瘦素對機械應變期間牙周膜成纖維細胞的影響

正畸牙齒移動在糾正錯位牙齒和錯位咬合上的確切機制及其所有復雜的相互關(guān)系是當前研究的重點之一。在細胞上，除了巨噬細胞、T細胞和其他細胞群外，牙周膜成纖維細胞（PDLF）是牙周膜的主要細胞群，在正畸治療期間會受到壓縮和拉伸機械應變。這些細胞負責膠原纖維的形成、組織穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)和非特異性免疫系統(tǒng)的激活。PDLF響應于矯正牙齒位置的壓縮力，越來越多地分泌促炎酶、細胞因子和趨化因子。

肥胖現(xiàn)在被認為是僅次于吸煙的炎癥相關(guān)牙周骨質(zhì)流失的第二大重要因素。最常見的假設是將上述疾病解釋為脂肪細胞分泌的脂肪因子增加。脂肪因子是內(nèi)分泌蛋白，具有促炎性，但也有抑制作用，將代謝與免疫系統(tǒng)聯(lián)系起來。隨著體重增加，促炎脂肪因子的表達越來越多。因此可以假設脂肪組織通過調(diào)節(jié)炎癥過程影響體內(nèi)的許多結(jié)構(gòu)。

瘦素是1994年發(fā)現(xiàn)的第一個脂肪因子。瘦素濃度升高也常與慢性炎癥反應有關(guān)。此外，瘦素直接影響調(diào)節(jié)性T細胞，從而抑制免疫系統(tǒng)的激活，調(diào)節(jié)其自身耐受性。瘦素似乎與骨形成和代解有關(guān)�？紤]到這一點，已經(jīng)研究了正畸治療期間溝液中瘦素的濃度。在牙齒移動的第一階段觀察到瘦素濃度的增加，隨后濃度下降，一個月后濃度低于初始濃度。此外，溝液中的瘦素濃度與牙齒移動速度之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。然而，潛在的細胞機制和瘦素對牙周膜內(nèi)使正畸牙齒移動的無菌炎癥反應的影響尚不清楚。

了解瘦素及其對正畸牙齒移動的影響可以為正畸治療的長期成功做出重要貢獻，特別是考慮到兒童和青少年肥胖率的增加。因此，德國雷根斯堡大學醫(yī)學院口腔正畸科、顱頜面外科及約翰內(nèi)斯·古騰堡大學醫(yī)學中心的一項體外研究旨在進一步闡明肥胖患者正畸治療期間發(fā)生的信號級聯(lián)反應，重點是調(diào)節(jié)正畸牙齒移動的牙周膜成纖維細胞，以及瘦素在多大程度上影響他們的代謝。相關(guān)研究成果發(fā)表在 International Journal of Molecular Sciences 期刊題為“Impact of Leptin on Periodontal Ligament Fibroblasts during Mechanical Strain”。

首先，實驗檢查了瘦素受體（LEP-R）是否在PDLF中表達，以及該表達是否受到壓縮應變（2 g/cm²，48h）的影響。結(jié)果觀察到PDLF中LEP-R的基因和蛋白表達，但壓縮應變不影響兩者的表達。為了確定之后實驗的最佳瘦素濃度，研究人員測試了不同的濃度，白細胞介素-6（IL-6）基因表達的研究表明，在對照條件下，在低瘦素濃度（10-2 ng/mL、10-1 ng/mL、1 ng/mL、10 ng/mL）和高瘦素濃度（103 ng/mL、503 ng/mL、104 ng/mL）下，IL-6 的表達隨壓縮應變而增加，該效應被50 ng/mL、102 ng/mL和502 ng/mL的瘦素阻斷。由于濃度為104 ng/mL的瘦素對IL-6基因表達的影響穩(wěn)定，且無細胞毒性作用，因此將該濃度用于以下實驗。

