骨細(xì)胞力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能研究被引最高50篇相關(guān)文獻(xiàn)分析

楊全增 張成俊 姜金 丁寧 李忠浩 夏亞一

蘭州大學(xué)第二醫(yī)院骨科，甘肅省骨與關(guān)節(jié)疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730030

骨骼細(xì)胞包括成骨細(xì)胞﹑破骨細(xì)胞﹑骨細(xì)胞﹑骨襯細(xì)胞，可以感知機(jī)械信號(hào)并通過(guò)一系列信號(hào)通路轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號(hào)，并將這些生物化學(xué)信號(hào)傳遞給效應(yīng)細(xì)胞，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝過(guò)程；其中骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞是骨組織中機(jī)械應(yīng)力的主要感受器，此外，它還對(duì)調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的平衡起重要作用[1]。近年來(lái)，一些概念和技術(shù)等方面的進(jìn)展有助于去闡明骨細(xì)胞在骨骼代謝等方面的角色和調(diào)節(jié)機(jī)制；骨細(xì)胞是目前公認(rèn)的骨骼代謝活動(dòng)的主要調(diào)節(jié)者，它能夠從所處環(huán)境中感受并整合機(jī)械和化學(xué)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)骨的形成和吸收[2]。然而，總結(jié)和分析骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)經(jīng)典文獻(xiàn)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

被引分析是被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)文獻(xiàn)影響力的計(jì)量學(xué)方法。通常文獻(xiàn)的被引頻次被認(rèn)為是評(píng)價(jià)該篇文獻(xiàn)影響力和重要性的主要參數(shù)[3]，在國(guó)際上，骨科及相關(guān)專業(yè)比如脊柱、創(chuàng)傷、關(guān)節(jié)、足踝外科等專業(yè)，已經(jīng)總結(jié)出了被引最高的文獻(xiàn)[3-6]。然而，關(guān)于骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)方面的被引用最高文獻(xiàn)的分析還鮮有報(bào)道；這將不僅有助于了解骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)研究的發(fā)展?fàn)顩r，指導(dǎo)未來(lái)研究的方向，還可以為廣大青年研究者閱讀文獻(xiàn)提供參考。本文擬分析和研究骨細(xì)胞受機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)方面被引率最高的50篇文獻(xiàn)的主要特征。

1 材料和方法

1.1 資料來(lái)源和檢索方法

本研究中的文獻(xiàn)檢索方法參考國(guó)際類似研究[3,7]，利用計(jì)算機(jī)檢索“Pubmed”，“Web of Science”等英文數(shù)據(jù)庫(kù)，以“Compressive stress，Tensile stress，F(xiàn)luid shear stress，Stretch stress， Centrifugal force，Micropipette stimulation，Electromagnetic force mode,Mechanical stress, Mechanotransduction”和 “Osteocyte, Osteoblast”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，檢索實(shí)施時(shí)間為2016年9月17日，對(duì)時(shí)間范圍、作者、文獻(xiàn)類型等不做限制；檢索結(jié)果按照“被引次數(shù)”由高到低進(jìn)行排序。

1.2 納入和排除標(biāo)準(zhǔn)

納入和排除標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)際類似研究[3,7]，納入和骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)的文獻(xiàn)，排除與骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激不相關(guān)或不直接相關(guān)的文獻(xiàn)，如組織工程方面、會(huì)議報(bào)道等。

1.3 文獻(xiàn)篩選和資料提取

根據(jù)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)，首先閱讀文獻(xiàn)標(biāo)題和摘要進(jìn)行初步篩選，對(duì)不能確定排除的文獻(xiàn)進(jìn)一步獲取全文進(jìn)行篩選。確定被引最高的 50 篇骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激文獻(xiàn)后獲取全文；提取文獻(xiàn)的基本信息，包括文獻(xiàn)的標(biāo)題、第一作者、發(fā)表年份、期刊來(lái)源、地區(qū)分布、作者單位、被引頻次等，由于部分大學(xué)名稱的變更，文中統(tǒng)一以現(xiàn)有機(jī)構(gòu)名稱做描述。以上過(guò)程均由2名研究者獨(dú)立完成，如遇到分歧進(jìn)行討論解決，必要時(shí)咨詢第3名研究者以達(dá)成一致。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

主要統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)：①文獻(xiàn)標(biāo)題及被引頻次; ②文獻(xiàn)發(fā)表年份; ③文獻(xiàn)發(fā)表期刊來(lái)源; ④文獻(xiàn)來(lái)源地區(qū)分布; ⑤(文獻(xiàn)來(lái)源機(jī)構(gòu)分布; ⑥文獻(xiàn)第一作者分布; ⑦文獻(xiàn)研究的信號(hào)通路。利用 Excel 軟件對(duì)每個(gè)提取資料的項(xiàng)目進(jìn)行分類。對(duì)項(xiàng)目中的文獻(xiàn)分布數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以表格的形式進(jìn)行描述。

