机械力诱导的β2-肾上腺素受体通过ATF4-RANKL通路调控正畸牙齿移动机制研究

In orthodontic tooth movement (OTM), mechanical force induces and regulates alveolar bone remodeling. Compressive force-associated osteoclast differentiation and alveolar bone resorption are the rate-limiting steps of tooth movement. We reported that the sympathetic nervous system (SNS) regulated OTM. However, whether mechanical force can activate Adrb2 and through which SNS contribute to OTM remains unknown. In this study, orthodontic nickel-titanium springs were applied to the upper first molars of rats and Adrb2 selective agonist and antagonist were used to confirm the role of Adrb2 in OTM. Histopathological analysis showed that the number of Adrb2-positive cells increased in the compressive region of periodontal ligament after OTM. Mechanistically, mechanical compressive force upregulated Adrb2 expression in primary-cultured human periodontal ligament cells (PDLCs). Activation of Adrb2 in PDLCs increased the RANKL/OPG ratio and promoted the peripheral blood mononuclear cell differentiation to osteoclasts in the direct and indirect co-cultured system by ATF4-RANKL signaling. Upregulation of Adrb2 in PDLCs promoted osteoclastogenesis, which accelerated OTM through Adrb2-enhanced bone resorption. In summary, this study suggests that mechanical force-induced Adrb2 activation in PDLCs contributes to SNS-regulated OTM through ATF4-RANKL signaling.

正畸力导致的牙槽骨吸收决定正畸牙齿移动（OTM）速率，探讨其分子机制对临床缩短正畸疗程具有重大意义。我们前期发现交感神经系统（SNS）参与调节OTM，然而其机制尚不明确。本项目将首先给予大鼠OTM模型SNS重要受体β2-肾上腺素受体（Adrb2）激动剂及抑制剂，探讨Adrb2是否参与调控OTM；进而利用在OTM中发挥重要作用的牙周膜细胞（PDLCs）探讨调控机制，一方面通过细胞体外加力模型研究机械力对Adrb2功能性表达的诱导作用，另一方面通过PDLCs-外周血单核细胞直接及间接共培养实验研究机械力诱导的Adrb2对破骨细胞分化形成的促进作用，并通过干预ATF4-RANKL通路研究作用机理。综上，本研究将探讨机械力是否激活PDLCs中Adrb2并通过ATF4-RANKL通路促进破骨细胞分化形成进而加速牙齿移动，这将为理解OTM分子机制开辟新思路，为临床干预OTM提供理论支持和实验依据。

正畸力导致的牙槽骨吸收决定正畸牙齿移动（OTM）速率，探讨其分子机制对临床缩短正畸疗程具有重大意义。我们前期发现交感神经系统（SNS）参与调节OTM，然而其机制尚不明确，机械力通过何种机制调控牙槽骨改建及SNS是否参与其中也尚无定论。本研究将探讨SNS是否及如何通过PDL细胞（PDLCs）表达的Adrb2调控OTM及其机制，并进一步探讨力学刺激介导的牙槽骨改建机制。.本研究利用正畸镍钛拉簧建立大鼠OTM模型，Micro CT扫描上颌骨并三维重建后测量OTM距离。通过注射β受体激动剂异丙去甲肾上腺素（ISO）观察SNS激动对OTM的影响；通过建立Adrb2基因器敲除小鼠OTM模型，观察Adrb2敲除对OTM的影响，探讨Adrb2在OTM调控中的重要作用。并利用免疫组织化学法观察正畸加力前后大鼠OTM模型牙周组织中Adrb2表达与分布的变化。为进一步探讨力学刺激调控SNS介导的OTM的机制，分离培养人PDLCs，体外施加梯度力值和梯度时间的静压力刺激，蛋白免疫印迹法观察机械力刺激对PDLCs中Adrb2表达的影响，。利用ISO、Adrb2特异性抑制剂ICI118，551及Adrb2 siRNA转染，检测ADRB2对RANKL/OPG表达的影响；分离培养人外周血单核细胞（PBMCs), 与PDLCs共培养并诱导破骨细胞形成，TRAP染色观察PDLCs中的Adrb2的激活是否能促进破骨细胞形成。最后，利用组织切片进行TRAP染色，体内验证Adrb2激动或Adrb2敲除对于破骨细胞分化的调节作用。.结果显示，与对照组相比，注射Adrb2激动剂ISO促进OTM，与野生型小鼠相比，Adrb2敲除小鼠OTM速率降低。正畸加力后，大鼠PDL受压力区Adrb2阳性细胞数目增加。体外培养的人PDLCs表达Adrb2，在静压力刺激下呈施力力值及施力时间依赖性上调，且机械力刺激导致的Adrb2的上调部分依赖于ATF4及NFATc1的表达。ISO上调PDLCs表达的RANKL/OPG比例，同时给予ICI118,551或进行Adrb2 siRNA转染抑制ISO引起的RANKL/OPG比例上调；共培养体系中，Adrb2激动增强PDLCs诱导PBMCs向破骨细胞分化的能力。动物体内，Adrb2激动促进破骨细胞分化，敲除抑制分化。