HMGB1介导TLR4/NF-κB通路在利用xTDM-aDFCSs复合体再生生物牙根中免疫调控相关研究

Immune induction and tolerance is the key for tissue or organ regeneration. Dental derived mesenchymal stem cells have immune regulation effect on proliferation of allogeneic cells such as T lymphocytes, B lymphocytes and NK cells. Similarly, biological scaffold could regulate local surrounding tissue immune response. However, the immunoregulation mechanism of combination of biological scaffold with cells is unclear. HMGB1, classical DAMPs(damage associated molecular patterns), combine with receptors RAGE, TLR2, TLR4 , thus activates nuclear transcription factor NF-κB to induce immune response and tissue remolding. Our previous studies have successfully regenerated biological tooth root by allogeneic dentin derived material (TDM) combined with allogeneic dental follicle cells or cell sheets, but it is unclear that whether xenogeneic TDM combined with allogeneic dental follicle cell sheets can regenerate tooth root, and its relevant mechanism is still need to explore. The present study will achieve tooth root regeneration by allogeneic dental follicle cells or cell sheets combined with xenogeneic TDM based on previous research, using rat, miniature pig, and monkey as animal model. This research focus on the immunoregulation mechanism of HMGB1 mediating TLR4/NF-κB signaling pathway, which provide theoretical and technical guidance for pre-clinical experiment of tooth root regeneration to complete strategy for clinical application of tooth root regeneration.

免疫诱导耐受是组织器官再生关键。牙源性间充质干细胞具有抑制同种异体T、B、NK细胞特性，生物支架对宿主局部组织再生具有免疫调节作用，但细胞-生物支架复合物的免疫调控机制仍不清楚。HMGB1是典型的DAMPs,与受体RAGE、TLR2 和TLR4结合，激活核因子κB（NF-κB）,引发相应免疫反应，调控组织再生。本项目组前期研究利用同种异体牙囊细胞/膜片-牙本质基质复合物成功再生生物牙根，但利用同种异体牙囊细胞膜片-异种牙本质基质支架复合物是否能再生生物牙根仍不清楚，对其诱导的相关免疫调控机制尚需探究。本项目拟在前期研究基础上，以大鼠、小型猪及猕猴为动物模型，利用同种异体牙囊细胞膜片及异种牙本质基质支架再生生物牙根，重点研究此过程中HMGB1介导TLR4/ NF-κB通路的免疫调控机制。完善生物牙根再生策略，其意义在于为生物牙根临床前期实验奠定理论及生物技术基础，为临床应用提供理论技术指导。

天然组织来源的生物衍生支架材料，因其良好的生物活性已广泛应用于临床前研究及临床治疗中。本项目组前期研究利用同种异体牙囊细胞/膜片-牙本质基质复合物成功再生生物牙根。但同种异体的牙本质基质来源非常有限。我们尝试利用异种来源的TDM再生生物牙根。虽然异种生物牙根支架材料能够解决同种材料的短缺问题，但却会引起机体的免疫排斥反应，释放炎性因子。研究显示多种炎性因子，包括脂多糖（LPS)、白介素-1（IL-1)以及肿瘤坏死因子（TNF-α)，可以通过上调核心结合因子 NF-kB的受体（receptor activator of NF-kB ligand, RANKL）促进破骨细胞的形成。破骨细胞生成增多而导致骨代谢紊乱，破坏了异种生物牙根的完整性和稳定性。因此同种异体牙囊细胞膜片-异种牙本质基质支架复合物是否能再生生物牙根，对其诱导的相关免疫调控机制尚需探究。本项目利用异种来源的 TDM（猪来源 pTDM）复合同种异体来源的牙囊细胞（allogeneic dental follicle cells，aDFCs）构建组织工程支架复合体aDFCs/pTDM。研究发现经处理的异种牙本质基质能够发挥良好支架作用，同时对种子细胞有较强成牙诱导。本项目组首次将异种来源的TDM复合同种异体来源的牙囊细胞构建的异种生物牙根。但是异种来源的 TDM 植入体内后会引起严重的吸收现象，最终导致植入失败。研究发现通过HMGB1/TLR4/NF-κB信号通路介导xTDM-aDFCSs复合体诱导宿主免疫炎症。为实现异种 TDM 支架材料再生生物牙根，本课题尝试利用抗氧化剂抑制炎症诱导的破骨细胞形成相关因子的释放，减少破骨细胞的形成及植入材料的破骨细胞性吸收，最终保证组织工程再生生物牙根的具有一定的完整性和稳固性。本项目组成功的运用抗氧化剂叔丁基对苯二酚 tBHQ调控HMGB1/HO-1通路，抑制破骨细胞形成，从而减少异种 TDM 的吸收。用恒河猴颌骨原位移植模型证明抗氧化剂tBHQ能够移植破骨细胞，降低异种生物支架的吸收，完成临床前的体内实验验证并评估这一策略在组织工程生物牙根构建中的可行性。 本项目的意义为生物牙根构建及其临床应用奠定理论及生物技术基础，为利用异种生物支架构建组织工程器官相关研究提供借鉴。