2 結(jié)果

骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激被引最高的50篇相關(guān)文獻(xiàn)及被引頻次見(jiàn)表1。文獻(xiàn)被引頻次最高為239次，最低為20次，平均為54.72次，這些文獻(xiàn)發(fā)表于1999年至2015年之間(表2)，其中以2009年最多為9篇。

所有文獻(xiàn)發(fā)表于27本期刊，其中以《Journal of Bone and Mineral Research》最多，其次是《Journal of Biological Chemistry》、第三為《Bone》；分別為11篇、6篇、5篇，共占總文獻(xiàn)的44%(表3)；這些文獻(xiàn)來(lái)自于12個(gè)國(guó)家，其中以美國(guó)(21篇)、中國(guó)(9篇)和日本(9篇)最多共占總文獻(xiàn)的78%(表4)。

這50篇文獻(xiàn)源自全世界的40所大學(xué)或醫(yī)院，其中有7家機(jī)構(gòu)發(fā)表超過(guò)一篇文獻(xiàn)，以美國(guó)的印第安納大學(xué)(4篇)發(fā)表文獻(xiàn)最多、其次是上海交通大學(xué)(3篇)(表5)。有2位作者以第一作者身份發(fā)表1篇以上文獻(xiàn)，分別是臺(tái)灣的Lee Ding-Yu和美國(guó)的Bivi Nicoletta各發(fā)表兩篇(表6)，文獻(xiàn)中研究的信號(hào)通路以MAPK-ERK 信號(hào)通路最多，多達(dá)11篇，其次是Wnt/beta-catenin 信號(hào)通路，為9篇(表7)。

表1 骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激被引最高的50篇相關(guān)文獻(xiàn)Table 1 The 50 most cited articles in the field of bone cells mechanical stress stimulation

排名文獻(xiàn)信息引用次數(shù)28KidoS，Kuriwaka-KidoR．MechanicalstressinducesInterleukin?11expressiontostimulateosteoblastdifferentia?tion．Bone，2009，45(6)：1125?1132．3429WatabeH，F(xiàn)uruhamaT．Mechanotransductionactivatesalpha(5)beta(1)integrinandPI3K/Aktsignalingpath?waysinmandibularosteoblasts．ExpCellRes，2011，317(18)：2642?2649．3230TanSD，BakkerAD．Inhibitionofosteocyteapoptosisbyfluidflowismediatedbynitricoxide．BiochemBiophysResCommun，2008，369(4)：1150?1154．3231ZhaoY，WangC．ExpressionofOsterixinmechanicalstress?inducedosteogenicdifferentiationofperiodontalliga?mentcellsinvitro．EurJOralSci，2008，116(3)：199?206．3032SaxonL．K，JacksonBF．Analysisofmultipleboneresponsestogradedstrainsabovefunctionallevels，andtodis?use，inmiceinvivoshowthatthehumanLrp5G171VHighBoneMassmutationincreasestheosteogenicresponsetoloadingbutthatlackofLrp5activityreducesit．Bone，2011，49(2)：184?193．2933KalyanaramanH，SchwappacherR．Nongenomicthyroidhormonesignalingoccursthroughaplasmamembrane?lo?calizedreceptor．SciSignal，2014，7(326)：ra48．2934BiviN，Pacheco?CostaR．AbsenceofCx43selectivelyfromosteocytesenhancesresponsivenesstomechanicalforceinmice．JOrthopRes，2013，31(7)：1075?1081．2835QiuN，XiaoZ．DisruptionofKif3ainosteoblastsresultsindefectiveboneformationandosteopenia．JCellSci，2012，125(Pt8)：1945?1957．2836ZieglerN，AlonsoA．Mechano?transductioninperiodontalligamentcellsidentifiesactivatedstatesofMAP?kinasesp42/44andp38?stresskinaseasamechanismforMMP?13expression．BMCCellBiol，2010，11：10．2737ImaiS，HeinoTJ．Osteocyte?derivedHB?GAM(pleiotrophin)isassociatedwithboneformationandmechanicalloading．Bone，2009；44(5)：785?794．2738JacksonR，KumarasuriyarA．．Long?termloadinginhibitsERK1/2phosphorylationandincreasesFGFR3expres?sioninMC3T3?E1osteoblastcells．JCellPhysiol，2006，209(3)：894?904．2739GogaY，ChibaM．Compressiveforceinducesosteoblastapoptosisviacaspase?8．JDentRes，2006，85(3)：240?244．2640ZhangP，WuY．OsteogenicresponseofmesenchymalstemcellstocontinuousmechanicalstrainisdependentonERK1/2?Runx2signaling．IntJMolMed，2012，29(6)：1083?1089．2441SenB，XieZ．mTORC2regulatesmechanicallyinducedcytoskeletalreorganizationandlineageselectioninmarrow?derivedmesenchymalstemcells．JBoneMinerRes，2014，29(1)：78?89．2342LiCF，Hughes?FulfordM．Fibroblastgrowthfactor?2isanimmediate?earlygeneinducedbymechanicalstressinos?teogeniccells．JBoneMinerRes，2006，21(6)：946?955．2343GrimstonSK，ScreenJ．Roleofconnexin43inosteoblastresponsetophysicalload．AnnNYAcadSci，2006，1068：214?224．2244KatzS，AyalaV．ActivationofthePI3K/AktsignalingpathwaythroughP2Y(2)receptorsbyextracellularATPisinvolvedinosteoblasticcellproliferation．ArchBiochemBiophys，2011，513(2)：144?152．2145GortazarAR，Martin?MillanM．Crosstalkbetweencaveolin?1/extracellularsignal?regulatedkinase(ERK)andbe?ta?cateninsurvivalpathwaysinosteocytemechanotransduction．JBiolChem，2013，288(12)：8168?8175．2146TemiyasathitS，TangWJ．Mechanosensingbytheprimarycilium：deletionofKif3Areducesboneformationduetoloading．PLoSOne，2012，7(3)：e33368．2147HughesS，MagnayJ．Expressionofthemechanosensitive2PK+channelTREK?1inhumanosteoblasts．JCellPhysi?ol，2006，206(3)：738?748．2148WatanabeT，NakanoK．RoleofMsx2asapromotingfactorforRunx2attheperiodontaltensionsideselicitedbymechanicalstress．EurJMedRes，2008，13(9)：425?431．2149KesavanC，WergedalJE．ConditionaldisruptionofIGF?Igeneintype1alphacollagen?expressingcellsshowsanessentialroleofIGF?Iinskeletalanabolicresponsetoloading．AmJPhysiolEndocrinolMetab，2011，301(6)：E1191?1197．2050ZuoB，ZhuJF．microRNA?103afunctionsasamechanosensitivemicroRNAtoinhibitboneformationthroughtar?getingRunx2．JBoneMinerRes．2015 30(2)：330?345．20

