TGFβ/BMP信号通路在PAI-1诱导牙骨质分化过程中的作用机制研究

Plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1) plays important roles in many physiological processes, such as cell migration、tissue regeneration and extracellular matrix remodeling. The plasminogen/plasmin proteolytic cascade, which includes two plasminogen activators, uPA and tPA, which can be inhibited by PAI-1. Recently, PAI-1 is known to be a regulator of bone remodeling, but very little is known about the effects of PAI-1 on cementum formation. Our previous studies showed that recombinant PAI-1 induced human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs) to differentiate into cementoblast-like cells and cementum-like structure. In this study, we investigate the effects of PAI-1 on proliferation and cementogenic differentiation of hPDLSCs with PAI-1 gene transfection, and clarifie the mechanisms of PAI-1-induced cementogenic differentiation with TGFβ/BMP or NFIC signaling. We further investigate that transplantation of PAI-1-transfected hPDLSCs could differentiate into cementoblasts and generate new cementum in vivo. This study will reveal the molecular mechanisms of PAI-1-induced cementogenic differentiation in hPDLSCs, and lay the experimental foundation for gene therapy of cementum regeneration.

纤溶蛋白酶原激活剂抑制剂1(PAI-1)能与uPA和tPA结合，通过与血浆辅助因子、表面受体和细胞外基质相互作用影响细胞迁移、组织修复及重塑。很多研究表明，PAI-1在骨组织修复过程中发挥重要作用，但目前针对再生牙骨质分子机制方面尚无研究报道。在前期研究中首次证实重组蛋白PAI-1诱导人牙周膜干细胞分化成牙骨质组织。本研究拟利用基因转染进一步研究PAI-1基因表达对人牙周膜干细胞增殖及分化等生物学特性的影响揭示其基因功能；在PAI-1诱导牙骨质分化过程中，研究PAI-1基因表达对TGFβ/BMP、NFIC等信号通路的影响，明确PAI-1基因与这些信号通路的相互调控作用。同时，通过动物模型进一步证实PAI-1诱导牙周膜干细胞分化成牙骨质组织过程中这些因子的表达情况。本研究将揭示PAI-1诱导牙骨质分化的分子机制，为牙骨质再生的干细胞治疗技术奠定实验基础，探讨其在牙再生领域临床应用的可行性。

因牙周病、外伤等导致牙周组织破坏及附着丧失而导致牙齿脱落是口腔颌面外科中多年以来一直需要解决的重点难题。数年来，国内外学者在种子细胞定向分化的调控机制方面做出了很多探索，但是尚有许多问题仍处在研究的初级阶段,特别是在牙再生领域。近年来，学者们掀起了慢病毒转染目的基因作用于细胞的定向分化，增殖迁移等调控，为牙再生的研究提供新的思路。慢病毒作为基因传递载体具备吸引人的特性，如稳定基因表达，感染分裂及不分裂的细胞，及相对安全及简单的系统。本课题组在前期研究中发现PAI-1可以诱导人牙周膜干细胞的牙骨质向分化，但未能对其分化机制进行有效地分析。基于前期研究，我们将采用慢病毒载体构建PAI-1高表达的人牙周膜干细胞，诱导稳定转染PAI-1高表达的牙周膜干细胞的定向分化，观察其对成牙骨质的生物学特性，及分化过程中调控机理。结果显示经矿化诱导后，稳定转染PAI-1高表达的牙周膜干细胞分化成矿化结节比对照组多且深，而且促进其细胞增殖。qRT-PCR显示矿化诱导第7天时，定向分化相关因子ALP，Col1表达量显著升高，特别是重要调控因子Runx2,osterix表达量为对照组约4倍以上。更重要的是，体内动物模型显示稳定转染PAI-1高表达的人牙周膜干细胞分化成牙骨质组织。另外，我们利用收集的高效表达rhPAI-1再造蛋白的培养基诱导人牙周膜干细胞和人牙乳头细胞，发现能促进人牙周膜干细胞和人牙乳头细胞的定向分化及其标记物高表达。本研究证实PAI-1参与人牙周膜干细胞的增殖及定向分化调控，而且作用于牙骨质向分化相关因子的调控，从而起到调控目的基因表达的作用，为牙再生提供具有生理更新功能的微环境。