生物钟核心基因Bmal1通过调控IGF-1影响牙周炎发生发展的机制研究

Chronic periodontitis has a serious impact on people's health and quality of life. Our previous clinical studies suggest that the factor of circadian rhythm disorder may be involved in the development of periodontitis. However, the mechanism is not clear at present. Here, we found that the secretion of inflammatory cytokines and periodontal bone loss were significantly increased in circadian rhythm disturbance mice and Bmal1 knockout periodontitis mice. RNA-Seq and Western-blot data suggest that insulin-like growth factor-1 and MAPK signaling pathway is inhibited, NF-κB signaling pathway is activated in Bmal1 knockout mice. Therefore, according to previous studies, we hypothesis that Bmal1 deficiency may negatively regulate MAPK signaling pathway through inhibiting the expression of IGF-1, which may affect the proliferation and differentiation of periodontal ligament stem cells, and positively regulate NF-κB signaling pathway to affect osteoclast differentiation and inflammation response. The purpose of this study is to confirme the molecular mechanism of Bmal1 in the development of periodontitis. This study will provide a new perspective for prevention and treatment of the periodontitis.

慢性牙周炎严重影响了人们的身体健康和生活质量。我们前期临床研究提示，生物节律紊乱可能参与影响牙周炎的发展，但机制尚未明确。进一步研究发现，昼夜节律紊乱和Bmal1基因敲除牙周炎小鼠骨吸收和炎症因子分泌显著增多。RNA-Seq和Western-blot数据提示，Bmal1基因敲除对小鼠胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、MAPK和NF-κB信号通路有显著调控作用。因此根据已有相关研究，我们推测Bmal1缺失可能通过抑制IGF-1的表达负向调控MAPK信号通路进而影响牙周膜干细胞的增殖和分化，同时正向调控NF-κB信号通路影响破骨分化和炎症反应。研究将通过RT-PCR、RNA-seq、原代培养等方法阐明Bmal1通过影响IGF-1参与调控牙周炎发展的分子机制，探讨由生物节律紊乱引起的Bmal1下调对牙周炎骨吸收和炎症的影响，为临床牙周炎的的预防和治疗提供新的方向和思路。

近年来，生物节律紊乱在人体疾病的发生发展中扮演的角色越来越受到大家的关注，有研究证明了心血管疾病、肺炎和肿瘤都和生物节律紊乱有着密切的关系。慢性牙周炎是一种常见的慢性感染性疾病，是造成人体牙齿缺失的主要因素。我们针对生物钟基因Bmal1在慢性牙周炎发生发展中的作用进行了深入研究。首先我们收集了牙周正常病人和慢性牙周炎病人的牙周组织进行检测，发现牙周炎病人Bmal1表达明显下降，证实了慢性牙周炎和生物钟基因Bmal1的相关性。由于巨噬细胞极化在炎症中扮演重要的角色，我们通过转染敲除巨噬细胞中的Bmal1,发现Bmal1敲除的巨噬细胞分泌更多的M1型炎症因子，同时分泌更少的M2型因子，证明Bmal1可影响巨噬细胞的极化。为了探索Bmal1影响巨噬细胞极化的机制，我们通过PCR等技术发现Bmal1敲除的小鼠牙周组织和Bmal1敲除的巨噬细胞，IGF-1表达明显下降。为了进一步证实Bmal1可以通过调控IGF-1的表达影响巨噬细胞极化，在Bmal1敲除的巨噬细胞中加入外源性IGF-1进行干预，证明IGF1能改善Bmal1敲除巨噬细胞向M1型极化趋势。并且通过Chip技术，证实了Bmal1可直接调控IGF-1的转录。本项目以炎症反应为出发点，从Bmal1-IGF-1-巨噬细胞极化阐述了 Bmal1影响慢性牙周炎发生发展的机制，为临床预防和治疗牙周炎提供新的方向和基础。除此之外，我们的其他研究还证实（1）在OSF及其相关口腔癌的患者中，体内血清SCC-Ag、Cyfra21-1 含量差异较为明显，其检测有利于OSF及其相关口腔癌的早期诊断（2）探讨龋病相关微生物的组成和功能，特别是碳水化合物代谢功能，有助于深入理解龋病的致病机制，为进一步预防此病提供必要信息；（3）Tfh细胞参与肠道炎症发生，为IBD的发病机制提供理论支持，同时为VSL#3治疗IBD提供理论依据。