表2 發(fā)表時(shí)間分布Table 2 Distribution of publication year

表3 發(fā)表期刊分布Table 3 Distribution of journals that published the top 50 cited papers

表4 文獻(xiàn)地區(qū)分布Table 4 Distribution of region of origin

表5 發(fā)表一篇以上文獻(xiàn)的作者單位Table 5 Institutions with more than one top 50 cited articles published

表6 發(fā)表一篇以上文獻(xiàn)的第一作者Table 6 Authors with more than one top 50 cited articles published as the first author

表7 研究次數(shù)一次以上的信號(hào)通路Table 7 Signaling pathways that had been studied in more than one publication

3 討論

文獻(xiàn)的被引頻次是評(píng)價(jià)文獻(xiàn)影響力和重要性的主要參數(shù)[3]，文獻(xiàn)被引用意味著文獻(xiàn)被作者參考并在其后續(xù)研究中具有重要作用，總結(jié)骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)方面的被引用最高文獻(xiàn)，不僅有助于了解骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)研究的發(fā)展?fàn)顩r，指導(dǎo)未來(lái)研究方向，還可以為廣大研究者閱讀文獻(xiàn)提供參考[8]。在本研究中發(fā)現(xiàn)，《Journal of Bone and Mineral Research》是發(fā)表骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激被引最高文獻(xiàn)最多的期刊，占總文獻(xiàn)量超過(guò)了1/5,其次是《Journal of Biological Chemistry》和《Bone》，體現(xiàn)了這幾種雜志在骨科基礎(chǔ)研究中的專業(yè)影響力大；一些以前的研究表明，期刊的影響因子是最主要被引用指標(biāo)，發(fā)表在高影響因子上期刊上的文獻(xiàn)被引率較高[9]；然而，在本研究中并未被證實(shí)，這一結(jié)果表明被引率最高的文獻(xiàn)并不明確的受到期刊影響因子的影響，這一結(jié)果也被在其他研究中發(fā)現(xiàn)[10]。

骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激被引最高的這50篇文獻(xiàn)主要來(lái)自于美國(guó)、中國(guó)、日本，其中有將近一半文獻(xiàn)來(lái)自美國(guó)，凸顯了美國(guó)在骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)基礎(chǔ)研究中處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，也彰顯了這些國(guó)家高度工業(yè)化，在經(jīng)濟(jì)和衛(wèi)生保健支出中投入巨大。此外，也展示了這些國(guó)家的科學(xué)研究水平[3]。發(fā)表經(jīng)典文獻(xiàn)最多的是美國(guó)的印第安納大學(xué)，高達(dá)4篇、其次是上海交通大學(xué)，高達(dá)3篇，這些大學(xué)都是在國(guó)際上享有盛名，引領(lǐng)著最前沿的研究方向，還有5家機(jī)構(gòu)各發(fā)表了2篇文獻(xiàn)，這些機(jī)構(gòu)都是各個(gè)國(guó)家的知名院校，代表了該國(guó)在骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激方面的研究水平。有2位作者以第一作者身份發(fā)表1篇以上文獻(xiàn)，分別是中國(guó)臺(tái)灣的Lee Ding-yu和美國(guó)的 Bivi Nicoletta各發(fā)表了2篇文獻(xiàn)，他們?cè)谏镝t(yī)學(xué)和分子生物學(xué)等領(lǐng)域具有重要的學(xué)術(shù)地位，開(kāi)展了很多骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)方面的基礎(chǔ)研究，也取得了豐碩的成果。

被引最高的50篇文獻(xiàn)中研究最多的信號(hào)通路是MAPK-ERK 信號(hào)通路(11次)，其次是Wnt/beta-catenin 信號(hào)通路(9次)；骨細(xì)胞通過(guò)感受器感知機(jī)械刺激后，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號(hào)，并通過(guò)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)傳遞到效應(yīng)細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能活動(dòng)；雖然目前對(duì)于骨細(xì)胞所受機(jī)械刺激作用的研究越來(lái)越多，但是對(duì)于骨細(xì)胞是如何感受機(jī)械刺激的機(jī)制仍然不清楚，需要進(jìn)一步的研究。信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中參與的信號(hào)通路非常多，MAPK是一類與細(xì)胞增殖、分化密切相關(guān)的蛋白激酶家族，MAPK信號(hào)通路主要包括ERK1/2通路、P38通路、JNK 通路、ERK5通路；其中，ERK1/2是MAPK家族的重要成員，參與成骨細(xì)胞的增殖、分化和凋亡[11]。ERK5是MAPK家族中較新的一個(gè)成員，ERK5的活化對(duì)于細(xì)胞的增殖、分化等生理過(guò)程是必需的[12,13]，MAPK-ERK 是目前研究較多的信號(hào)通路。骨細(xì)胞分泌產(chǎn)生的骨硬化蛋白(Sost)可以與低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6(LRP-5/6)結(jié)合，從而阻斷Wnt 與LRP-5/6的結(jié)合，抑制Wnt/beta-catenin信號(hào)通路，降低成骨細(xì)胞的活性；在機(jī)械刺激誘導(dǎo)骨形成的過(guò)程中，Sost表達(dá)明顯降低，從而可以激活Wnt/beta-catenin信號(hào)通路，促進(jìn)成骨細(xì)胞活化[14]。骨細(xì)胞可以將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號(hào)傳遞給成骨細(xì)胞，使其根據(jù)所處的外界環(huán)境作出反應(yīng)，從而調(diào)控骨組織的修復(fù)和重建過(guò)程。Wnt/beta-catenin信號(hào)通路在骨細(xì)胞增殖、分化、凋亡等方面起著很重要的作用，這也是該通路被研究較多的原因；目前還主要集中在傳統(tǒng)機(jī)制的研究，在今后的研究中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)蛋白和基因水平的研究，比如基因的甲基化、泛素化、miRNA、lncRNA等干預(yù)機(jī)制的研究有助于深化和拓展研究方向。

同國(guó)際類似研究相同，本研究也一樣存在著不足，首先，納入50篇文獻(xiàn)是作者自主限定，可能導(dǎo)致部分經(jīng)典文獻(xiàn)的遺漏，然而，任何納入文獻(xiàn)數(shù)量的限定都可能存在不足，國(guó)際類似研究報(bào)道有納入25、50、100篇的[3,6]，綜合考慮到文獻(xiàn)被引頻次的高低，期刊對(duì)稿件字?jǐn)?shù)的限制和推薦給廣大研究者使用，作者認(rèn)為選取數(shù)量不宜過(guò)多或過(guò)少，所以篩選了50篇文獻(xiàn)，其次，關(guān)鍵詞檢索并不能涵蓋所有骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)文獻(xiàn)，本研究則參考國(guó)際類似研究[3,7]，最后，被引分析研究是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的橫斷面研究，在不同的時(shí)間點(diǎn)實(shí)施檢索，文獻(xiàn)的被引頻次可能會(huì)不同，因此，后續(xù)研究中文獻(xiàn)的納入和排序可能發(fā)生改變。然而，這種改變將提示骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的變化，由此在未來(lái)有更新該研究的必要[7]。

綜上所述，被引最高文獻(xiàn)的總結(jié)不僅有助于了解骨細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力刺激相關(guān)研究的發(fā)展?fàn)顩r，指導(dǎo)未來(lái)研究的方向，還可以為廣大青年研究者閱讀文獻(xiàn)提供參考。