Sclerostin通过WNT与MAPK信号通路调控牙周炎症破坏与修复的机制研究

Since periodontitis is one of the crucial challenges orthodontists have to face when treating adult patients, it is very important to study the pathogenesis of periodontitis in order to reach the goal of moving teeth safely and effectively. Some studies concluded that Sclerostin, as an inhibitor of canonical WNT signaling pathway, increases significantly in both periodontal tissue and serum of periodontitis patient. However it is still unclear about the biological mechanism. Our previous research found that lacking of Sclerostin can inhibit the process of periodontitis, protect alveolar bone from destruction, and reduce the phosphorylation of ERK1/2 in periodontal tissue. Considering the role of WNT and MAPK pathway in regulating osteogenic differentiation of periodontal ligament stem cells and the effect of ERK1/2 pathway in promoting inflammatory factors, we infer Sclerostin is crucial in the destruction and rehabilitation of periodontitis via WNT and MAPK pathway. In this study, we established experimental periodontitis model in SOST KO mice and analyzed the levels of inflammatory factors，osteoclastic factors and pathway signals in vivo. In vitro, we investigated the signaling mechanism of Sclerostin on osteogenic differentiation of PDLCs and inflammation reaction of osteoblast via gene tranfection and pathway inhibition. Therefore, this study will thoroughly investigate the biological mechanism of Sclerostin in periodontitis and lay the foundation of clinical application of Sclerostin related biological agents.

牙周炎是成人患者接受正畸治疗的最大障碍之一，深入研究牙周炎的发病机制对于实现安全有效的牙移动具有重要意义。有研究证实，经典WNT信号通路抑制剂Sclerostin在牙周炎患者的局部组织与血清中表达明显升高，但其生物学作用尚不明确。申请者前期研究发现：Sclerostin缺失能够抑制牙周炎的炎症破坏，降低牙周组织内ERK1/2的磷酸化。结合WNT与MAPK通路调控牙周膜干细胞成骨向分化以及ERK1/2通路促进炎症因子释放的特点，我们推断Sclerostin能通过这两条通路在牙周炎的炎症与修复中发挥关键作用。为了验证该假说，申请者在体内建立SOST-/-小鼠牙周炎模型，体外培养牙周膜干细胞与成骨细胞，通过基因转染、信号通路阻断等手段深入研究sclerostin调控牙周炎炎症与修复的生物学机制。本课题将进一步揭示牙周炎的生物学机理，为Sclerostin生物制剂在其中的临床转化应用奠定理论基础。

牙周炎是成人患者接受正畸治疗的最大障碍之一，深入研究牙周炎的发病机制对于实现安全有效的牙移动与牙周炎的治疗具有重要意义。本课题以牙周炎为研究目标，从Sclerostin与外泌体着手，研究发现：（1）相对于野生型小鼠，SOST基因敲除小鼠牙周炎模型牙槽骨吸收与牙根暴露量均显著减少，且牙周组织中OPG表达增加；（2）体外成功分离了人牙周膜干细胞，具有多向分化潜能；（3）rhSOST与LPS+Nicotine均能降低成骨相关细胞因子Runx2，OSX，Col1a等的表达，同时也能降低WNT信号通路的表达，但是两者之间并没有协同作用；（4）体外培养人牙周膜细胞，在炎症条件下提取鉴定了外泌体，同时荧光示踪显示成骨细胞能够摄取牙周膜细胞来源的外泌体；（5）牙周膜细胞来源的炎性外泌体，可以显著增加成骨细胞IL-6以及TNF-α等促炎因子的表达，而外泌体抑制剂GW4869能够抑制促炎因子的表达；（6）牙周膜细胞来源的炎性外泌体，能够显著下调成骨细胞成骨相关因子ALP，COL-1以及RUNX2的表达。降低成骨细胞的成骨活性,促进成骨细胞的破骨诱导能力。本项目研究首次解释了Sclerostin在牙周炎牙槽骨破坏中的重要作用，为将来Sclerostin的相关生物学制剂应用于牙周炎的治疗提供了有力的理论基础。同时首次发现了炎性条件下牙周膜细胞分泌的外泌体在牙周炎症与骨改建中的重要作用，其相关机制的深入研究将会丰富牙周膜的发病机制同时也能为牙周炎的治疗开辟新的方式。本课题研究成果共撰写论文3篇（已发表2篇）。协助培养博士研究生2名，硕士研究生2名。整个课题研究达到了预期目标。