干细胞归巢在正畸骨改建中的作用及其中的力学-化学耦合

The aim of this study is to evaluate the role of bone marrow mesenchymal stem cells'(BMMSCs') homing induced by stress in the orthodontic bone remodeling and it's mechanical-chemical interaction. Based on the latest progress about the role of bone marrow-derived mesenchymal stem cells in the maintenance and regeneration of periodental tissue and our preliminary data suggesting that stress promotes the migration of BMMSCs, our proposed experiments will 1)use the wound scratch assay to demonstrate that stress promotes the migration of BMMSCs by activing Smad pathway.2)use a GFP＋ bone marrow transplantation combined with orthodontic tooth movement murine model to observe the role of stess and Smad in inducing BMMSCs'homing to the periodental tissue and promoting the alveolar bone remodeling.Based on the results from the above experiments and the conclusion from other study group(publised in Nat Med.)that TGF-β1 induced migration of BMMSCs to regulate bone remodeling through Smad pathway. Our further experemants will demonstrate that BMMSC achieve it's mechanical-chemical interaction in it's migration through TGF-βR-Smad axis. The study on orthodontic bone remodeling focused on BMMSCs' homing has not been reported. The mechanical-chemical interaction in BMMSCs'homing has not been reported,either. Our findings will provide new strategy for the study of orthodontic bone remodeling, new theoretical and technical basis for the study of stess-medicine combination in disease(such as osteoporosis) therapy,as well.

本项目旨在研究正畸骨改建中应力促进骨髓间充质干细胞（BMMSCs）归巢的作用及其中的力-化学信号耦合机制。基于目前骨髓干细胞在牙周组织代谢平衡中作用研究的最新进展，及本项目组前期对应力促进BMMSCs迁移的研究结果，本项目拟证实应力通过Smad通路促进其迁移，并采用绿色荧光蛋白小鼠骨髓移植结合正畸牙加力模型，观察应力在诱导BMMSCs向牙周组织归巢并参与骨改建中的作用。在此基础上，结合TGF-β通过Smad通路诱导BMMSCs归巢调节骨改建的权威研究结果，进一步证实BMMSCs通过TGF-βR-Smad信号轴实现迁移中的力学－化学耦合作用。目前从促进BMMSCs归巢的角度探讨正畸骨改建的研究还未见报道，BMMSCs迁移中力学－化学信号耦合的研究也未见报道。本项目可为正畸骨改建研究提供新的思路，对加速牙移动及牙周组织修复有重要意义；还可为骨质疏松等疾病的应力－药物联合应用研究提供帮助。

错合畸形是常见的颌面部发育畸形，其可影响口颌系统功能及面部美观。正畸治疗是通过矫治器对牙齿施力，引起牙槽骨的改建，达到矫治目的。正畸疗程一般长达2-3年，目前如何提高骨改建效率，加快牙齿移动，显著缩短疗程是正畸临床亟待解决的重要问题。牙移动速度依赖于成骨细胞和破骨细胞介导的牙槽骨改建效率，成骨细胞位于中心调控地位，其功能和分化是骨改建的核心内容。但成骨细胞在体内没有自我增殖及分化能力，在发育完成后主要来源于机体内BMMSCs储备。 已有研究证明骨髓可作为牙源性间充质干细胞的储备库, BMMSCs能够迁移至牙周区域并分化为牙周组织相关细胞，但细胞迁移的机制尚不清楚。本项目旨在研究应力诱导BMMSCS向牙周部位归巢，促进牙槽骨改建的作用机制，并探讨BMMSCs迁移中的力学－化学信号耦合。首先建立了BMMSCs体外培养加力模型；证明了应力可促进BMMSCs的迁移，同时促进Smad2、Smad3，TGF-β R I基因表达，且有剂量效应关系。当转染沉默Smad2、Smad3、TGF-β R I基因后，应力对BMMSCs迁移的促进作用被阻断。初步证明了应力通过TGF-ßR-Smad轴完成应力-化学信号耦合作用。在此基础上采用绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）小鼠骨髓移植结合正畸牙加力模型，观察力学刺激在促进BMMSCs向牙周组织归巢，并参与牙槽骨改建中的作用及机制。显微CT显示：骨体积比、骨小梁厚度在加力开始至加力15天随加力时间的增加增大，骨小梁间隙随加力时间的增加而减小，到加力第30天时逐渐恢复。HE染色，Massion染色表明，在加力开始至15天随加力时间的增加，牙周间隙增加，牙周纤维逐渐变得紊乱，有新骨形成，加力第30天牙周间隙及牙周纤维恢复正常。DAPI染色结果显示，实验组均有GFP+细胞的存在，并且实验组的迁移量均高于对照组。表明应力促进了骨改建，并且是通过诱导系统BMMSCs迁移到牙槽骨，促进骨改建。目前对Smad2，Smad 3在牙周组织的的分布观察，采用siRNAs分别阻断Smad2及Smad3通路，对细胞加力、TGF-β1对BMMSCs的迁移影响，以及在建立的小鼠骨髓移植结合正畸牙齿加力模型为基础，观察TβRI inhibitor对骨改建对影响，正在进行中。