钛离子对T细胞内线粒体调控钙信号通路影响的研究

Nowadys dental implant has obtained great success in clinic, however peri-implantitis and a small amount of aseptic loosening has prompted us to further investigate the bone metabolism around the dental implant. In our previous study, we have found that titanium ion affected calcium concentration in the T cell by means of chemical interaction, and other mechanism of calcium ions influx caused by the titanium ion may exist and influence the function of T cells. Mitochondria play an important role in the regulation of T cell intracellular calcium concentration. Movement and membrane potential changes of the mitochondria can lead the change of intracellular calcium concentration. Titanium ions may changes the membrane potential of T cells and the mitochondrial membrane due to its physical feature and its protein complex charge, effects of calcium exchange in T cells , all of which may lead to the change of cell biology behavior. In the issue, we will use all available techniques, including the patch clamp technique, the Immuno-histochemistry, enzyme-labeled instrument and cell behavior analysis.The issue will base on membrane potential view to further understand the mechanism of titanium affecting the calcium concentration which is the second messenger in T cell and interpret the possible regulation mode of the peri-implant bone metabolism in immune osteological level.

口腔种植技术现阶段已获得极大的成功，然而后续的种植体周围炎和少量的无菌性松动仍促使我们进一步探讨种植体周骨代谢。免疫细胞可通过多种机制调节骨代谢，我们前期研究发现，钛离子除本身作用于钙通道相关蛋白引起胞内钙离子浓度变化外，还可能存在其他效应机制影响钙离子内流进而影响T细胞的功能。线粒体在调控T细胞内钙离子浓度有重要的作用，线粒体的运动、线粒体和细胞膜内外电位的改变都影响胞内钙离子浓度的变化。钛离子可能通过其本身及其蛋白复合物所带电荷改变T细胞膜内外及线粒体膜内外的膜电位，影响T细胞内的钙离子交换，进而导致其细胞生物学行为的变化。本课题运用膜片钳技术，免疫组化、酶标仪和细胞行为分析等技术手段，基于膜电位的角度深入了解钛离子对T细胞内第二信使钙浓度的影响机制，从免疫骨学的层面上进一步阐释种植体周骨代谢及探讨可能的调控方式。

钛及其合金已广泛应用于牙科和骨科植入物。由于种植体在口腔环境中的生物学腐蚀行为，导致钛离子析出并释放到周围组织中。目前研究发现，钛离子会影响邻近组织免疫细胞的生物活性，进而危及假体的长期性能。然而，其免疫调节特性的潜在机制尚不清楚。线粒体不仅是细胞能量代谢中心，而且在机体免疫应答强度的调节中发挥重要作用。钙信号通路是调节淋巴细胞免疫功能的重要途径之一，因此，我们假设钛离子通过调节线粒体钙转运功能引起细胞内钙离子浓度变化，从而影响T细胞生物学行为。.本研究旨在探讨线粒体在钛离子引起Jurkat T细胞生物学行为变化中的钙调节作用及可能机制。研究发现，不同浓度组G0/G1期细胞比例降低，S期、G2/M期细胞比例明显升高，同时CD69表达水平升高。ELISA检测结果表明，不同浓度组的钛离子均能促进Juarkat T细胞分泌IL-1β、TNF-α及RANKL，其中植物血凝素预活化组中各细胞因子的分泌量均高于静息状态组。此外，我们发现，Jurkat T细胞胞浆及线粒体内钙离子平均荧光强度均随钛离子作用时间延长逐渐升高,且升高程度呈一定的浓度依赖性，但协同PHA刺激作用更显著。钛离子作用可引起胞质内线粒体数量的增加，同时刺激线粒体由散在分布趋向于胞膜附近区域集中分布。12小时内各组细胞线粒体膜电位均无显著变化，24小时后钛离子与PHA共刺激组细胞线粒体膜电位开始下降，其中高浓度组显著降低，差异具有统计学意义。钛离子与PHA协同作用时线粒体单向钙转运体（MCU）mRNA表达水平上升，但钛离子单独作用并未引起线粒体MCU mRNA表达的显著变化。.综上所述，这些数据表明在Jurkat T淋巴细胞预活化状态下，钛离子可通过增加线粒体数量、改变其空间分布以及激活MCU通道调控线粒体钙转运功能，促进T淋巴细胞内线粒体摄取胞膜附近局部过增高的钙离子，从而维持胞外钙离子的内流，胞内钙信号进一步增强,从而引起T细胞生物学行为的变化。本研究为钛离子作用下调控淋巴细胞行为的机制提供了更深入的见解，这可能有助于制定治疗种植体失败的策略。