Механические сигналы в процессах моделирования и ремоделирования костной ткани

Для нормального внутриутробного развития скелета и его роста необходима механическая стимуляция. Механическая нагрузка вызывает адаптивные изменения костной ткани, укрепляющие её структуру. Адаптивный ответ костной ткани регулируется способностью находящихся в ней клеток воспринимать механическую энергию и преобразовывать её в каскад структурных и биохимических изменений — процесс, известный как механотрансдукция. Пути механотрансдукции относятся к наиболее анаболическим сигнальным путям в костной ткани, поэтому большое внимание уделяется выяснению механизмов, посредством которых механическая нагрузка вызывает наблюдаемые эффекты, включая усиление костеобразования, уменьшение потери костной ткани, а также изменения дифференцировки и продолжительности жизни костных клеток. Молекулярные механизмы этих процессов постепенно раскрываются, что даёт новые фундаментальные представления о биологии костной ткани. В этой статье рассматриваются особенности физического стимула, на который костные клетки отвечают адаптивной реакцией, включая свойства клеток-сенсоров и их физического окружения, а также предполагаемые механорецепторы, экспрессируемые этими клетками. Особое внимание уделено фокальным адгезиям и Wnt-сигналингу с учётом их предполагаемой роли в механотрансдукции костной ткани. Рассмотрены клеточные механизмы усиления потери костной ткани при отсутствии нагрузки и её уменьшения при механической нагрузке. Наконец, обобщены опубликованные данные об адаптации костных клеток, при которой они перестают отвечать на механические сигналы. В совокупности эти данные подчёркивают сложный, но тонко скоординированный процесс механической регуляции костного гомеостаза.