Bmal1调控间充质干细胞在糖尿病性牙周炎中成骨分化的机制

Diabetic periodontal disease, high prevalent in aged people, is characterized by severe destruction of periodontal tissue. The key to treating diabetic periodontitis is to regenerate periodontal tissue by an effective and permanent way. However, the aged and diabetic condition always aggravates the alveolar bone loss, which would affect the regeneration of periodontal tissue. Recent studies have shown that age changes proliferation and differentiation capacity of MSCs and influences the effect of stem cells' osteogenesis. More rencently, it is indicated that there is strong connection between circadian clock gene Bmal1 and caducity. And Bmal1 and the circadian biology may have potential effects in diabetic peridontitis therapy. But the mechanism and the relationship that Bmal1 how to regulate the osteogenic alteration of MSCs by aging in diabetic periodontitis remain unclear. Based on these, we proposed this study to research 1) the expression of the circadian clock gene Bmal1, the proliferation of MSCs and the osteogenic differentiation of MSCs in diabetic periodontitis at the cellular and molecular levels; 2)the relationship of Wnt/β-catenin signaling pathway and Bmal1; 3) the molecular transduction mechanisms of Bmal1 how to regulate the caducity of MSCs. This study will provide medical theoretical basis for preventing osseous tissues in diabetic periodontitis in aged patients and will help find novel targets for skeleton caducity prevention and therapy.

牙周病和2 型糖尿病是发生在老年人中相互关联、协同破坏的两种慢性高发性疾病，而牙周组织重建是治疗牙周炎、防止感染对糖尿病患者造成危害的关键。随着年龄增长、糖尿病加重，牙槽骨丧失的趋势明显，这对牙周组织重建影响较大。越来越多的研究发现骨丧失的原因是由于骨髓间充质干细胞MSCs也发生了增龄性变化，其作为干细胞的分化和增殖能力下降，从而使成骨受到影响。近年来发现近日钟基因Bmal1与衰老之间、与糖尿病治疗的时间生物学存在联系，而关于Bmal1调控MSCs在糖尿病性牙周炎中成骨的增龄性改变的关系及其机制尚不清楚。本研究拟从细胞和分子水平探讨钟基因Bmal1表达、MSCs增殖及在糖尿病性牙周炎中骨向分化能力的关系，探讨Wnt/β-catenin 通路与Bmal1的相互关系及Bmal1调控MSCs衰老的分子转导机制，为防止糖尿病性牙周炎骨组织过早出现退行性改变、寻找新的骨衰老防治靶点提供医学理论依据。

牙龈组织对外源性病原刺激能起到一定的上皮防御屏障作用。糖尿病可引起牙龈上皮细胞增殖、分化率降低，防御能力降低。BMAL1、PPARγ及JAK/STATs与糖尿病及细胞增殖分化有关。有证据表明，血管内皮PPARγ对BMAL1进行直接调控，PPARγ是STAT1和STAT3的靶基因之一。研究表明糖尿病来源的BMSCs的成骨能力、基质矿化能力均受抑制，而成脂向分化能力呈增强趋势。体外模拟糖尿病状态进行BMSCs培养时，健康动物的BMSCs与糖尿病动物的BMSCs在高糖和低糖环境下培养，其成骨分化、成脂分化、增殖能力、凋亡改变是否一致尚无定论。故本课题组从两个方面进行了初步研究：①糖尿病状态下牙龈上皮组织中BMAL1、PPARγ、JAK/STATs的表达变化以及三者间是否存在关联；②糖尿病大鼠BMSCs与健康大鼠BMSCs在高糖和低糖环境下成骨分化、成脂分化、增殖能力、凋亡改变的对比分析。.　　本课题组发现糖尿病状态下牙龈上皮组织中BMAL1、PPARγ、JAK/STATs三者间存在关联性，为探索牙龈组织在糖尿病患者易感牙周病的过程中所发挥的作用提供一定的实验依据。通过构建糖尿病大鼠模型，监测血糖、体重变化，收集血清、下颌组织及牙龈组织；检测血清HbA1c的变化情况，评估该糖尿病诱导方法的有效性及稳定性；检测牙龈上皮组织中BMAL1、PPARγ、JAK1、STAT1、STAT3等的表达情况。结果表明该糖尿病诱导方法能成功构建糖尿病大鼠模型，且在3个月内具有较好的稳定性。STZ诱导的糖尿病大鼠牙龈上皮组织中BMAL1、 pSTAT1与pSTAT3的表达受抑制，JAK1与pJAK1的表达上调，但PPARγ、STAT1及STAT3的表达变化不明显。本课题组研究结果表明高糖培养环境下，糖尿病大鼠和健康大鼠的BMSCs增殖和成骨分化标志物表达均受到抑制，成脂分化标志物及凋亡标志物表达均上调；低糖培养环境下糖尿病大鼠BMSCs在第三代丢失；高糖组BMSCs从第二代转为低糖培养，经过一代后，健康大鼠BMSCs受抑制的标志物表达水平得到一定程度的逆转，上调的成脂标志物表达水平下调至近正常水平，而糖尿病大鼠BMSCs下调的标志物不能得到很好的逆转，二者的增殖和成骨分化能力受抑制程度和可恢复性存在差异。