低强度脉冲超声联合载二甲双胍超声微泡诱导自噬促进牙周炎组织修复的作用机制研究

Periodontal disease is easy to destroy periodontal tissue, leading to the lost of teeth. The periodontal tissue regeneration holds the key for therapeutic treatment. The accumulation of reactive oxygen species (ROS), which is induced by inflammatory promotor lipopolysaccharide (LPS), is one of the key factors leading to the development and progression of periodontitis. Inhibiting inflammatory response effectively and scavenging accumulated ROS is crucial to the periodontal tissue regeneration. Our previous study showed that metformin (Met) and Low-Intensity Pulsed Ultrasound (LIPUS) could inhibit the LPS-induced inflammatory cytokines expression of hPDLCs and increase the autophagy level. And autophagy plays a critical role in the protection of cells from ROS damage, implying potential combining application of LIPUS and Met on periodontitis treatment via inducing autophagy. However, the underlying mechanism is still unclear. Based on our previous research of National Natural Science Foundation of China (NSFC), this study aims to explore the mechanism of the combination effect of Met and LIPUS in regulating autophagy-mediated periodontal inflammation and promoting the regeneration of periodontal tissues on “LPS-hPDLCs” cell inflammation model and periodontitis rat model. Molecular biology and tissue engineering related strateges will be employed. Moreover, “Met-loaded PLGA microbubble” will be combined with LIPUS to applied to further enhance the therapeutic efficiency of Met and LIPUS, providing a new method for periodontitis regeneration therapy, which holds theoretical and clinical translation significance.

牙周病易破坏牙周组织，导致牙齿松动、脱落，治疗关键在于牙周组织修复性再生。炎症启动因子脂多糖（LPS）介导活性氧（ROS）堆积是促牙周炎症发生发展的重要原因之一，清除过量ROS、抑制炎症反应对于牙周组织再生修复极为关键。项目前期发现低强度脉冲超声（LIPUS）、二甲双胍（Met）能够提高细胞自噬水平，而自噬是细胞应对ROS损伤的一个重要保护机制，由此推测LIPUS、Met能够产生协同效应，通过诱导自噬发挥牙周炎治疗效应，但具体机制不清。项目拟在前期NSFC研究基础上，构建相应细胞、动物炎症模型，通过分子生物学、超声分子影像、组织工程等技术，探讨LIPUS联合Met通过自噬途径调控牙周炎症反应、促进牙周组织修复的作用机制。项目基于多学科联合交叉治疗的创新性理念，尝试利用LIPUS联合“载Met超声微泡”促进牙周组织损伤修复，为牙周炎再生性治疗探索一种新策略，具有重要的研究价值和临床转化前景。

牙周病易破坏牙周组织，导致牙齿松动、脱落，治疗关键在于控制炎症、促进牙周组织修复性再生。炎症启动因子脂多糖（LPS）介导活性氧（ROS）堆积是促牙周炎症发生发展的重要原因之一，清除过量ROS、抑制炎症反应对于牙周组织再生修复极为关键。项目前期发现低强度脉冲超声（LIPUS）、二甲双胍（Met）能够提高细胞自噬水平，而自噬是细胞应对ROS损伤的一个重要保护机制，由此推测LIPUS、Met能够产生协同效应，通过诱导自噬发挥牙周炎治疗效应，但具体机制不清。本项目在前期国家自然科学基金研究基础上，构建相应细胞、动物炎症模型，通过siRNA技术、免疫荧光技术、real time PCR、western blot、透射电子显微镜、流式细胞分析、micro-CT、组织学染色等实验研究发现， LIPUS可能通过增强炎症条件下人PDLCs细胞自噬从而发挥抗炎作用，还可以通过激活YAP抑制人PDLCs的凋亡；此外，LIPUS可以降低细胞氧化应激并恢复牙周骨稳态，PI3K/Akt-Nrf2信号通路参与其中；二甲双胍通过自噬减轻牙周膜细胞氧化损伤引起的细胞衰老；二甲双胍还可以降低LPS的致炎作用，改善LPS抑制的自噬途径，下调mTOR的表达。进一步深入研究发现二甲双胍在高糖微环境中激活TMCO1/CaMKII/HDAC4轴调控牙周膜干细胞成骨分化；通过材料控释二甲双胍可以促进糖尿病牙周骨缺损的再生修复，这与AMPK/β-catenin信号通路有关。本项目的重要意义在于进一步阐明了LIPUS和Met在治疗牙周炎和促进牙周组织修复再生中的作用及主要机制，为其辅助应用于临床治疗提供了新的科学依据。在项目执行期间，共发表了SCI学术论文12篇，培养了博士后2名，博士研究生2名，硕士研究生5名。