炎症环境下活性氧调控牙周膜干细胞成骨向分化的机制研究

Human periodontal ligament stem cells (hPDLSC) have been found to play an important role in regeneration of periodontal tissues damaged by periodontitis, however it remains elusive that how Reactive oxygen species (ROS) regulates hPDLSC’ function under inflammatory. Our previous studies suggested that, under inflammatory micro-environment, the osteogenic differentiation of hPDLSC was inhibited, instead Nox4 was up-regulated, which promoted intracellular ROS production. And other researches implicated that ROS would interfere MAPK signaling pathway. Thus we hypothesize that under inflammatory micro-environment the osteogenic differentiation will be inhibited by Nox4/ROS/MAPK signaling axis. The present study plans to establish the connection between the osteogenic differentiation ability of hPDLSC and intracellular ROS using inflammatory hPDLSC model stimulated with LPS or TNF-a. Next the interaction of Nox4 and MAPK family members will be investigated by Co-IP. Further, we aim to determine how Nox4/ROS/MAPK signaling axis affect the osteogenic differentiation of hPDLSC under inflammatory micro-environment, via genetic or pharmacologic inhibition of Nox4 or NOXs and MAPKs. The present study presents the mechanism how ROS regulates osteogenic differentiation of hPDLSC under inflammatory micro-environment. More importantly, this mechanism exploration will provide novel strategy for applying hPDLSC in periodontal tissue regeneration during pericoronitis.

牙周膜干细胞(PDLSC)是牙周炎组织再生修复过程中重要的种子细胞，炎症环境下活性氧(ROS)调控PDLSC分化的机制不清楚。我们的前期研究显示，炎症环境下PDLSC成骨向分化指标表达下降、而促进胞内ROS生成的基因Nox4表达上升。有研究提示ROS能够调控MAPK通路。据此我们假设，炎症环境下Nox4/ROS/MAPK通路抑制PDLSC成骨向分化。本课题拟用LPS、TNF-α构建PDLSC的炎症模型，探讨炎症环境下PDLSC成骨分化能力与胞内ROS的变化；再用免疫共沉淀技术检测Nox4与MAPK通路蛋白的相互作用，通过分别抑制Nox4、ROS和MAPK通路蛋白，确定Nox4/ROS/MAPK通路是否影响炎症环境下PDLSC成骨向分化。通过上述研究，探讨炎症环境下Nox4/ROS/MAPK通路调控PDLSC成骨向分化的作用机制，为将来PDLSC在牙周炎组织再生中的运用提供新的思路和途径。

牙周病能与糖尿病、动脉粥样硬化等全身系统性疾病相互作用，加速牙周软硬组织的进行性破坏，危害口颌系统乃至身心健康。牙周膜干细胞(PDLSC)是牙周炎组织再生修复过程中最重要的一类种子细胞，它的分化调控对于牙周稳态的维护至关重要。炎症微环境会影响牙周膜干细胞动态的平衡以及定向分化的进程。我们成功分离培养了原代的牙周膜干细胞，并对其干性进行了鉴定。分别通过LPS和TNF-α构建了hPDLSC的炎症模型，检测牙周膜干细胞成骨诱导不同阶段胞内ROS的水平、成骨相关指标以及ERK/MAPK信号通路的变化情况。同时检测基因PELP1以及小分子抗氧化剂白皮杉醇对牙周膜干细胞成骨分化向能力的影响。本项目的研究结果证实，LPS和TNF-α的加入能够抑制牙周膜干细胞的成骨分化，在这一过程中，LPS和TNF-α组牙周膜干细胞胞内ROS的水平较单纯的成骨诱导组要高，但是较DMEM组胞内ROS的水平要低，并且在这一过程中ERK信号通路是被抑制的。小分子抗氧化剂白皮杉醇的加入能够促进牙周膜干细胞的分化，但这一过程没有剂量依赖性。并且，在牙周膜成骨诱导过程中PELP1基因是高表达的，抑制牙周膜干细胞胞内PELP1基因水平的表达可以抑制牙周膜干细胞的成骨分化过程，同时抑制ERK信号通路的活性，反之过表达牙周膜干细胞胞内PELP1基因水平的表达可以促进牙周膜干细胞成骨分化，同时激活ERK信号通路的表达。但是这一过程与牙周膜干细胞胞内ROS的水平以及验证微环境的关系目前还在进一步探索过程中。上述结果表明，炎症环境下，胞内ROS水平的提高在一定程度上可以抑制牙周膜干细胞成骨向的分化，这一过程通过影响ERK信号通路实现。小分子抗氧化剂的加入，可以促进牙周膜干细胞的成骨分化。并且PELP1基因能够调控牙周膜干细胞成骨分化的过程，但是这三者之间的联系，将需要在后续研究中继续探索。通过本研究我们初步探讨了氧化损伤在炎症微环境下牙周膜干细胞成骨分化过程中的作用，提示我们小分子的抗氧化剂能够影响炎症微环境下牙周膜干细胞的成骨分化，为牙周炎的临床药物的治疗提供新的思路和方向。