NOD2模式识别受体在牙髓卟啉单胞菌外膜囊泡介导骨破坏中的作用机制

The apical bone destruction caused by chronic apical periodontitis is often accompanied by a disorder of metabolic balance between osteoblasts and osteoclasts. Porphyromonas endodontalis(Pe) is the main pathogen of chronic apical periodontitis. The outer membrane vesicle(OMV) of Pe, secreted by budding and contained many virulence factors inherited from the maternal body, is very likely to play important roles in the destruction of the periapical bone. Previous studies by the research team have shown that Pe OMV inhibited osteoblast differentiation, but the specific mechanism is still unclear. By reviewing the relevant literature, analyzing the Pe protein database information and combining the previous experimental basis, this study proposes that after Pe OMV invades osteoblasts, the NOD2 receptor on the inner surface of osteoblasts is activated by recgonizing Muramyl Peptide(MP) component released by Pe OMV. On the one hand, Pe OMV regulates MKP-1/MAPK signaling pathway to inhibit osteoblast differentiation; On the other hand, it activates NF-κB signaling and induces osteoblasts to express osteoclastogenesis factors such as M-CSF and RANKL, which promote multinucleated osteoclast formation and ultimately mediates bone destruction. This study aims to clarify the mechanism of Pe OMV destroying the metabolic balance of bone cells from the molecular and cellular levels and explore the mechanism of the main apical pathogen in the bone destruction, which may provide theoretical support for the clinical treatment of bone healing in apical periodontitis.

慢性根尖周炎导致的根尖骨质破坏与成骨细胞和破骨细胞代谢平衡的紊乱相关。牙髓卟啉单胞菌(Pe)是根尖周病的主要致病菌，其出芽分泌的外膜囊泡(OMV)因携带亲本菌体众多毒力因子，有可能在根尖周骨破坏中发挥重要作用。课题组前期研究证明Pe OMV抑制成骨细胞分化，但具体机制尚不明确。通过查阅相关文献、分析Pe蛋白数据库并结合前期实验基础，本研究提出Pe OMV侵入成骨细胞后，成骨细胞胞浆内NOD2受体因识别OMV释放的胞壁酰肽(MP)组分而活化，一方面调控MKP-1/MAPK信号通路抑制成骨细胞分化；另一方面激活NF-κB信号，诱导成骨细胞表达破骨细胞生成因子M-CSF及RANKL，促进多核破骨细胞生成，最终介导骨破坏。本课题拟从细胞分子水平研究Pe OMV破坏骨细胞代谢平衡的作用机制，探讨根尖周主要致病菌在骨破坏中的作用机理，为促进根尖周炎骨愈合的临床治疗提供理论支持。

慢性根尖周炎和牙周炎导致的根尖周及牙周骨质破坏与成骨细胞和破骨细胞代谢平衡的紊乱相关。牙髓卟啉单胞菌（Pe）和牙龈卟啉单胞菌（Pg）分别是根尖周病和牙周炎的主要致病菌，其出芽分泌的外膜囊泡（OMV）因携带亲本菌体众多毒力因子，有可能在根尖及牙周骨破坏中发挥重要作用。本研究发现，Pe和Pg能够分泌直径约为87-265 nm的OMV。Pe OMV和Pg OMV能够在短时间内被成骨细胞和单核巨噬细胞内化。一方面，Pe OMV和Pg OMV能够破坏线粒体动力学融合蛋白（Mfn1、Mfn2）和裂变蛋白（Drp1、Fis1、Mff）的表达平衡损伤线粒体的网格结构，导致线粒体膜电位下降及氧化应激升高，从而降低ATP的产生，导制能量供应下降，进而抑制成骨细胞分化。另一方面，Pe OMV和Pg OMV能够直接诱导单核巨噬细胞分化为破骨细胞，此过程不需要经典的RANKL-RANK的信号及TNF-α的参与，IL-6和IL-1β等小分子炎症因子也只是间接促进而不是主导破骨细胞的生成；进一步研究发现，Pe OMV和Pg OMV囊泡结构的完整性对破骨细胞生成的作用至关重要，Pe OMV部分依赖脂多糖促进破骨细胞生成，而Pg OMV则主要依赖膜表面的一类具有胰蛋白酶活性的丝氨酸蛋白酶促进破骨细胞的生成。因此，Pe OMV和Pg OMV能够通过抑制成骨细胞分化并促进破骨细胞生成打破骨代谢平衡，导致骨破坏。这说明OMV做为一种脱离菌体的毒力集团 ，很有可能是Pe、Pg造成根尖周和牙周骨破坏的原因之一；同时，由于OMV结构稳定，易于转移，也有可能成为口腔局部病损和系统性骨疾病相关连的纽带因素。总之，本项目是首次针对根尖周病主要致病菌Pe 的OMV在骨破坏中的作用研究，探索了Pe OMV和Pg OMV对成骨细胞和破骨细胞的作用及机制，深化了Pe和Pg在根尖周和牙周骨破坏中的致病机理，为促进根尖周、牙周骨愈合的临床治疗提供理论支持，也为揭示口腔微生物与局部和全身骨疾病的关联性探索了新的研究方向。