低氧微环境下IL-17调控牙周炎骨破坏的作用机制研究

Th17 cells and the hallmark cytokine interleukin-17(IL-17) have been involved in various inflammatory diseases, including periodontitis. In addition to the function of pro-inflammation, IL-17 can also regulate the differentiation of pre-osteoclast and bone destruction. In particular, both the anaerobic microorganisms in periodontal tissue and the formation of the periodontal pocket contribute to the formation of local hypoxia of periodontal tissue. The hypoxic micro-environment will further affect the cellular biological functions and signal transduction. Our pre-experiments showed that IL-17 could up-regulate the ratio of RANKL to OPG of human periodontal ligament cells (hPDLCs), suggesting IL-17 can regulate the alveolar bone destruction via hPDLCs. However, the mechanism of how IL-17 regulates alveolar bone destruction under the hypoxic micro-environment is still unclear. Our study will study the pro-osteoclast effects of IL-17 on the co-culture system of hPDLCs and human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) under the normoxia and hypoxia micro-environment. The signal pathways will be further studied by cells transfected with lentivirus. And the IL-17RA gene knockout mice and periodontitis mice model will be generated to further elucidate the effects and mechanisms of IL-17 on the periodontal bone loss. Our results will provide evidence for screening potential targets of periodontitis immune intervention therapy.

Th17细胞及其主要效应因子IL-17与牙周炎的发生发展密切相关。除致炎效应，IL-17还可发挥破骨效应。值得关注的是，因厌氧微生物聚集、牙周袋形成及局部微循环障碍会形成牙周炎症组织局部低氧的微环境，而低氧对细胞生物学活性、表型及细胞间通路都产生重要影响。课题组前期研究发现IL-17可上调人牙周膜成纤维细胞（hPDLCs）RANKL/OPG的比值，提示IL-17可通过hPDLCs调控牙周炎骨破坏。但是，对于低氧环境下IL-17如何调控牙槽骨代谢及相关机制尚不清楚。本项目拟建立体外hPDLCs和人外周血单核细胞(PBMC)共培养体系，研究IL-17是如何在低氧下通过hPDLCs诱导破骨样细胞生成、发挥促破骨效应，并探明相关信号转导通路。通过构建IL-17RA基因敲除小鼠和牙周炎小鼠模型，进一步明确IL-17对牙周炎牙槽骨吸收的影响和作用机制，为拮抗牙周炎性骨破坏提供潜在的治疗靶点。

牙周炎是发生于牙周支持组织的慢性炎症性疾病，以牙周组织炎症、牙槽骨吸收为主要特征，是导致我国成人失牙的主要原因。IL-17已证实参与了类风湿性关节炎、多发性硬化等多种免疫炎症性疾病的发生、发展及转归，除可调节多种细胞因子、参与免疫调节及炎症损伤反应外，在炎症相关的骨代谢中可能也发挥着重要作用，但其对牙周炎骨吸收的作用机制尚未阐明。目前关于Th17细胞及其效应分子IL-17对炎症性疾病的致病机制的研究大部分是在常氧下进行。而研究发现炎症发生时，局部炎症组织及细胞处于低氧微环境中，而非常氧状态。因此，在低氧状态下进行研究更接近于牙周炎的局部微环境的状态。由此我们通过构建低氧条件，在人牙周膜成纤维细胞（hPDLCs）与小鼠骨髓单核细胞（BMMNCs）共培养体系中，通过检测IL-17刺激后RANKL/OPG比值的变化，研究在低氧状态下IL-17参与调控牙周炎骨破坏的作用；进而利用慢病毒过表达及干扰通路中的关键信号分子，正反向研究IL-17参与调控牙周炎骨破坏信号转导通路；并在体内实验中通过丝线结扎和喂菌的方式构建IL-17A基因敲除小鼠实验性牙周炎模型，验证IL-17参与调控牙周炎骨破坏的作用。本研究通过体外及体内实验均证实了IL-17对于牙周炎骨破坏的促进作用，并验证了可能的信号转导通路（Akt1-TRAF6-NF-κB）。研究结果不仅对阐明IL-17对牙周炎骨破坏的致病机制具有重要意义，也有望为慢性牙周炎提供新的治疗靶点。