骨细胞力学信号转导功能研究被引最高50篇相关文献分析

杨全增 张成俊 姜金 丁宁 李忠浩 夏亚一

兰州大学第二医院骨科，甘肃省骨与关节疾病重点实验室，甘肃 兰州 730030

骨骼细胞包括成骨细胞﹑破骨细胞﹑骨细胞﹑骨衬细胞，可以感知机械信号并通过一系列信号通路转化为生物化学信号，并将这些生物化学信号传递给效应细胞，从而调节细胞的代谢过程；其中骨细胞和成骨细胞是骨组织中机械应力的主要感受器，此外，它还对调节成骨细胞和破骨细胞的平衡起重要作用[1]。近年来，一些概念和技术等方面的进展有助于去阐明骨细胞在骨骼代谢等方面的角色和调节机制；骨细胞是目前公认的骨骼代谢活动的主要调节者，它能够从所处环境中感受并整合机械和化学信号来调节骨的形成和吸收[2]。然而，总结和分析骨细胞机械应力刺激相关经典文献的研究尚未见报道。

被引分析是被广泛应用于评价文献影响力的计量学方法。通常文献的被引频次被认为是评价该篇文献影响力和重要性的主要参数[3]，在国际上，骨科及相关专业比如脊柱、创伤、关节、足踝外科等专业，已经总结出了被引最高的文献[3-6]。然而，关于骨细胞机械应力刺激相关方面的被引用最高文献的分析还鲜有报道；这将不仅有助于了解骨细胞机械应力刺激相关研究的发展状况，指导未来研究的方向，还可以为广大青年研究者阅读文献提供参考。本文拟分析和研究骨细胞受机械应力刺激相关方面被引率最高的50篇文献的主要特征。

1 材料和方法

1.1 资料来源和检索方法

本研究中的文献检索方法参考国际类似研究[3,7]，利用计算机检索“Pubmed”，“Web of Science”等英文数据库，以“Compressive stress，Tensile stress，Fluid shear stress，Stretch stress， Centrifugal force，Micropipette stimulation，Electromagnetic force mode,Mechanical stress, Mechanotransduction”和 “Osteocyte, Osteoblast”为关键词进行检索，检索实施时间为2016年9月17日，对时间范围、作者、文献类型等不做限制；检索结果按照“被引次数”由高到低进行排序。

1.2 纳入和排除标准

纳入和排除标准参照国际类似研究[3,7]，纳入和骨细胞机械应力刺激相关的文献，排除与骨细胞机械应力刺激不相关或不直接相关的文献，如组织工程方面、会议报道等。

1.3 文献筛选和资料提取

根据纳入和排除标准，首先阅读文献标题和摘要进行初步筛选，对不能确定排除的文献进一步获取全文进行筛选。确定被引最高的 50 篇骨细胞机械应力刺激文献后获取全文；提取文献的基本信息，包括文献的标题、第一作者、发表年份、期刊来源、地区分布、作者单位、被引频次等，由于部分大学名称的变更，文中统一以现有机构名称做描述。以上过程均由2名研究者独立完成，如遇到分歧进行讨论解决，必要时咨询第3名研究者以达成一致。

1.4 统计学处理

主要统计分析指标：①文献标题及被引频次; ②文献发表年份; ③文献发表期刊来源; ④文献来源地区分布; ⑤(文献来源机构分布; ⑥文献第一作者分布; ⑦文献研究的信号通路。利用 Excel 软件对每个提取资料的项目进行分类。对项目中的文献分布数量进行统计，以表格的形式进行描述。

2 结果

骨细胞机械应力刺激被引最高的50篇相关文献及被引频次见表1。文献被引频次最高为239次，最低为20次，平均为54.72次，这些文献发表于1999年至2015年之间(表2)，其中以2009年最多为9篇。

所有文献发表于27本期刊，其中以《Journal of Bone and Mineral Research》最多，其次是《Journal of Biological Chemistry》、第三为《Bone》；分别为11篇、6篇、5篇，共占总文献的44%(表3)；这些文献来自于12个国家，其中以美国(21篇)、中国(9篇)和日本(9篇)最多共占总文献的78%(表4)。

这50篇文献源自全世界的40所大学或医院，其中有7家机构发表超过一篇文献，以美国的印第安纳大学(4篇)发表文献最多、其次是上海交通大学(3篇)(表5)。有2位作者以第一作者身份发表1篇以上文献，分别是台湾的Lee Ding-Yu和美国的Bivi Nicoletta各发表两篇(表6)，文献中研究的信号通路以MAPK-ERK 信号通路最多，多达11篇，其次是Wnt/beta-catenin 信号通路，为9篇(表7)。

表1 骨细胞机械应力刺激被引最高的50篇相关文献Table 1 The 50 most cited articles in the field of bone cells mechanical stress stimulation

排名文献信息引用次数28KidoS，Kuriwaka-KidoR．MechanicalstressinducesInterleukin⁃11expressiontostimulateosteoblastdifferentia⁃tion．Bone，2009，45(6)：1125⁃1132．3429WatabeH，FuruhamaT．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 发表时间分布Table 2 Distribution of publication year

表3 发表期刊分布Table 3 Distribution of journals that published the top 50 cited papers

表4 文献地区分布Table 4 Distribution of region of origin

表5 发表一篇以上文献的作者单位Table 5 Institutions with more than one top 50 cited articles published

