜0.05），加入Verapamil，U73122，CaMKⅡβ蛋白表达显著下调(p＜0.01)。
4.拉伸应变对小鼠MC3T3-E1细胞CREB和p-CREB蛋白表达影响结果显示：细胞施加2500με、5000με时，CREB蛋白表达与对照组相比差异无统计学意义（p＞0.05）；加入抑制剂Verapamil和U73122后，2500με、5000με组CREB蛋白表达仍无显著变化（p＞0.05）。p-CREB蛋白表达在相同拉伸频率、拉伸时间2500με组(6.6529土1.2615)蛋白表达量最高，与对照组(3.8407±1.5157)比较具有显著差异(p＜0.01)，与加入抑制剂Verapamil(p＜0.01)和U73122(p＜0.05)组比较抑制剂组蛋白表达均显著下调；相同条件拉伸5000με与加入抑制剂组比较，抑制剂组蛋白表达也显著下调（p＜0.05）。
结论：
1.拉伸应变可以引起成骨细胞[Ca2+]i改变，不同时间的拉伸应力(1min、3min、5min)均可以显著升高[Ca2+]i，2500με组3min出现峰值，而5000με组1min出现峰值，5000με组[Ca2+]i达到峰值的时间早于2500με组。分析认为在细胞受到超生理范围拉伸应力时，细胞表现出一种应激状态，在这种状态下细胞内钙库和控制钙离子内流的膜控通道共同作用提升[Ca2+]i以此来应对突然改变的外环境，而生理范围拉伸只需细胞作出正常的应答即可。
改变拉伸频率和周期后，生理性拉伸刺激可以增强CaM活性，超生理范围拉伸可以减弱CaM的活性，加入钙离子阻滞剂后CaM活性与未加入阻滞剂组相比，CaM活性下调。CaM是细胞内主要的钙结合蛋白，本研究结果说明：力学信号在成骨细胞MC3T3-E1细胞内的转导与细胞内[Ca2+]j和CaM活性具相关性。
2.MC3T3-E1细胞施加2500με，频率为0.5Hz，拉伸时间和周期为1次/d，每次1h，连续3d时，CaMKⅡβ蛋白表达显著上调，分别加入Verapamil、U73122拉伸2500με、5000με组，蛋白表达均显著性下降。说明：CaMKⅡβ参与了力学信号在成骨细胞内的转导。
3.CREB是细胞的核转录因子，只有被磷酸化后才能进行下一级的信号转导。实施拉伸应变后细胞内p-CREB变化有显著性差异，2500με组蛋白表达显著升高，其结果与CaM和CaMKⅡβ的结果完全相同。实验结果分析认为在拉伸应变作用于成骨细胞引起细胞内Ca2+/CaM/CaMKⅡβ/p-CREB一系列连锁的反应，通过这一过程力学信号转化为生物学信号传达到细胞内。
4.本研究证实成骨细胞MC3T3-E1细胞受到拉伸刺激，其力学信号是通过Ca2+-CaM-CaMK-CREB信号途径转化为生物学效应的。