機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)和缺氧對模擬正畸應(yīng)變的影響—人牙周膜成纖維細(xì)胞的體外研究

在口腔正畸學(xué)專業(yè)中，可拆卸或固定的正畸矯治器用于治療牙齒咬合不正，將錯(cuò)位的牙齒移動到正確的位置。機(jī)械正畸力在牙周韌帶的不同區(qū)域產(chǎn)生壓縮和張力區(qū)域。張力區(qū)的特點(diǎn)是骨形成增加，而骨吸收過程發(fā)生在壓力區(qū)。人牙周膜 (hPDL) 成纖維細(xì)胞是牙周韌帶內(nèi)的主要細(xì)胞。這些細(xì)胞在正畸牙齒移動 (OTM)過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用，因此在基礎(chǔ)正畸研究中得到了深入研究，特別是關(guān)于它們對壓力或正畸張力或牙周病原體及其毒素的反應(yīng)。

在正畸力施加期間，牙周韌帶的受壓區(qū)域中，hPDL 成纖維細(xì)胞發(fā)生機(jī)械變形（機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)），因此細(xì)胞膜中的機(jī)械敏感受體和離子通道可能受到刺激。 另一方面，在OTM 期間伴隨的血管壓縮會擾亂牙周韌帶受壓區(qū)域的循環(huán)，減少PDL 內(nèi)的局部氧氣供應(yīng)（缺氧）。據(jù)推測，這種局部氧氣供應(yīng)的減少可能在正畸牙齒移動的細(xì)胞調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

雖然之前已經(jīng)研究過在機(jī)械負(fù)荷下由 hPDL 成纖維細(xì)胞介導(dǎo)的 OTM 的分子和細(xì)胞過程，但目前尚不清楚這些過程是否主要由正畸力期間 hPDL 成纖維細(xì)胞的機(jī)械變形（機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)）引起的，還是由牙周血管受壓和局部血流紊亂所導(dǎo)致的缺氧引起的。從長遠(yuǎn)來看，了解機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)與缺氧對促成OTM的分子過程的影響，將有助于開發(fā)新的治療和預(yù)防方法用于正畸治療。

基于此，德國雷根斯堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心正畸科、顱頜面外科、醫(yī)學(xué)微生物學(xué)和衛(wèi)生系等部門的專家進(jìn)行了深入研究，于 International Journal of Oral Science  上發(fā)表了題為《The role of mechanotransduction versus hypoxia during simulated orthodontic compressive strain—an in vitro study of human periodontal ligament fibroblasts》的研究成果。在這項(xiàng)研究中，通過使用常規(guī)六孔細(xì)胞培養(yǎng)板或帶有透氣膜的特殊細(xì)胞培養(yǎng)皿，研究了在正�；驕p少氧氣供應(yīng)的情況下，先前被鑒定為與OTM相關(guān)的基因和蛋白的表達(dá)模式，以更好地了解在OTM期間發(fā)生在牙周韌帶受壓區(qū)域的分子和細(xì)胞過程中，機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)和氧氣供應(yīng)各自的作用。
 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 

1.機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)與缺氧對 hPDL 細(xì)胞數(shù)量和活力的影響
 

機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)（壓力）導(dǎo)致每平方厘米細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞活力都顯著降低，這在氧氣供應(yīng)減少的情況下更為明顯，尤其是在細(xì)胞活力方面。
 

2.機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)與缺氧對 hPDL 成纖維細(xì)胞中 RANKL/OPG 表達(dá)的影響
 

在常氧和缺氧條件下，壓縮機(jī)械應(yīng)變對hPDL成纖維細(xì)胞OPG基因表達(dá)無顯著影響。相反，hPDL成纖維細(xì)胞的OPG蛋白分泌在壓力作用(機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo))中顯著減少，并且沒有觀察到氧氣供應(yīng)減少的影響。在常氧和低氧的狀態(tài)下施加壓力，RANKL基因表達(dá)和蛋白質(zhì)分泌增強(qiáng)。然而，壓縮時(shí)的氧氣供應(yīng)水平?jīng)]有顯著影響。
 

3.機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)與缺氧對膜結(jié)合 RANKL 蛋白表達(dá)和 hPDL 介導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成的影響
 

密度免疫印跡(Western blot)分析膜結(jié)合 RANKL 蛋白表達(dá)顯示，在常氧和缺氧狀態(tài)下，通過施加壓力顯著誘導(dǎo)蛋白表達(dá)，而不依賴于氧氣供應(yīng)。這導(dǎo)致在施加壓力（機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)）后，共培養(yǎng)中 hPDL-成纖維細(xì)胞介導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成顯著增加，與氧氣供應(yīng)無關(guān)。壓縮期間的缺氧條件導(dǎo)致破骨細(xì)胞生成略有增加，但是并不顯著。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論
 

在這項(xiàng)研究中，調(diào)查了正畸牙齒移動過程中機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)和減少氧氣供應(yīng)（缺氧）對 hPDL 成纖維細(xì)胞介導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成的相對重要性。在正畸牙齒移動過程中，由hPDL成纖維細(xì)胞介導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成的細(xì)胞和分子似乎主要是由力的應(yīng)用(機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo))調(diào)節(jié)的，而缺氧作用似乎只起次要作用，因?yàn)樗鼈儗�hPDL成纖維細(xì)胞的表達(dá)模式和相關(guān)的破骨細(xì)胞形成沒有顯著的額外影響。缺氧標(biāo)記物 HIF-1α 具有許多靶基因，如 COX-2 和 VEGF，在正畸牙齒移動的背景下，似乎主要通過機(jī)械負(fù)荷而不是缺氧來穩(wěn)定。
 

參考文獻(xiàn)：
 

Ullrich N, Schröder A, Jantsch J, Spanier G, Proff P, Kirschneck C. The role of mechanotransduction versus hypoxia during simulated orthodontic compressive strain-an in vitro study of human periodontal ligament fibroblasts. Int J Oral Sci. 2019 Nov 5;11(4):33. doi: 10.1038/s41368-019-0066-x. PMID: 31685804; PMCID: PMC6828658.
 

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