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(dòng)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(dòng) (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(duì)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(huì)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(cè),這種局部氧氣供應(yīng)的減少可能在正畸牙齒移動(dòng)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(zhǎng)遠(yuǎn)來看,了解機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)與缺氧對(duì)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(guó)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(duì) 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(duì) 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(duì)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(duì)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(dòng)過程中機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)和減少氧氣供應(yīng)(缺氧)對(duì) hPDL 成纖維細(xì)胞介導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成的相對(duì)重要性。在正畸牙齒移動(dòng)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?duì)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(dòng)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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