炎症微环境下KDM2B/EZH2蛋白复合体在间充质干细胞功能调控及牙齿组织再生中的作用及分子机制研究

Mesenchymal stem cell (MSC)-based therapeutic strategy for regeneration and repair of dental tissue has become a key scientific problem in stomatology so far. However, the studies and applications for MSC-based regeneration and repair are limited because the molecular mechanisms of interaction between Inflammatory immune and MSCs in microenvironment are largely obscure. Previous studies have shown that KDM2B and EZH2 play an important role in the regulation of stem cell function. Our preliminary experiments have suggested that EZH2 can form a protein complex with KDM2B; the expression of EZH2 in dental MSCs is markedly downregulated in inflammatory conditions, which inhibit the differentiation, migration and immune regulation of dental MSCs. However, the specific function and mechanism of KDM2B/EZH2 protein complex are not clear. The purpose of this study is to elucidate the function and molecular mechanisms of KDM2B/EZH2 protein complex on dental MSCs in inflammatory microenvironment using loss- and gain-of-function analysis; to identify the KDM2B-EZH2 protein binding site; to study the effects of KDM2B/EZH2 on dental tissue regeneration in nude mice and miniature pigs periodontitis model; to clarify how to restore the patient's own MSCs function with defects by histone regulation of KDM2B/EZH2 in the specific clinical conditions for promoting dental tissue regeneration, periodontitis treatment and thus providing a basis for clinical translation and application.

目前间充质干细胞介导的牙齿组织再生修复已成为口腔医学的关键科学问题，但微环境中炎症免疫与干细胞相互作用的分子机制尚不清楚，从而影响了其研究和应用。以往研究显示KDM2B和EZH2在干细胞功能调控中发挥着重要的作用，课题组预实验研究发现KDM2B可以与EZH2形成蛋白复合体，在炎症条件下EZH2表达降低，并抑制牙源性间充质干细胞分化、迁移及免疫调节等功能，但具体的功能及机制尚不清楚。本项目从临床应用出发，模拟炎症微环境，采用丧失性及获得性功能研究阐明炎症微环境下KDM2B/EZH2蛋白复合体对牙源性间充质干细胞的功能调控作用及分子机制；解析KDM2B/EZH2的蛋白结合位点；并在裸鼠及小型猪动物牙周炎模型上研究其对牙齿组织再生的影响；阐明如何通过KDM2B/EZH2的组蛋白调控进而恢复患者自身功能缺陷间充质干细胞功能来促进牙齿组织再生及牙周炎的治疗，为促进临床转化应用提供依据。

基于间充质干细胞的牙组织再生已成为口腔医学的关键科学问题，研究表明组蛋白甲基化在调节间充质干细胞增殖、分化、免疫及炎症功能发挥重要作用。然而，微环境中炎症免疫与干细胞相互作用的分子机制尚不清楚，从而影响了其研究和应用，因此研究颌骨特定微环境对牙源性间充质干细胞定向分化、免疫调节与再生的分子调控机制对牙组织再生具有重要的现实意义。本项目从临床应用出发，模拟炎症微环境，采用丧失性及获得性功能研究阐明炎症微环境下KDM2B/EZH2蛋白复合体对牙源性间充质干细胞的功能调控作用及分子机制。研究发现KDM2B可以与EZH2形成蛋白复合体，过表达EZH2促进牙源性干细胞成骨分化、迁移，促进CD4+T细胞的凋亡。基因敲除KDM2B促进炎性细胞因子IL-6、IL8、TNF-α和IFN-γ的表达。KDM2B和EZH2在炎症微环境下影响牙源性间充质干细胞的功能，炎症条件下EZH2表达降低，抑制牙源性间充质干细胞分化、迁移及免疫调节等功能。机制研究提示EZH2是KDM2B的负调控蛋白，在炎症条件下，由于EZH2的表达降低，导致PRC2复合体不能通过EZH2与KDM2B形成蛋白复合体，导致EZH2丧失了对KDM2B组蛋白去甲基化酶的抑制作用，KDM2B通过去甲基化H3K4me3、H3K36me2调控下游基因的表达，进而抑制牙源性间充质干细胞的功能影响干细胞介导的牙齿组织再生。我们也识别炎症微环境下KDM2B/EZH2蛋白复合体调控的关键下游基因，结果显示基因敲除EZH2后，PRC2复合体下游靶基因HBEGF、KLF4、NPTX1、PMAIP1表达降低，SLC6A15表达升高；基因敲除KDM2B后HBEGF、KLF4、NPTX1、PMAIP1表达升高，LC6A15表达降低。并在牙周炎模型上进一步证实EZH2过表达或shKDM2B修饰的干细胞能促进牙周修复再生。表明KDM2B/EZH2的组蛋白调控可以恢复炎症条件下的间充质干细胞功能来促进牙齿组织再生及牙周炎的治疗，为促进临床转化应用提供依据。本研究证实KDM2B/EZH2蛋白复合体在牙源性间充质干细胞定向分化、炎症免疫反应等功能中发挥着重要的功能作用，这为研发药物及小分子制剂靶向调控KDM2B/EZH2蛋白复合体进而促进内源性干细胞的功能来治疗牙周炎奠定了基础。