趙艷紅 李洪發(fā) 王春玲 楊強(qiáng) 鄭朝 付雅麗
[摘要] 目的 研究Osterix(Osx)過(guò)表達(dá)對(duì)人牙周膜細(xì)胞受力后骨向分化的影響,探討Osx與正畸牙周組織骨改建的關(guān)系。方法 采用組織塊法培養(yǎng)人牙周膜細(xì)胞,用重組質(zhì)粒pcDNA3.1 flag-Osx轉(zhuǎn)染人牙周膜細(xì)胞。采用逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)和Western blot方法檢測(cè)未轉(zhuǎn)染組、轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒組、轉(zhuǎn)染Osx組細(xì)胞Osx mRNA和蛋白表達(dá)水平;并觀察核心結(jié)合因子α1(Cbfα1)、堿性磷酸酶(ALP)、骨橋素(OPN)、骨鈣素(OC)、骨涎蛋白(BSP)和a1(Ⅰ)型膠原蛋白(Col Ⅰ)的mRNA表達(dá)情況。3組細(xì)胞加載6 h離心力后,觀察上述檢測(cè)指標(biāo)的變化。結(jié)果 轉(zhuǎn)染24 h后,相對(duì)未轉(zhuǎn)染組,轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒組Osx mRNA和蛋白水平無(wú)明顯變化(P>0.05);而轉(zhuǎn)染Osx組Osx mRNA和蛋白表達(dá)水平明顯升高(P<0.01),同時(shí)5個(gè)成骨標(biāo)志基因的mRNA表達(dá)亦均明顯升高(P<0.05,P<0.01)。加力6 h后,3組Osx和成骨標(biāo)志基因表達(dá)水平均明顯升高,但是轉(zhuǎn)染Osx組Osx mRNA和蛋白表達(dá)增強(qiáng)更加顯著,增加量約為其他兩組的2倍,其ALP、OPN、OC、BSP和Col Ⅰ的mRNA表達(dá)亦升高更顯著。結(jié)論 Osx過(guò)表達(dá)可以促進(jìn)人牙周膜細(xì)胞在機(jī)械力作用下向成骨樣細(xì)胞分化。Osx可能通過(guò)調(diào)控多種成骨基因的表達(dá),從而在正畸牙周組織的骨改建過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。
[關(guān)鍵詞] Osterix; 過(guò)表達(dá); 人牙周膜細(xì)胞; 機(jī)械刺激; 成骨分化
[中圖分類號(hào)] Q 78 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.02.021
牙周膜細(xì)胞在機(jī)械力的誘導(dǎo)下分化為成骨細(xì)胞[1],參與骨吸收和骨形成,是正畸骨改建的關(guān)鍵。牙周膜細(xì)胞通過(guò)特定的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)機(jī)械力作出反應(yīng),引發(fā)一系列細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)。此過(guò)程涉及多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,近年來(lái)少數(shù)研究[2-4]發(fā)現(xiàn):一些核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子參與了牙周膜細(xì)胞內(nèi)調(diào)控途徑,在將細(xì)胞外物理或機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為協(xié)調(diào)的細(xì)胞反應(yīng)方面發(fā)揮著積極的調(diào)控作用。
Osterix(Osx)是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種含有鋅指結(jié)構(gòu)的骨形成轉(zhuǎn)錄因子,它是成骨細(xì)胞分化和骨形成不可缺少的一個(gè)關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,是間充質(zhì)細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化所必需的[5]。近年來(lái)少量研究[5-7]發(fā)現(xiàn):Osx在牙胚、造釉細(xì)胞瘤牙源性組織中均有陽(yáng)性表達(dá),表明Osx可能在牙齒、牙周組織的發(fā)育中發(fā)揮著重要的作用。筆者前期實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了在體外機(jī)械力作用下人牙周膜細(xì)胞內(nèi)Osx mRNA和蛋白的表達(dá)增強(qiáng),參與細(xì)胞的成骨分化[8]。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步開(kāi)展了Osx質(zhì)粒轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)及后續(xù)加載實(shí)驗(yàn),旨在檢測(cè)多種成骨標(biāo)志基因表達(dá)的變化,從而進(jìn)一步明確人牙周膜細(xì)胞受力后骨向分化過(guò)程是否通過(guò)Osx信號(hào)通路,并探討Osx在此過(guò)程中的作用。
