Extracellular matrix (ECM) production and nucleus pulposus (NP) cell migration increase under periodic mechanical stress (PMS), but the underpinning regulatory mechanism remains unclear. This work aimed to examine the regulatory effects of cytoskeleton-lipid raft-integrin α1 signaling in NP cells exposed to PMS. Briefly, In NP cells, cytoskeleton rearrangement, lipid raft aggregation and integrin α1 expression in the stress and control groups were assessed by immunofluorescent staining and immunoblot. In addition, cell migration and ECM gene expression were detected by a scratch test and quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT‑PCR), respectively. As a result, PMS up-regulated ECM gene expression and enhanced NP cell migration (both P < 0.05), accompanied by increased integrin α1, lipid raft, caveolin-3, F-actin and β-tubulin amounts. Pretreatment with the lipid raft inhibitor methyl-β-cyclodextrin (MβCD) or small interfering RNA (siRNA) targeting caveolin-3 resulted in decreased ECM mRNA synthesis and cell migration induced by PMS (both P < 0.05); meanwhile, integrin α1 expression was also reduced. F-actin and β-tubulin inhibition by cytochalasin D and colchicine, respectively, not only reduced ECM mRNA synthesis and cell migration (both P < 0.05), but also disrupted lipid raft and caveolin-3 amount increases induced by PMS in NP cells. In conclusion, PMS promotes ECM mRNA up-regulation and cell migration through the cytoskeleton-lipid raft-integrin α1 signaling pathway, inhibiting cytoskeleton and lipid rafts could block the cellular effects.

细胞外基质 (ECM) 的产生和髓核 (NP) 细胞迁移在周期性机械应力 (PMS) 下增加，但基础调节机制仍不清楚。这项工作旨在检查细胞骨架-脂质筏-整合素 α1 信号在暴露于 PMS 的 NP 细胞中的调节作用。简而言之，在 NP 细胞中，通过免疫荧光染色和免疫印迹评估应激组和对照组中的细胞骨架重排、脂筏聚集和整合素 α1 表达。此外，分别通过划痕试验和定量逆转录聚合酶链反应 (qRT-PCR) 检测细胞迁移和 ECM 基因表达。结果，PMS 上调 ECM 基因表达并增强 NP 细胞迁移（均 P < 0.05），伴随着整合素 α1、脂筏、caveolin-3、F-肌动蛋白和β-微管蛋白的量。用靶向caveolin-3的脂筏抑制剂甲基-β-环糊精（MβCD）或小干扰RNA（siRNA）预处理导致PMS诱导的ECM mRNA合成和细胞迁移减少（均P <0.05）；同时，整合素α1表达也减少。细胞松弛素 D 和秋水仙碱分别抑制 F-肌动蛋白和 β-微管蛋白，不仅减少了 ECM mRNA 的合成和细胞迁移（均 P < 0.05），而且还破坏了 NP 细胞中 PMS 诱导的脂筏和 caveolin-3 量增加。总之，PMS通过细胞骨架-脂筏-整合素α1信号通路促进ECM mRNA上调和细胞迁移，抑制细胞骨架和脂筏可阻断细胞效应。用靶向caveolin-3的脂筏抑制剂甲基-β-环糊精（MβCD）或小干扰RNA（siRNA）预处理导致PMS诱导的ECM mRNA合成和细胞迁移减少（均P <0.05）；同时，整合素α1表达也减少。细胞松弛素 D 和秋水仙碱分别抑制 F-肌动蛋白和 β-微管蛋白，不仅减少了 ECM mRNA 的合成和细胞迁移（均 P < 0.05），而且还破坏了 NP 细胞中 PMS 诱导的脂筏和 caveolin-3 量增加。总之，PMS通过细胞骨架-脂筏-整合素α1信号通路促进ECM mRNA上调和细胞迁移，抑制细胞骨架和脂筏可阻断细胞效应。用靶向caveolin-3的脂筏抑制剂甲基-β-环糊精（MβCD）或小干扰RNA（siRNA）预处理导致PMS诱导的ECM mRNA合成和细胞迁移减少（均P <0.05）；同时，整合素α1表达也减少。细胞松弛素 D 和秋水仙碱分别抑制 F-肌动蛋白和 β-微管蛋白，不仅减少了 ECM mRNA 的合成和细胞迁移（均 P < 0.05），而且还破坏了 NP 细胞中 PMS 诱导的脂筏和 caveolin-3 量增加。总之，PMS通过细胞骨架-脂筏-整合素α1信号通路促进ECM mRNA上调和细胞迁移，抑制细胞骨架和脂筏可阻断细胞作用。0.05); 同时，整合素α1表达也减少。细胞松弛素 D 和秋水仙碱分别抑制 F-肌动蛋白和 β-微管蛋白，不仅减少了 ECM mRNA 的合成和细胞迁移（均 P < 0.05），而且还破坏了 NP 细胞中 PMS 诱导的脂筏和 caveolin-3 量增加。总之，PMS通过细胞骨架-脂筏-整合素α1信号通路促进ECM mRNA上调和细胞迁移，抑制细胞骨架和脂筏可阻断细胞效应。0.05); 同时，整合素α1表达也减少。细胞松弛素 D 和秋水仙碱分别抑制 F-肌动蛋白和 β-微管蛋白，不仅减少了 ECM mRNA 的合成和细胞迁移（均 P < 0.05），而且还破坏了 NP 细胞中 PMS 诱导的脂筏和 caveolin-3 量增加。总之，PMS通过细胞骨架-脂筏-整合素α1信号通路促进ECM mRNA上调和细胞迁移，抑制细胞骨架和脂筏可阻断细胞效应。