表6 发表一篇以上文献的第一作者Table 6 Authors with more than one top 50 cited articles published as the first author

表7 研究次数一次以上的信号通路Table 7 Signaling pathways that had been studied in more than one publication

3 讨论

文献的被引频次是评价文献影响力和重要性的主要参数[3]，文献被引用意味着文献被作者参考并在其后续研究中具有重要作用，总结骨细胞机械应力刺激相关方面的被引用最高文献，不仅有助于了解骨细胞机械应力刺激相关研究的发展状况，指导未来研究方向，还可以为广大研究者阅读文献提供参考[8]。在本研究中发现，《Journal of Bone and Mineral Research》是发表骨细胞机械应力刺激被引最高文献最多的期刊，占总文献量超过了1/5,其次是《Journal of Biological Chemistry》和《Bone》，体现了这几种杂志在骨科基础研究中的专业影响力大；一些以前的研究表明，期刊的影响因子是最主要被引用指标，发表在高影响因子上期刊上的文献被引率较高[9]；然而，在本研究中并未被证实，这一结果表明被引率最高的文献并不明确的受到期刊影响因子的影响，这一结果也被在其他研究中发现[10]。

骨细胞机械应力刺激被引最高的这50篇文献主要来自于美国、中国、日本，其中有将近一半文献来自美国，凸显了美国在骨细胞机械应力刺激相关基础研究中处于绝对领先地位，也彰显了这些国家高度工业化，在经济和卫生保健支出中投入巨大。此外，也展示了这些国家的科学研究水平[3]。发表经典文献最多的是美国的印第安纳大学，高达4篇、其次是上海交通大学，高达3篇，这些大学都是在国际上享有盛名，引领着最前沿的研究方向，还有5家机构各发表了2篇文献，这些机构都是各个国家的知名院校，代表了该国在骨细胞机械应力刺激方面的研究水平。有2位作者以第一作者身份发表1篇以上文献，分别是中国台湾的Lee Ding-yu和美国的 Bivi Nicoletta各发表了2篇文献，他们在生物医学和分子生物学等领域具有重要的学术地位，开展了很多骨细胞机械应力刺激相关方面的基础研究，也取得了丰硕的成果。

被引最高的50篇文献中研究最多的信号通路是MAPK-ERK 信号通路(11次)，其次是Wnt/beta-catenin 信号通路(9次)；骨细胞通过感受器感知机械刺激后，将机械信号转化为生物化学信号，并通过细胞内信号的转导传递到效应细胞，调节细胞的功能活动；虽然目前对于骨细胞所受机械刺激作用的研究越来越多，但是对于骨细胞是如何感受机械刺激的机制仍然不清楚，需要进一步的研究。信号传导过程中参与的信号通路非常多，MAPK是一类与细胞增殖、分化密切相关的蛋白激酶家族，MAPK信号通路主要包括ERK1/2通路、P38通路、JNK 通路、ERK5通路；其中，ERK1/2是MAPK家族的重要成员，参与成骨细胞的增殖、分化和凋亡[11]。ERK5是MAPK家族中较新的一个成员，ERK5的活化对于细胞的增殖、分化等生理过程是必需的[12,13]，MAPK-ERK 是目前研究较多的信号通路。骨细胞分泌产生的骨硬化蛋白(Sost)可以与低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(LRP-5/6)结合，从而阻断Wnt 与LRP-5/6的结合，抑制Wnt/beta-catenin信号通路，降低成骨细胞的活性；在机械刺激诱导骨形成的过程中，Sost表达明显降低，从而可以激活Wnt/beta-catenin信号通路，促进成骨细胞活化[14]。骨细胞可以将机械刺激转化为生物化学信号传递给成骨细胞，使其根据所处的外界环境作出反应，从而调控骨组织的修复和重建过程。Wnt/beta-catenin信号通路在骨细胞增殖、分化、凋亡等方面起着很重要的作用，这也是该通路被研究较多的原因；目前还主要集中在传统机制的研究，在今后的研究中应该加强对蛋白和基因水平的研究，比如基因的甲基化、泛素化、miRNA、lncRNA等干预机制的研究有助于深化和拓展研究方向。

同国际类似研究相同，本研究也一样存在着不足，首先，纳入50篇文献是作者自主限定，可能导致部分经典文献的遗漏，然而，任何纳入文献数量的限定都可能存在不足，国际类似研究报道有纳入25、50、100篇的[3,6]，综合考虑到文献被引频次的高低，期刊对稿件字数的限制和推荐给广大研究者使用，作者认为选取数量不宜过多或过少，所以筛选了50篇文献，其次，关键词检索并不能涵盖所有骨细胞机械应力刺激相关文献，本研究则参考国际类似研究[3,7]，最后，被引分析研究是一个时间点的横断面研究，在不同的时间点实施检索，文献的被引频次可能会不同，因此，后续研究中文献的纳入和排序可能发生改变。然而，这种改变将提示骨细胞机械应力刺激相关领域研究热点的变化，由此在未来有更新该研究的必要[7]。

综上所述，被引最高文献的总结不仅有助于了解骨细胞机械应力刺激相关研究的发展状况，指导未来研究的方向，还可以为广大青年研究者阅读文献提供参考。