Caspase酶在动态牵张应变诱导人牙周膜细胞凋亡中作用的研究

口腔修复中义齿设计制作不当以及正畸矫正牙齿时施力不当，使牙齿受力过大，均可造成牙周损伤。在牙周损伤、改建中必然伴随相关细胞死亡，而细胞凋亡与细胞死亡密切相关。牙周膜细胞（PDLCs）在牙周损伤和牙周改建中具有关键作用，但力与PDLCs凋亡的关系研究甚少。本课题组首次报道牵张应变能诱导人PDLCs凋亡，但其发生机制目前尚不清楚。近年研究显示Caspase蛋白酶家族在凋亡信号转导中具有重要作用。因此本课题拟对人PDLCs施加不同大小、时间的动态牵张应变，运用免疫荧光技术、Real-Time PCR芯片技术检测Caspase酶及其基因在牵张应变诱导PDLCs凋亡过程中的变化，明确Caspase酶在牵张应变诱导人PDLCs凋亡中的作用，探讨牵张应变引起人PDLCs凋亡的机制，以期为口腔生理学和病理学的基础研究提供相关理论支持，并为口腔修复及正畸临床对牙齿合理施力以及牙合创伤、牙周病的防治提供指导。

本项目采用自行研制开发的CSU-A型动态机械应变细胞加载装置对体外培养的人牙周膜细胞（human periodontal ligament fibroblast，HPDLCs）施加不同大小的动态机械应变，并作用不同的时间段，运用免疫荧光技术、激光扫描共聚焦显微成像技术、流式细胞术、Real time-PCR技术、基因芯片技术等先进研究手段，考察了动态机械应变对HPDLCs的形态、凋亡的影响，并通过检测动态机械应变作用下Caspase-3活性以及添加Caspase-8和Caspase-9阻断剂后Caspase-3的活性变化，发现牵张应变可以使细胞形态、排列以及细胞骨架的形态、排列发生规律性的变化，并证实牵张应变可以诱导牙周膜细胞凋亡，且具有时间和应变值依赖性，抑凋亡基因Bcl-2和促凋亡基因Bax参与了牵张应变诱导人牙周膜细胞凋亡，Caspase-3活性与凋亡率呈现正相关性，且caspase-9激活caspase-3的途径参与了牵张应变诱导人牙周膜细胞凋亡的机制。项目组采用基因芯片检测动态牵张应变加载前后基因的差异表达，发现20%-6h牵张加载实验组与对照组比较有10个上调基因和2个下调基因，20%-24h牵张加载实验组与对照组比较有11个上调基因和2个下调基因，20%-24h实验组与20%-6h实验组比较有2个上调基因和1个下调基因，通过研究这些对力学信号敏感的凋亡相关基因，为后续研究提供了可能的介入点。本项目目前已完成原研究计划，动态机械应变细胞加载装置获国家发明专利授权1项，发表标注课题资助的学术论文6篇，其中SCI收录2篇，EI收录1篇，参加国际学术会议交流2次，1人参加本课题研究取得博士学位，1人参与本课题研究攻读硕士学位。在本研究基础上，项目组获得了2010年上海市青年科技启明星计划项目资助（“人牙周膜细胞机械力学信号转导途径的研究”，项目编号：08411961500，2010.4-2012.4，15万元），并在2012年获得了国家自然科学基金面上项目资助（“Caspase蛋白酶在牵张应变诱导人牙周膜细胞凋亡中调控机制的研究”，项目编号：31270991，2013.1-2013.12，15万元），对本项目中发现的人牙周膜细胞力-凋亡信号转导因子进行更深入的研究，进一步揭示牵张诱导细胞凋亡的机制，以期进一步阐明力对牙周组织的作用机理。