由于已知炎癥因子IL-6和前列腺素內(nèi)過氧化物合酶2（PTGS2）調(diào)節(jié)正畸牙齒移動，因此，接下來研究了瘦素對這些因子表達和分泌的影響。在所有測試瘦素濃度（0 ng/mL、1 ng/mL、104 ng/mL，圖1 a）下，IL-6基因表達隨壓縮應變而升高。無論是否有壓縮應變，只有高瘦素濃度（104 ng/mL）處理能進一步提高IL-6基因的表達，而低瘦素濃度（1 ng/mL）對其表達沒有影響（圖1 a）。IL-6基因表達的結(jié)果在蛋白質(zhì)水平上是可重復的，因為在壓縮力和高瘦素濃度的細胞培養(yǎng)上清中檢測到更多的IL-6蛋白（圖1 b）。在所有測試瘦素濃度（0 ng/mL、1 ng/mL、104 ng/mL，圖1 c）下，PTGS2的基因表達隨壓縮應變而升高。同樣，無論是否有壓縮應變，104 ng/mL的瘦素濃度增加了PTGS2基因的表達。與RT-qPCR數(shù)據(jù)一致，PTGS2蛋白表達在所有測試瘦素濃度的壓縮應變下都上調(diào)（圖1 d），尤其是104 ng/mL 濃度進一步增強壓縮力誘導的PTGS2蛋白表達。

圖1 瘦素聯(lián)合壓縮應變對IL-6和PTGS2在 PDLF 中的基因及蛋白表達的影響。

RANKL/OPG（核因子kB受體活化因子配基/骨保護蛋白）系統(tǒng)對于破骨細胞的分化至關(guān)重要，因此對于正畸牙齒移動期間的牙槽骨重塑密切相關(guān)，所以實驗隨后檢測了瘦素聯(lián)合壓縮應變對骨重塑因子表達的影響。令人驚訝的是，在所有測試瘦素濃度（0 ng/mL、1 ng/mL、104 ng/mL，圖2 a）下，OPG基因表達不受壓縮應變的影響。但在所有測試的瘦素濃度（圖2 b）下的壓縮力處理后，細胞培養(yǎng)上清中OPG蛋白量減少。同樣，瘦素對OPG蛋白分泌沒有影響，因為在沒有和有壓縮力的情況下沒有發(fā)現(xiàn)差異（圖2 b）。 在無瘦素濃度和低瘦素濃度時，RANKL的基因表達在壓縮力下升高（圖2 c），隨著瘦素濃度升高，其表達在壓縮應變下沒有升高。在所有測試瘦素濃度下，細胞培養(yǎng)上清液中的RANKL分泌隨壓縮應變而上調(diào)（圖2 b）。與不含瘦素的對照相比，高瘦素濃度增加了無壓縮力和有壓縮力的RANKL分泌。除了將RANKL分泌到細胞培養(yǎng)上清液中外，實驗還研究了通過蛋白質(zhì)印跡檢測RANKL膜結(jié)合蛋白的表達（圖2 e），觀察到在所有測試瘦素濃度下壓縮應變后RANKL表達增加。同樣，104 ng/mL瘦素可增加無壓縮應變和有壓縮應變下的RANKL表達，表明瘦素對破骨細胞分化有積極作用。
 

圖2 瘦素聯(lián)合壓縮應變對PDLF中OPG和RANKL 基因和蛋白質(zhì)分泌表達的影響。

最后，為了進一步研究瘦素對PDLF中壓縮應變引起的破骨細胞分化的可能支持作用，研究人員進行了破骨細胞前體細胞的共培養(yǎng)實驗。正如預期的那樣，在所有測試的瘦素濃度（0 ng/mL、1 ng/mL、104 ng/mL，圖3）下的壓縮應變后，觀察到更多的TRAP+（抗酒石酸酸性磷酸酶TRAP為破骨細胞的標志酶）細胞。在沒有壓縮應變的情況下，瘦素對破骨細胞生成沒有影響，而在加入低（1 ng/mL）和高（104 ng/mL）濃度瘦素并壓縮后，檢測到更多的TRAP+ 細胞（圖3）。這些數(shù)據(jù)支持在瘦素影響下PDLF中RANKL表達增加且OPG表達不變的發(fā)現(xiàn)。
 

圖3 瘦素聯(lián)合壓縮應變通過PDLF相互作用對破骨細胞前體細胞分化為TRAP+破骨細胞的影響。

總之，該研究結(jié)果表明，肥胖患者瘦素濃度的升高可能會影響正畸牙齒的移動。特別是，促炎因子和RANKL的表達增加以及破骨細胞生成的增加可以加速骨吸收，從而加速肥胖患者正畸治療中正畸牙齒移動的速度。

參考文獻：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.
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34202165/

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