PHD2基因沉默促进牙周膜细胞和骨髓间充质干细胞修复牙周组织缺损的研究

Periodontitits，an inflammatory disease that leads to tissue breakdown in both the hard and soft tissues around the teeth (gingiva, periodontium, alveolar bone and cementum)，is the main reason for tooth loss in adults. However, the current therapies targeting periodontitis cannot achieve sufficient tissue regeneration. Seed cells, oxidative stress-related inflammatory micro-environment and macrophages are three integral parts in periodontal regeneration affecting its outcome. Previous studies demonstrated that induction of hypoxic environment could promote vascularization and enhance tissue regeneration such as bone, skin and cardiac muscle. Macrophages participate in tissue regeneration with M1 macrophages and M2 macrophages playing a critical role in the early and late phase respectively. Prolyl hydroxylase 2 (PHD2), a key molecule in oxidation stress, will be silenced in the seed cells; furthermore, the biological properties and the response to oxidation stress in the inflammatory micro-environment in bone marrow mesenchymal cells and periodontal ligament cells will be explored after PHD2 silencing; moreover, changes in polarization and anti-oxidative stress capacity in macrophages will be investigated; moreover, periodontal regeneration by the PHD2-silenced seed cells with or without collagen scaffold will be observed, and changes in the macrophage amount and polarization in the repair process will also be investigated. Overall, this study aims to develop new periodontal regeneration methods under special micro-environment with oxidative stress and inflammation.

牙周炎导致牙龈、牙周膜、牙槽骨和牙骨质等软硬组织破坏，是导致成人失牙的主要原因，目前的治疗方法很难获得足量组织再生。在牙周再生过程中，“种子细胞”、氧化应激炎性微环境及巨噬细胞都非常重要。研究表明，诱导乏氧微环境可以促进血管形成，从而促进骨组织及皮肤、心肌等软组织的再生。巨噬细胞在组织再生中有重要作用，M1和M2型巨噬细胞分别在组织愈合早期和中晚期起重要作用。本研究拟通过RNA干扰技术沉默种子细胞中氧化应激相关的脯氨酸羟化酶2（prolyl hydroxylase2，PHD2）基因，研究PHD2基因沉默后骨髓间充质干细胞、牙周膜细胞的生物学行为和对抗炎症微环境下氧化应激的能力，并探讨其对巨噬细胞极化和抵抗氧化应激能力的影响，明确PHD2基因沉默后两种细胞单独或者联合复合支架材料是否可以促进牙周组织再生，并检测再生不同时期巨噬细胞数量和亚型，为氧化应激炎性微环境下牙周组织再生提供参考。

牙周炎导致牙龈、牙周膜、牙槽骨等软硬组织破坏，是导致成人失牙的主要原因，在牙周再生过程中，“种子细胞”、氧化应激炎性微环境及巨噬细胞都非常重要。本研究通过RNA干扰技术沉默种子细胞中氧化应激相关的脯氨酸羟化酶2（prolyl hydroxylase2，PHD2）基因，研究PHD2基因沉默后骨髓间充质干细胞（BMMSCs）、牙周膜细胞（PDLCs）的生物学行为和对抗炎症微环境和氧化应激的能力。探讨两种细胞对巨噬细胞极化的影响。并进一步探究PHD2基因沉默后两种细胞单独或者联合复合支架材料是否可以促进牙周组织再生，为氧化应激炎性微环境下牙周组织再生提供参考。结果表明通过慢病毒干扰可以成功沉默BMMSCs和PDLCs的PHD2基因。PHD2基因沉默的干细胞的成骨基因表达水平上调、成骨能力增强。PHD2沉默的BMMSCs相对于未处理的BMMSCs在氧化应激微环境中有更强的成骨能力。PHD2沉默的PDLCs相对于未处理的PDLCs在氧化应激微环境中有更强的成骨能力。BMMSCs和PDLCs均对巨噬细有调节作用。BMMSCs对不同巨噬细胞亚型作用不尽相同，提示在临床转化中应明确组织中巨噬细胞的极化状态。PDLCs在体内牙周组织愈合中改善局部炎症微环境、促进M2极化，结合体外实验结果提示其可能通过旁分泌效应调节再生区域巨噬细胞的极化、促进牙周再生。PHD2沉默的PDLCs能够促进牙周组织再生。PHD2沉默的BMMSCs可以显著抑制牙槽骨破坏。这些结果提示PHD2基因在干细胞分化中有重要的作用，可能成为未来调节组织再生的靶点。没有经过基因编辑的两种干细胞的联合应用却没有显示出组织再生的优势，其中的原因值得进一步研究。本研究进一步探讨了超薄纳米钛Ti3C2Tx在牙周再生中的应用。我们证明了Ti3C2Tx可以促进PDLCs成骨分化，从而改善牙周组织的再生。潜在的机制可能涉及代谢重编程相关HIF-1α / WNT信号通路的调节，提示Ti3C2Tx可能是牙周组织工程和牙周炎治疗的潜在治疗选择。本研究发现的PHD2基因沉默有助于干细胞介导的牙周再生，并进行了机制探索，为未来牙周再生的策略提供了潜在靶点。