瘦素对体外机械应变期间巨噬细胞表达谱的影响

儿童肥胖已成为全世界范围内日益严重的健康问题。肥胖会使内分泌蛋白释放增加、代谢紊乱，影响脂肪因子的平衡。脂肪组织产生的其中一种脂肪因子是瘦素。该信号分子属于多肽类激素，主要由白色脂肪组织合成并分泌。通过脂肪组织和下丘脑之间的负反馈机制，它参与饱腹感的控制，因此在能量平衡中起关键作用。

在超重的个体中检测到唾液瘦素浓度升高，与正常体重个体相比，也观察到牙齿移动速率减缓。正畸力会在周围牙周膜和牙槽骨中产生张力和压力。牙周膜中的细胞（如成纤维细胞、成骨细胞）和免疫细胞（如巨噬细胞）暴露于这些力下，并参与正畸力诱导的骨重塑。巨噬细胞在机械应力下分泌多种促炎介质，如肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素-1（IL-1）、IL-6和前列腺素内过氧化物合酶-2（PTGS2）。这些介质上调核因子-κB受体激活因子配体（RANKL）的表达，从而调节骨吸收和正畸牙齿移动。

肥胖是一种复杂的疾病，需要进一步的了解和认识，以优化临床管理并确保正畸治疗的长期成功。瘦素在无机械应变和有机械应变的情况下增加了牙龈和牙周膜成纤维细胞中促炎介质的分泌。动物研究表明，肥胖和瘦素通过影响破骨细胞生成来减少正畸牙齿移动。瘦素对先天免疫系统和适应性免疫系统的细胞均具有调节作用。然而，没有关于瘦素在机械应变期间对巨噬细胞的影响的研究。

德国雷根斯堡大学医学院口腔正畸科、临床微生物学与卫生研究所以及美因茨约翰内斯·古腾堡大学医学中心的一项研究曾以体外机械负荷作为正畸牙齿移动模型，研究瘦素在此过程中对炎症介质巨噬细胞表达谱的影响。这项研究提高了对机械应变和瘦素之间相互作用的理解，重点是免疫细胞。相关内容发表在 International Journal of Molecular Sciences 期刊题为“Impact of Leptin on the Expression Profile of Macrophages during Mechanical Strain In Vitro”。

首先，实验确定了无机械应变下不同瘦素浓度对细胞活力的影响。乳酸脱氢酶（LDH）测定显示，所有测试浓度下瘦素均无细胞毒性作用。实验决定使用浓度为1 ng/mL的瘦素进行进一步的实验。

然后测试了瘦素对巨噬细胞促炎反应的影响，这些巨噬细胞在不存在和存在牙龈卟啉单胞菌的脂多糖（LPS）的情况下模拟牙周炎期间发生的炎症。在瘦素、脂多糖及两者联合治疗后，Tnf 基因表达升高（图1 a）。在瘦素 + LPS的组合中，Il-1b基因表达的上调显著，表明瘦素具有促炎作用（图1 b）。Il-6基因的表达随着瘦素和LPS的增加而增加（图1 c），两者联合治疗后显著增加Il-6基因的表达。在瘦素、脂多糖及两者联合治疗后，Ptgs2基因表达与未处理对照组有显著差异（图1 d）。值得注意的是，与对照相比，瘦素本身的施用显示出促炎作用，但与LPS处理的样本相比，这些作用仅略有明显。

图1 瘦素、牙龈卟啉单胞菌LPS和两者的组合对RAW264.7巨噬细胞中Tnf（a）、Il-1b（b）、Il-6（c）和Ptgs2（d）基因表达的影响。

在正畸治疗期间，牙周膜细胞包括巨噬细胞受到机械应变。因此，接下来研究了瘦素在压缩应力（2 g/cm²，4 h）过程中的影响。实验观察到，无瘦素处理下压缩应变后Ptgs2 mRNA升高，而添加至少1 ng/mL瘦素可降低Ptgs mRNA。因此，根据观察到的对Ptgs2 mRNA表达的影响和无机械应变的实验，实验决定使用浓度为1 ng/mL的瘦素进行进一步的压缩和拉伸应变实验。

然后，实验检测了瘦素对压缩应变中促炎介质表达的影响。压缩应力后，TNF 基因表达（图2 a）和蛋白质分泌（图2 b）增加，添加瘦素对观察到的压力效应没有影响。压缩应力后，Il-1b mRNA表达和分泌增加（图2 c、d），而用瘦素处理阻断、降低了这种效应。压缩应力后，IL-6基因表达和分泌上调（图2 e、f），Ptgs2 mRNA 表达上调（图2 g），而用瘦素处理均降低了这种压力效应。在蛋白质水平上，还检测到Ptgs2 蛋白表达在压缩应变下增加（图2 h），而加入瘦素后，这种作用受到抑制，表明瘦素在压力施用过程中的抗炎作用。

图2 瘦素联合压缩应变对RAW264.7 巨噬细胞TNF（a、b）、IL1B（c、d）、IL6（e、f）和PTGS2（g、h）基因和蛋白质表达和分泌的影响。

在牙周膜的压力侧旁边，在正畸牙齿移动期间牙周膜中的细胞还经历被拉伸。因此，实验最后还研究了在拉伸应变（16%，4 h）后瘦素对巨噬细胞的影响。拉伸应变后，TNF mRNA表达（图3 a）和蛋白质分泌（图3 b）增加。与压缩应变相反，额外的瘦素处理降低了拉伸的这种影响。拉伸应变后，没有检测到IL-1B mRNA表达上调（图3 c）或蛋白质分泌（图3 d）。与压缩应变相当，拉伸应变增加IL-6 mRNA水平和蛋白质分泌（图3 e、f），这种效应通过添加瘦素被消除。Ptgs2 mRNA水平随拉伸应变升高，并在额外的瘦素处理下降低至未处理水平（图3 g），在蛋白质水平上呈相似趋势（图3 h）。

图3 瘦素联合拉伸应变对RAW264.7 巨噬细胞TNF（a、b）、IL1B（c、d）、IL6（e、f）和PTGS2（g、h）基因和蛋白表达和分泌的影响。

在这项研究中，我们清楚地看到了对巨噬细胞中炎症因子表达的抑制作用，这可能导致无菌炎症的程度降低，从而减少正畸牙齿的移动。瘦素可以在控制和压力条件下以不同的方式影响巨噬细胞的表达谱，既可以在没有机械应力的情况下促进促炎作用，也可以在机械应力后促进抗炎表型。潜在的分子机制必须进一步研究，以更好地了解瘦素的作用方式及其对巨噬细胞的机械力。

参考文献：Paddenberg E, Osterloh H, Jantsch J, Nogueira A, Proff P, Kirschneck C, Schröder A. Impact of Leptin on the Expression Profile of Macrophages during Mechanical Strain In Vitro. Int J Mol Sci. 2022 Sep 14;23(18):10727. doi: 10.3390/ijms231810727. PMID: 36142638; PMCID: PMC9503708.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36142638/

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