瘦素对机械应变期间牙周膜成纤维细胞的影响

2023-12-13Naturethink

正畸牙齿移动在纠正错位牙齿和错位咬合上的确切机制及其所有复杂的相互关系是当前研究的重点之一。在细胞上，除了巨噬细胞、T细胞和其他细胞群外，牙周膜成纤维细胞（PDLF）是牙周膜的主要细胞群，在正畸治疗期间会受到压缩和拉伸机械应变。这些细胞负责胶原纤维的形成、组织稳态的调节和非特异性免疫系统的激活。PDLF响应于矫正牙齿位置的压缩力，越来越多地分泌促炎酶、细胞因子和趋化因子。

肥胖现在被认为是仅次于吸烟的炎症相关牙周骨质流失的第二大重要因素。最常见的假设是将上述疾病解释为脂肪细胞分泌的脂肪因子增加。脂肪因子是内分泌蛋白，具有促炎性，但也有抑制作用，将代谢与免疫系统联系起来。随着体重增加，促炎脂肪因子的表达越来越多。因此可以假设脂肪组织通过调节炎症过程影响体内的许多结构。

瘦素是1994年发现的第一个脂肪因子。瘦素浓度升高也常与慢性炎症反应有关。此外，瘦素直接影响调节性T细胞，从而抑制免疫系统的激活，调节其自身耐受性。瘦素似乎与骨形成和代解有关。考虑到这一点，已经研究了正畸治疗期间沟液中瘦素的浓度。在牙齿移动的第一阶段观察到瘦素浓度的增加，随后浓度下降，一个月后浓度低于初始浓度。此外，沟液中的瘦素浓度与牙齿移动速度之间存在明显的正相关关系。然而，潜在的细胞机制和瘦素对牙周膜内使正畸牙齿移动的无菌炎症反应的影响尚不清楚。

了解瘦素及其对正畸牙齿移动的影响可以为正畸治疗的长期成功做出重要贡献，特别是考虑到儿童和青少年肥胖率的增加。因此，德国雷根斯堡大学医学院口腔正畸科、颅颌面外科及约翰内斯·古腾堡大学医学中心的一项体外研究旨在进一步阐明肥胖患者正畸治疗期间发生的信号级联反应，重点是调节正畸牙齿移动的牙周膜成纤维细胞，以及瘦素在多大程度上影响他们的代谢。相关研究成果发表在 International Journal of Molecular Sciences 期刊题为“Impact of Leptin on Periodontal Ligament Fibroblasts during Mechanical Strain”。

首先，实验检查了瘦素受体（LEP-R）是否在PDLF中表达，以及该表达是否受到压缩应变（2 g/cm²，48h）的影响。结果观察到PDLF中LEP-R的基因和蛋白表达，但压缩应变不影响两者的表达。为了确定之后实验的最佳瘦素浓度，研究人员测试了不同的浓度，白细胞介素-6（IL-6）基因表达的研究表明，在对照条件下，在低瘦素浓度（10-2 ng/mL、10-1 ng/mL、1 ng/mL、10 ng/mL）和高瘦素浓度（103 ng/mL、503 ng/mL、104 ng/mL）下，IL-6 的表达随压缩应变而增加，该效应被50 ng/mL、102 ng/mL和502 ng/mL的瘦素阻断。由于浓度为104 ng/mL的瘦素对IL-6基因表达的影响稳定，且无细胞毒性作用，因此将该浓度用于以下实验。

