牙周膜成纤维细胞外泌体递送的骨保护素对再植牙根吸收的保护作用及机制研究

Root resorption is an adverse outcome of tooth replantation. However, no efficient approaches are available for the protection and repair of root resorption. Osteoprotegerin (OPG) has revealed as a powerful inhibitor of bone resorption and plays a critical role in root protection. However, little is known about its molecular mechanisms underlying inhibition of root resorption in the periodontal ligament. Our preliminary results confirmed that osteoprotegerin-knockout mice developed root resorption. OPG was highly expressed in periodontal fibroblasts. The exosomes released by periodontal fibroblasts contained plenty of OPG which can be uptaken by osteoclast precursors. If OPG was removed from exosomes by genetic methods, the proliferation of osteoclast precursors increased. Accordingly, we propose that periodontal fibroblasts could secrete exsomes-encapsulated OPG, which could have some effects on odontoclasts to inhibit root resorption. By OPG knockdown or overexpression in vivo and in vitro, and establishing root resorption models of tooth replantation, this project aimed mainly to investigate: ①the main cell sources of OPG in periodontal ligament microenvironment; ②the roles of OPG in tooth protection and the possible mechanisms; ③whether OPG mainly delivered by exosomes; ④ whether the exsomes-encapsulated OPG could prevent the root resorption. The results are expected to reveal a novel mechanism responsible for the prevention and treatment strategies for root resorption.

牙再植术失败的重要原因为牙根吸收，因具体机制不清难以有效预防。骨保护素（osteoprotegerin, OPG）是抑制骨吸收的关键保护分子，在牙根吸收微环境即牙周膜中抑制牙根吸收的作用机制尚无系统研究。前期实验发现：OPG敲除小鼠发生根吸收；牙周膜成纤维细胞高表达OPG；其分泌外泌体中含有大量OPG，能被破骨前体细胞摄取；沉默外泌体中的OPG促进破骨前体细胞增殖。据此本课题提出“牙周膜成纤维细胞可通过外泌体中的OPG作用于破牙细胞和牙周膜而保护牙根，减少根吸收”。本项目将在前期实验的基础上，通过在、离体实验，敲减和过表达OPG及建立再植牙根吸收疾病模型，重点探讨：①牙周膜微环境中OPG的主要细胞来源；②OPG保护牙根的作用和可能机制；③外泌体是否为OPG的主要运送方式；④通过引入富含OPG的外泌体“预防”或“挽救”再植牙根吸收。本课题有望为牙根吸收预防和治疗提供理论依据。

牙根吸收临床常见病理变化，多见于再植牙愈合及正畸牙移动过程。牙周膜内的破骨细胞及牙周膜成纤维细胞（periodontal ligament cells，PDLCs）是参与牙根吸收发生的主要细胞，两者之间的相互作用及对牙周稳态维持的机制尚不明确。骨保护素(osteoprotegerin, OPG)是抑制骨吸收的关键保护分子，本课题前期研究发现OPG随破骨细胞形成及骨吸收的关键作用。本课题进一步运用模式动物，在体建立牙再植及正畸牙移动牙根吸收模型，以及离体培养PDLCs及破骨细胞进行分子生物学相关实验，重点探讨OPG对牙根吸收的保护方式和作用机制。.本课题基于前期研究基础，以野生型小鼠及OPG敲除小鼠为研究对象，系统观察再植牙过程中牙根吸收情况以及OPG在其中的作用。进一步研究发现PDLCs是牙周组织中OPG分泌的主要细胞，主要通过外泌体的方式进行分泌。通过过表达或敲减OPG，进一步探究PDLCs分泌的外泌体对破骨细胞的作用。此外，通过将外泌体与PDLCs进行共培养，观察外泌体负载OPG对PDLCs生物学行为的影响。分别建立大鼠牙再植牙及正畸牙移动牙根吸收模型，进一步证实和探讨OPG介导破骨细胞、PDLCs生物学行为在不同病理模型中维持保护体系完整性中的作用。本课题的完成有助于进一步丰富牙周稳态维持的相关理论基础，为再植牙愈合及正畸牙移动过程中牙根吸收的防治提供潜在的治疗策略。.本课题组按照研究计划，较顺利地完成课题规划内容，并取得多项研究成果。相关研究结果已发表SCI收录文章6篇，中文核心期刊文章18篇。培养20名研究生毕业，15名研究生在读。