NLRP/caspase炎症复合体在牵张诱导人牙周膜细胞炎症反应中的作用及其激活机制研究

Plenty of researches have proved that the inflammatory response induced by excessive force loading resulting from occlusal trauma or improper orthodontic treatment played an important role in periodontal tissue wound and injury.However,the mechanisms involved in this force-induced inflammatory process remains unclear. In recent years,the roles of inflammasome,inflammatory caspases and pyroptosis in tissue inflammatory response started to be uncovered.Researches confirmed the expression of inflammosomes in inflammatory periodontal tissue,and researchers including us previously reported force-induced programmed cell death and activation of inflammatory caspases in periondontal cells.In the present research, the in vitro cultured human periodontal ligament (PDL) cells will be stretched. After stretch loading, the expression of proinflammatory cytokines,the occurrence of programmed cell death and the expression of the genes and protein of NLRP/caspase inflammasome will be examined,to confirm the role of NLRP/caspase inflammasome in stretch-induced inflammatory response in human PDL cells,and to probe the possible role of ROS in the force-induced activation of inflammasome in PDL cells. The results of the present research may give important scientific supports to revealing the mechanisms involved in the force-induced periodontal tissue wound and injury,instructing the proper force loading in the prosthodontic and orthodontic treatments and finding new targets for controlling the tissue wound in periodontal inflammation and for prevention and treatment of periodontitis.

大量研究显示炎症因子引发的炎症反应在牙合创伤、不良正畸等力学刺激引起的牙周组织破坏吸收中具有重要作用，但力信号引起牙周炎症反应的机理尚不清楚。近年来炎症体、炎性caspases和细胞焦亡在炎症过程中的作用逐渐显露，研究显示牙周炎症组织细胞中表达炎症体，而包括申请者在内的研究者发现力刺激能诱导牙周细胞发生程序性死亡以及炎性caspase活化。因此，本课题拟对体外培养人牙周膜细胞施加牵张应变，检测炎症因子表达，程序性细胞死亡的发生情况，NLRP/caspase炎症复合体基因、蛋白表达及活化情况，明确NLRP/caspase炎症复合体在牵张诱导人牙周膜细胞发生炎症反应过程中的作用，并探索ROS在力激活牙周膜细胞炎症体机制中的作用，对于阐明机械力引起牙周组织破坏吸收的机理，指导口腔修复及正畸临床对牙齿合理施力，以及为控制牙周炎症中牙周组织的破坏吸收、防治牙周炎症寻找新的靶点，具有重要的科学意义。

力信号在牙周炎症反应中作用已有报道，但其具体机制尚不清楚。近年来炎症体、炎性caspases和细胞焦亡在炎症过程中的作用逐渐显露。因此，本课题对体外培养人牙周膜细胞（human periodontal ligament fibroblast，HPDLCs）施加动态牵张应变，探索NLRP/caspase炎症复合体在牵张诱导人牙周膜细胞炎症反应中的作用及其激活机制。研究发现牵张应变能诱导HPDLCs发生程序性死亡并伴有细胞形态、排列以及细胞骨架的特征性变化，以及IL-1β、IL-18等炎症因子的表达和分泌，证实牵张应变诱导HPDLCs发生了焦亡等炎症反应。牵张应变诱导HPDLCs表达caspase-1、-5、NLRP1、NLRP3等炎症体相关基因、蛋白，免疫共沉淀实验证实牵张应变诱导HPDLCs炎症反应过程中形成了炎症体复合物，且依赖于caspase-1、NLRP1等蛋白，揭示了炎症体在牵张应变诱导HPDLCs炎症反应中的重要作用。此外还发现牵张应变可上调caspase-3、-7、-8、-9蛋白表达以及caspase-8、-9的蛋白酶活性，且caspase-8、-9在牵张应变所诱导的不同阶段的程序性死亡过程中具有不同的作用。动态牵张应变诱导HPDLCs中ROS水平升高，并具有牵张加载时间依赖性，进一步采用阻断剂有效抑制了牵张诱导的ROS的生成，为探讨ROS在牵张应变诱导HPDLCs炎症反应中的作用机制提供了基础。免疫共沉淀实验发现在动态牵张应变作用下，HPDLCs中caspase-3、-5可能结合、发生相互作用。此外，在上述发现基础上，研究了GSDMD在动态牵张应变诱导HPDLCs发生炎症反应中的作用，证明GSDMD参与了牵张应变引发的HPDLCs炎症反应。这些发现进一步揭示了机械力引起牙周组织破坏吸收的机理，为口腔修复及正畸临床对牙齿合理施力提供了参考数据，并为牙周炎症治疗中控制牙周组织的破坏吸收、防治牙周炎症提供了可能的靶点。项目实施过程中，课题负责人获聘主任医师、博士研究生导师，招收硕士研究生4名（其中1名转博）、博士研究生1名先后参与本项目，其中1名硕士研究生转博后顺利毕业获得博士学位、1名硕士研究生毕业获得硕士学位。课题组发表标注基金资助的SCI论文7篇、中文期刊论文6篇，另有1篇论文已被SCI收录期刊录用待发表，并有2篇项目相关论文正在撰写中。