机械力刺激下牙周膜干细胞来源外泌体参与调控正畸牙齿移动的研究

Orthodontic teeth movement (OTM) is a force-induced biological process of teeth moving in alveolar bone. Periodontal cells, alveolar cells and immune cells are all involved and interacted in OTM. Recently, exosome is discovered as a novel mediator of intercellular communication. However, whether and how exosome involved in orthodontic teeth movement remains unclear. Our preliminary data demonstrated proteomic changes in orthodontic patients in exosome-related pathways; also exosome related protein LGALS3BP increased in PDLSCs after mechanical stimulus. Thus we speculated that mechanical stress may induce exosome release in periodontal tissues and involvement in orthodontic teeth movement. The overall goal of this project is to further discuss biological process and mechanism of mechanical stress induced exosome release in PDLSCs and its role in orthodontic teeth movement. We will research into regulatory role on bone metabolism of force-induced exosome from PDLSCs; test key miRNAs originated from exosome; explore exosome function in a mice experimental teeth movement model; collect force-induced exosome as cell-free constituent to control teeth movement. In summary, this project may provide a new vision both in knowledge of orthodontic biological process and a potential method in regulation of bone remodeling.

正畸牙移动是是机械力介导下牙齿在牙槽骨中移动的过程。牙周膜和牙槽骨来源细胞以及免疫细胞之间的相互作用与调控，共同介导了该过程的进行。近年来，外泌体做为新型生物信息传递载体受到广泛关注，但其是否参与正畸牙移动尚无研究。课题组前期研究发现，正畸力刺激后患者血浆蛋白质组外泌体相关通路发生变化；牙周膜干细胞在体外静压力作用下外泌体相关蛋白LGALS3BP上调。据此提出假设牙周组织可能通过外泌体运输的方式传递力学信号。本研究旨在进一步探索机械力刺激下牙周膜干细胞来源外泌体对骨代谢调控功能的影响，检测力刺激下外泌体内关键miRNAs及其相关信号通路，并进一步在小鼠实验性正畸牙移动体内模型中验证外泌体的功能及作用机制，探讨机械力刺激下牙周膜干细胞来源外泌体做为无细胞成分调控正畸牙移动的治疗前景。本研究的结果，有望扩展对正畸牙移动分子生物学机制的认识，并为调控正畸牙移动中的骨改建提供一种潜在手段。

研究背景：正畸牙移动是机械力介导下的生物力学过程。本研究探索了机械力刺激下的牙源性干细胞来源外泌体对骨代谢调控功能的影响。.研究内容包括两大部分：1、外泌体在小鼠正畸牙移动中的生物学作用 2、人乳牙脱落干细胞来源外泌体在骨缺损组织中的治疗作用。.重要结果：在第一部分研究中，我们建立了小鼠实验性正畸牙移动模型，通过GW4869体内给药控制外泌体分泌，观察到牙齿移动量的变化，通过体外牙周膜干细胞的静压力模型检测到力学刺激下外泌体内miRNAs 及细胞因子sICAM-1的变化。证明了外泌体在正畸牙移动中的生物学作用，并为后续通路研究提供了候选miRNAs及关键蛋白。在第二部分研究中：我们提取了乳牙脱落干细胞来源的外泌体作为无细胞成分探索其在小鼠牙周炎的骨缺损修复中的治疗作用，观察到骨缺损组织的有效修复。在后续机制研究中，证明了乳牙脱落干细胞来源外泌体对于颌骨骨髓干细胞成骨向分化的促进其机制与磷酸化的Smad 5有关，并进一步探索了乳牙脱落干细胞来源外泌体对于颌骨骨髓干细胞成脂向分化的抑制作用。.科学意义：本研究的结果，扩展了对正畸牙移动分子生物学机制的认识，并提示了牙源性干细胞来源外泌体作为无细胞成分治疗牙槽骨缺损的临床前景。