PTHrP/PTH1R信号系统在正畸矫治力所致牙根吸收中的调控机理研究

Parathyroid hormone related protein (PTHrP) is a peptide identified during the study of molecular mechanisms behind the malignant tumor induced hypercalcemia, which shares biological similarities with parathyroid hormone, but with a wider range of biological effects, including tumor metastasis, bone metabolism, tooth development, embryonic development et al. Previous studies revealed that PTHrP may have played an important role during orthodontically induced root resorption and repair, and exert biphasic effects on cementoblasts based on continuous/intermittent administration pattens, therefore negatively/positively regulate the repair process of root resorption. The objective of this study is to investigate: 1) the role of PTHrP /PTH1R during orthodontically induced root resorption and its reparation; 2) the role of PTHrP/PTH1R during biological reaction of cementoblasts to mechanical loading and the underlying molecular mechanism involving ERK-1/2 and Wnt/β-catenin pathway. Histomorphometry, flow cytometry, gene chips and bio-molecular detection technologies are to be employed in this study. The results will reveal the role and regulation mechanisms of PTHrP/PTH1R during orthodontically root resorption and its repair, and provide scientific evidences for the prevention of root resorption and facilitation of root repair during clinical orthodontic therapy.

正畸牙根吸收是临床治疗中常见的不良反应，其机制尚未完全阐明。研究提示，PTHrP/PTH1R信号系统作为成牙骨质细胞表达的内源性调节因子，可能参与了正畸矫治力作用下牙根吸收的发生，并可能通过影响应力刺激下成牙骨质细胞的生物学特性来调节牙根吸收及其修复。本课题拟通过体内正畸牙根吸收动物模型和体外成牙骨质细胞应力加载，分别阻断PTHrP/PTH1R生物学效应或siRNA干扰其表达，或者给予外源性PTHrP刺激，探索1）PTHrP/PTH1R信号通路在正畸矫治力所致牙根吸收及其修复中所发挥的作用；2）PTHrP/PTH1R信号通路在成牙骨质细胞力学信号转导及生物应答过程中的作用，及其ERK-1/2和Wnt/β-catenin通路相关分子机制。研究结果将揭示PTHrP/PTH1R信号系统在正畸矫治力所致牙根吸收及其修复中的调控机理，为揭示正畸牙根吸收的发生机制、预防其发生和促进其修复提供科学依据。

研究背景.如何预防正畸牙根吸收，促进牙根吸收的修复是学者们一直关注的问题。甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP）是在恶性肿瘤引起的高钙血症中发现的一种分泌性多肽物质，在人体组织器官中广泛表达，并且参与调控牙体硬组织形成、乳牙牙根吸收、牙齿萌出等生理过程。研究提示，PTHrP/PTH1R 信号系统可能参与调控正畸牙根的吸收和修复，并且介导调控正畸矫治力作用下成牙骨质细胞的生物学特性。.主要研究内容.本研究建立正畸牙根吸收的动物模型和成牙骨质细胞的体外加力模型，采用组织形态学、分子生物学、流式细胞术等技术，探索PTHrP/PTH1R 信号系统在正畸矫治力所致牙根吸收的修复及成牙骨质细胞生物学行为的影响，以及PTHrP/PTH1R在成牙骨质细胞力学信号转导中的作用。.重要结果及科学意义.1..体内实验结果显示，每日皮下注射PTHrP可以有效促进大鼠正畸矫治力所致牙根吸收的修复，提高牙周组织内矿化相关蛋白COL-1、OPN和IGF-1的表达水平，提示PTHrP/PTH1R信号系统对大鼠正畸矫治力所致牙根吸收的修复具有正向调控作用。.2..体外实验结果显示，外源性PTHrP作用于成牙骨质细胞，可以抑制细胞凋亡，促进矿化功能活性，有效提高成牙骨质细胞转录因子RUNX2和牙骨质特异性蛋白CAP、CEMP-1的表达，提示PTHrP/PTH1R信号系统参与了成牙骨质细胞的凋亡、分化和矿化的调控过程。.3..体外加力实验结果显示，对成牙骨质细胞施加周期性张应力，PTHrP/PTH1R的表达随着加力时间的延长而增加，成牙骨质转录因子RUNX2、Osterix、相关矿化蛋白OPN、COL-1的mRNA和蛋白的表达也随加力时间延长而呈上升趋势。应用siPTH1R阻断PTHrP/PTH1R信号系统的信号传导，可以抑制应力作用下成牙骨质转录因子的表达。应用PD98059阻断剂阻断ERK信号通路后，成牙骨质转录因子RUNX2、Osterix和相关矿化蛋白OPN、COL-1的表达也受到明显抑制。结果提示 PTH1R/PTHrP信号系统参与调控成牙骨质细胞的应力传导，ERK1/2信号通路可能作为PTH1R的下游胞内信号通路之一参与调控了成牙骨质细胞应力作用下的成牙骨质向分化和功能活性。.本研究为探索PTHrP/PTH1R 信号系统在正畸矫治力所致牙根吸收中的调控机理研究提供了新的科学证据。