由于已知炎症因子IL-6和前列腺素内过氧化物合酶2（PTGS2）调节正畸牙齿移动，因此，接下来研究了瘦素对这些因子表达和分泌的影响。在所有测试瘦素浓度（0 ng/mL、1 ng/mL、104 ng/mL，图1 a）下，IL-6基因表达随压缩应变而升高。无论是否有压缩应变，只有高瘦素浓度（104 ng/mL）处理能进一步提高IL-6基因的表达，而低瘦素浓度（1 ng/mL）对其表达没有影响（图1 a）。IL-6基因表达的结果在蛋白质水平上是可重复的，因为在压缩力和高瘦素浓度的细胞培养上清中检测到更多的IL-6蛋白（图1 b）。在所有测试瘦素浓度（0 ng/mL、1 ng/mL、104 ng/mL，图1 c）下，PTGS2的基因表达随压缩应变而升高。同样，无论是否有压缩应变，104 ng/mL的瘦素浓度增加了PTGS2基因的表达。与RT-qPCR数据一致，PTGS2蛋白表达在所有测试瘦素浓度的压缩应变下都上调（图1 d），尤其是104 ng/mL 浓度进一步增强压缩力诱导的PTGS2蛋白表达。

图1 瘦素联合压缩应变对IL-6和PTGS2在 PDLF 中的基因及蛋白表达的影响。

RANKL/OPG（核因子kB受体活化因子配基/骨保护蛋白）系统对于破骨细胞的分化至关重要，因此对于正畸牙齿移动期间的牙槽骨重塑密切相关，所以实验随后检测了瘦素联合压缩应变对骨重塑因子表达的影响。令人惊讶的是，在所有测试瘦素浓度（0 ng/mL、1 ng/mL、104 ng/mL，图2 a）下，OPG基因表达不受压缩应变的影响。但在所有测试的瘦素浓度（图2 b）下的压缩力处理后，细胞培养上清中OPG蛋白量减少。同样，瘦素对OPG蛋白分泌没有影响，因为在没有和有压缩力的情况下没有发现差异（图2 b）。在无瘦素浓度和低瘦素浓度时，RANKL的基因表达在压缩力下升高（图2 c），随着瘦素浓度升高，其表达在压缩应变下没有升高。在所有测试瘦素浓度下，细胞培养上清液中的RANKL分泌随压缩应变而上调（图2 b）。与不含瘦素的对照相比，高瘦素浓度增加了无压缩力和有压缩力的RANKL分泌。除了将RANKL分泌到细胞培养上清液中外，实验还研究了通过蛋白质印迹检测RANKL膜结合蛋白的表达（图2 e），观察到在所有测试瘦素浓度下压缩应变后RANKL表达增加。同样，104 ng/mL瘦素可增加无压缩应变和有压缩应变下的RANKL表达，表明瘦素对破骨细胞分化有积极作用。

图2 瘦素联合压缩应变对PDLF中OPG和RANKL 基因和蛋白质分泌表达的影响。

最后，为了进一步研究瘦素对PDLF中压缩应变引起的破骨细胞分化的可能支持作用，研究人员进行了破骨细胞前体细胞的共培养实验。正如预期的那样，在所有测试的瘦素浓度（0 ng/mL、1 ng/mL、104 ng/mL，图3）下的压缩应变后，观察到更多的TRAP+（抗酒石酸酸性磷酸酶TRAP为破骨细胞的标志酶）细胞。在没有压缩应变的情况下，瘦素对破骨细胞生成没有影响，而在加入低（1 ng/mL）和高（104 ng/mL）浓度瘦素并压缩后，检测到更多的TRAP+ 细胞（图3）。这些数据支持在瘦素影响下PDLF中RANKL表达增加且OPG表达不变的发现。

图3 瘦素联合压缩应变通过PDLF相互作用对破骨细胞前体细胞分化为TRAP+破骨细胞的影响。

总之，该研究结果表明，肥胖患者瘦素浓度的升高可能会影响正畸牙齿的移动。特别是，促炎因子和RANKL的表达增加以及破骨细胞生成的增加可以加速骨吸收，从而加速肥胖患者正畸治疗中正畸牙齿移动的速度。

参考文献：Schröder A, Meyer A, Spanier G, Damanaki A, Paddenberg E, Proff P, Kirschneck C. Impact of Leptin on Periodontal Ligament Fibroblasts during Mechanical Strain. Int J Mol Sci. 2021 Jun 25;22(13):6847. doi: 10.3390/ijms22136847. PMID: 34202165; PMCID: PMC8268745.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34202165/

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