Wnt/β-catenin通路是参与身体发育和生长，特别是骨代谢的核心通路。在经典的Wnt-β-catenin信号通路中，通路中的每一种蛋白在没有Wnt配体前提下正常表达，Axin会结合β-catenin并导致其被磷酸化，从而引导APC复合物将其泛素化并降解，无法入核启动下游基因转录；在存在Wnt配体时，Wnt受体会结合Axin，β-catenin不会结合Axin且不会被降解，于是入核启动下游基因转录，而对于本文侧重点来说，即调节成骨相关基因的转录。

Shi等人发现，与具有相同表面形貌的钛平面相比，钽平面上的人类骨髓间充质干细胞（hBMSCs)表达出的β-catenin水平更高。同时，他们还发现钽组的Wnt/β信号通路的下游基因，包括分泌型磷酸蛋白1(Spp1)、碱性磷酸酶、肝/骨/肾(ALPL)、Runx2、Axin2和C-myc出现上调。

此外，DNA微阵列评估结果表明成骨细胞系(MG63)在μm级钽粉影响下增强了Wnt1信号通路蛋白3(WISP3)的表达，该蛋白在Wnt/β-catenin信号通路中发挥着重要的积极作用。

这些研究协同表明，钽可能通过触发Wnt/β-catenin信号通路诱导成骨。

整合素是一种跨膜的粘附蛋白，由α/β异构体组成，负责介导细胞-基质和细胞-细胞的相互作用。整合素与其配体的结合导致了整合素的磷酸化并招募细胞质中的焦点粘附激酶(FAK)。 然后，FAKs激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)或ERK1/2来调节下游基因。整合素也与成骨有关。此外，一些整合素，如整合素αv/β1、α2β1和α5β1，已被报道在成骨中发挥关键作用。

Lu等人发现，与钛相比，钽在蛋白质和mRNA水平上增强了大鼠骨髓间充质干细胞rBMSCs中整合素α5、整合素β1、ERK1/2和Runx2的表达。而这几类基因的失活会导致下游基因的下调和成骨功能受损，而过量表达则可以促进成骨功能。此外钽涂层能够增强FAK的表达，而FAK在整合素信号通路中起着重要作用。在植入2和4周后从骨质疏松症患者下颌骨取出的多孔钽补块中也观察到整合素和配体的表达增加，如ITGA1、ITGA2和ITGFGB1。

所有这些研究表明，钽可能通过整合素/ERK1/2/Runx2途径促进成骨。

Wnt/β-catenin通路和整合素通路都通过调节下游基因转录提升了钽的成骨能力，且整合素通路对多种成骨蛋白均有上调作用。除了上述信号通路外，其实还有很多其它与钽有关的有趣机制促进成骨分化，如氧化应激介导的MAPK信号通路甚至是一些自噬机制。

例如被称为自由基的活性氧(ROS)，这种来自氧气的小分子能参与各种生物过程，如骨髓间充质干细胞BMSCs的分化。钽通过抑制ROS介导的MAPK途径的过度表达来增强成骨能力。

同样，Lu等人也观察到在钽上培养的OVX-rBMSCs的ROS水平比钛组低。Sollazzo等人报道，MAP3K2是MAPK途径上游的一个分子，在与钽粉共培养的MG63中被上调。这些发现表明，Ta可能通过氧化应激介导的MAPK途径促进成骨。有趣的是，Ta纳米颗粒(Ta-NPs)可以被成骨细胞吞噬，同样可以提高成骨细胞的增殖能力。

通过这三期的深入探讨，为目前已知的所有包含实验佐证的钽金属促成骨机制做了一个汇总总结。

近年来，随着对钽金属的全方面研究，人们对其成骨作用的理解和认识都有了一个显著飞跃，关于Wnt/β-catenin信号通路、BMP信号通路、TGF-β信号通路的研究对钽诱导成骨的现象给予了一个完善的解释。

参考文献：

1. Qian, H., Lei, T., Ye, Z., Hu, Y., & Lei, P. (2020). From the Performance to the Essence: The Biological Mechanisms of How Tantalum Contributes to Osteogenesis. BioMed research international, 2020, 5162524. https://doi.org/10.1155/2020/5162524

2.  L.-Y. Shi, A. Wang, F.-Z. Zang, J. X. Wang, X. W. Pan, and H. J. Chen, “Tantalum-coated pedicle screws enhance implant integration,” Colloids and Surfaces B-Biointerfaces, vol. 160, pp. 22–32, 2017.

3. V. Sollazzo, F. Pezzetti, L. Massari et al., “Evaluation of gene expression in MG63 human osteoblastlike cells exposed to tantalum powder by microarray technology,” The International journal of periodontics & restorative dentistry, vol. 31, no. 4, 2011.

4. M. Lu, X. Zhuang, K. Tang et al., “Intrinsic surface effects of tantalum and titanium on integrin α5β1/ ERK1/2 pathwaymediated osteogenic differentiation in rat bone mesenchymal stromal cells,” Cellular Physiology and Biochemistry, vol. 51, no. 2, pp. 589–609, 2018.

5. E. K. Hefni, S. Bencharit, S. J. Kim et al., “Transcriptomic pro-filing of tantalum metal implant osseointegration in osteopenic patients,” BDJ open, vol. 4, no. 1, 2018.