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目的1.探讨原硅酸(orthosilicic acid)是否通过上调骨形态发生蛋2(bone morphogenetic protein 2, BMP-2)的表达来促进大鼠骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)向成骨细胞分化。2.明确原硅酸是否通过BMP-2/Smad 1/5/RUNX2信号通路促进成骨细胞表达一型胶原(collagen type 1, COL-1)和骨钙素。方法分别向大鼠BMSCs中加入不同浓度(0、5、10、20、50 μM)的原硅酸,作用48h后,Western blot法检测BMP-2的表达;向大鼠BMSCs中加入浓度为10 μM的原硅酸,分别作用不同的时间(0、24、48、72 h)后,Western blot法检测BMP-2的表达；使用BMP-2拮抗剂noggin预先处理细胞2h, Western blot法检测BMP-2的表达；分别向大鼠BMSCs中加入不同浓度(0、5、10、20、50μM)的原硅酸,作用72 h后,Western blot法检测COL-1的表达；向大鼠BMSCs中加入浓度为10μM的原硅酸,分别作用不同的时间(0、48、72、96h)后,Western blot法检测COL-1的表达；向大鼠BMSCs中加入不同浓度(0、5、10、20、50μM)的原硅酸作用7d后,以及使用noggin预先处理细胞2h后,均用微量酶标法检测细胞碱性磷酸酶(ALP)的活性；向大鼠BMSCs中分别加入不同浓度(0、10 μM)的原硅酸作用21 d后,细胞茜素红钙染色法检测钙结节的生成量：分别向人成骨肉瘤细胞MG-63和U2-OS细胞系中加入不同浓度(0、10、20、50μM)的原硅酸,作用72h后,Western blot法检测COL-1、骨钙素及BMP-2/Smad/RUNX2信号通路相关蛋白的表达。使用noggin预先处理细胞2h, Western blot法检测BMP-2、P-Smad1/5和RUNX2的表达；在MG-63细胞系中加入不同浓度(0、10μM)原硅酸,细胞免疫荧光法检测BMP-2、P-Smad1/5和RUNX2.微量酶标法检测不同浓度(0、10、20、50 μM)原硅酸对MG-63细胞内ALP活性的影响。结果BMSCs分别经0、5、10、20、50μM原硅酸处理48h,5μM原硅酸开始使BMP-2表达增多,浓度为10μM时,BMP-2表达水平最高,与对照组相比,差异有统计学差异(P<0.05),但随着原硅酸浓度的增加,到50μM时,原硅酸对BMP-2的表达无明显的促进作用(P>0.05)；经10 gM原硅酸分别处理BMSCs24 h、48 h后,与对照组相比,细胞内BMP-2的表达较对照组均增加(P<0.05),其中48 h时,BMP-2的表达水平最高。处理72 h时,BMP-2表达水平下降并接近于对照组水平(P>0.05)；使用BMP-2的拮抗剂noggin (100ng/ml)预先处理BMSCs 2 h后,可以显著阳断原硅酸对BMP-2表达的上调作用：BMSCs分别经0、5、10、20、50μM原硅酸处理72 h后,与对照组相比,COL-1的表达均明显增高(P<0.05),其中浓度为10 μM时,COL-1的表达水平最高,浓度为50 gM时,COL-1表达水平下降并接近于对照组水平(P>0.05)；经10 gM原硅酸分别处理BMSCs 48 h、72 h、96 h后,与对照组相比,COL-1表达明显升高(P<0.05)。其中处理72 h时,COL-1的表达水平较48 h、96 h时高；在原硅酸浓度分别为10和20μM条件下,ALP的活性相对于对照组是升高的(P<0.05),其中10μM时最高。50μM条件下,相对于对照组,差异无统计学意义(P>0.05)。预先使用noggin (100 ng/ml)处理BMSCs 2 h,能够显著阻断原硅酸对ALP活性的促进作用；相对于对照组,应用10μM原硅酸作用细胞21 d,能够明显增加细胞中钙结节的数量；10μM原硅酸作用于MG-63和U2-OS细胞系72h,能显著促进BMP-2、P-Smad1/5、RUNX2、COL-1和骨钙素的表达。在此条件下,ALP的活性也显著增加,并且细胞免疫荧光阳性率较对照组明显升高；Noggin能够阻断原硅酸对P-Smad1/5. RUNX2、COL-1表达的上调作用。结论1.原硅酸能够促进大鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,并且BMP-2的表达上调可能是这一过程中的重要作用机制之一。2.原硅酸通过BMP-2/Smad1/5/RUNX2信号通路促进成骨细胞表达COL-1和骨钙素。