牙龈卟啉单胞菌脂多糖通过JMJD3-STAT3调控Th17细胞分化的机制研究

The immune response mediated by Th17 cells is an essential factor in the pathological changes of periodontitis, especially the alveolar bone resorption. However, the mechanism by which periodontal pathogens regulate the differentiation of Th17 cells in periodontal inflammatory context is poorly understood. Our previous studies have demonstrated that Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide could promote the Th17 cells differentiation directly via upregulating the expression of toll-like receptor-2 on the surface of naïve CD4+T cell though the specific downstream molecular regulating mechanism remains to be further elucidated. Recent studies indicate that the H3K27 demethylase JMJD3 binding to the promoter region of STAT3 can induce the activation and differentiation of T cells. Besides, the gene expression of JMJD3 has proven to be regulated by TLR2. Therefore, we intend to investigate the role of JMJD3-STAT3 in regulating Pg-LPS-driven Th17 differentiation by using RNA interference method, chromatin immunoprecipitation and conditional gene knockout mice, which can help us to clarify the interactions between epigenetic modification and transcription factors regulation during Th17 differentiation. The results may establish theoretical basis on exploring the pathogenesis of periodontitis and other relating systemic immune diseases, and further provide new target for the immune modulation of periodontitis.

Th17细胞介导的免疫反应是牙周炎组织病理破坏特别是牙槽骨吸收的重要因素，但是牙周致病菌对其分化的调控机制尚不清楚。我们前期工作发现牙龈卟啉单胞菌脂多糖可以直接通过上调初始T细胞表面TLR2表达促进其向Th17细胞分化，但是相关的下游胞内调控信号通路尚有待进一步研究。最新研究表明，组蛋白去甲基化酶JMJD3可作用于STAT3启动子区域进而影响T细胞的激活与分化，而JMJD3的表达已被证实与TLR2激活有关。因此，本研究拟通过体外细胞实验以及动物模型实验，采用RNA干扰技术、染色质免疫沉淀技术、选择性基因敲除小鼠等方法，探讨JMJD3-STAT3在牙龈卟啉单胞菌脂多糖促进Th17细胞分化中的作用及机制，以期初步明确牙周致病菌促进Th17细胞分化的表观遗传学调控机制及相关的信号通路，为进一步探究牙周炎乃至相关全身系统性疾病的免疫发病机制提供理论依据，并有望为牙周炎的免疫治疗提供新靶点。

辅助性T细胞17（T helper cell 17，Th17）介导的免疫反应是牙周炎组织病理破坏特别是牙槽骨吸收的重要因素，其主要通过分泌相关细胞因子白细胞介素（Interleukin，IL）-17、IL-22参与牙周组织炎症和牙槽骨破坏，但是在牙周炎症环境下Th17分化机制及其细胞因子发挥的生物学效应目前尚未明确。本研究通过构建Th17细胞体外分化模型，发现牙龈卟啉单胞菌脂多糖（Pg-LPS）可通过直接上调CD4+T细胞表面TLR2的表达促进其向Th17细胞分化，且此过程伴随着JMJD3和STAT3表达水平的显著增加；免疫共沉淀实验进一步揭示了JMJD3和STAT3之间存在直接结合关系，并且抑制JMJD3的表达可引起STAT3和p-STAT3表达水平下降，提示Pg-LPS可通过胞膜TLR2和胞内JMJD3-STAT3轴促进CD4+T细胞向Th17细胞分化。同时，我们还发现Pg-LPS刺激的抗原提呈细胞CD14+单核细胞可以通过细胞接触方式促进CD4+T细胞向Th17细胞分化，而该过程依赖于CD14+单核细胞表面表达的Notch通路配体Delta样配体4（Delta-like ligand 4，DLL-4）。由此可见，在牙周炎症微环境下，Pg-LPS可通过直接和间接作用共同促进CD4+T细胞向Th17细胞分化，进而引发牙周组织破坏。此外，我们也对Th17相关细胞因子IL-22在牙周骨代谢平衡中的作用机制进行了初步探索，结果发现IL-22可以通过MAPK通路诱导人牙周膜成纤维细胞上调促破骨因子RANKL的表达，并且与Pg-LPS具有协同效应；而在成骨诱导环境下，IL-22可一定程度地提高ALP活性和矿化结节形成，但对成骨相关因子OPG、OCN、RUNX2基因的表达无明显影响。因此我们推测IL-22参与了牙周炎症骨免疫，但是其生物学功能更倾向于作为炎症性细胞因子参与破骨免疫的发生，促进牙周炎发展。本项目明确了Pg-LPS通过直接和间接作用促进CD4+T细胞向Th17细胞分化的作用机制，验证了Th17效应细胞因子IL-22与Pg-LPS协同调控破骨/成骨进程的生物学效应，进一步阐明了牙周炎微生物-宿主免疫发病机制，为发掘牙周炎治疗新靶点提供了新的研究思路。