1 材料和方法
1.1 材料
質(zhì)粒pcDNA3.1 flag-Osx(由美國(guó)Tufts大學(xué)牙科學(xué)院口腔生物研究所惠贈(zèng)),質(zhì)粒小提試劑盒、限制性內(nèi)切酶(Hind Ⅲ、BamH Ⅰ和Xba Ⅰ)、DNA Marker
(大連寶生物工程有限公司),胰蛋白胨、酵母提取物(Merck公司,德國(guó)),DMEM培養(yǎng)基(高糖)、胰蛋白酶、瓊脂(Sigma公司,美國(guó)),LipofectamineTM2000
轉(zhuǎn)染試劑盒(Invitrogen公司,美國(guó)),胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS)(杭州四季青生物工程材料有限公司),Trizol(上海Sangon生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司),cDNA反轉(zhuǎn)錄試劑盒(Fermentas公司,美國(guó)),Light-Cycler FastStart DNA Master SYBR Green Ⅰ(Roche Applied Science公司,德國(guó)),山羊抗人、鼠Osx多克隆抗體(Santa Cruz公司,美國(guó)),0.45 μm聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluorid,PVDF)膜(Amersham Bio-sciences公司,瑞典)。
IXZ-ILL100型倒置相差顯微鏡、CX71顯微鏡及照相系統(tǒng)(OLYMPUS公司,日本),CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱、
臺(tái)式冷凍高速離心機(jī)(Heraeus公司,德國(guó)),梯度聚
合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)儀(Bio-metra公司,德國(guó)),電泳槽、電泳儀、電轉(zhuǎn)儀、制膠器(BIO-RAD公司,美國(guó))。
1.2 人牙周膜細(xì)胞的原代培養(yǎng)和鑒定
取11~14歲青少年因正畸而拔除的牙周健康的前磨牙。采用組織塊法原代培養(yǎng)人牙周膜細(xì)胞,取第2代細(xì)胞爬片,用免疫組化SP法進(jìn)行波形絲蛋白和角蛋白染色,進(jìn)行來(lái)源鑒定。
1.3 人牙周膜細(xì)胞的體外轉(zhuǎn)染
1.3.1 重組質(zhì)粒pcDNA3.1 flag-Osx的初步鑒定 利用限制性內(nèi)切酶對(duì)pcDNA3.1 flag-Osx進(jìn)行酶切鑒定。按照試劑盒說(shuō)明,分別利用限制性內(nèi)切酶Hind Ⅲ建立單酶切鑒定體系,利用限制性內(nèi)切酶BamH Ⅰ和Xba Ⅰ建立雙酶切鑒定體系,混勻后37 ℃水浴2~3 h。取10 μL上述酶切產(chǎn)物進(jìn)行1%瓊脂糖凝膠電泳,在凝膠成像系統(tǒng)上觀察電泳圖譜,最終確定是否轉(zhuǎn)化成功。
1.3.2 轉(zhuǎn)染人牙周膜細(xì)胞 取生長(zhǎng)狀態(tài)良好的第2~3代人牙周膜細(xì)胞,按照每孔2.5×105個(gè)接種于6孔細(xì)胞培養(yǎng)板。待細(xì)胞融合至80%時(shí),按陽(yáng)離子脂質(zhì)體LipofectamineTM2000轉(zhuǎn)染試劑盒說(shuō)明操作,用重組質(zhì)粒pcDNA3.1 flag-Osx和空載體質(zhì)粒pcDNA3.1 flag轉(zhuǎn)染人牙周膜細(xì)胞。轉(zhuǎn)染4~5 h后移去轉(zhuǎn)染液,加入DMEM完全培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng),分別于培養(yǎng)后24、48、72 h收集細(xì)胞,檢測(cè)轉(zhuǎn)染后不同時(shí)間點(diǎn)Osx基因和蛋白表達(dá)情況,并選取培養(yǎng)24 h的細(xì)胞進(jìn)行后續(xù)加力實(shí)驗(yàn)。
1.4 人牙周膜細(xì)胞的體外加力
本研究參照以往的報(bào)道[9],采用離心加力法對(duì)
細(xì)胞加載機(jī)械力。將分別種有無(wú)轉(zhuǎn)染、轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒(pcDNA3.1 flag)、轉(zhuǎn)染目的基因(pcDNA3.1 flag-
Osx)3組細(xì)胞的6孔板在無(wú)菌條件下用無(wú)菌密封膠密封,置于37 ℃離心機(jī)加力支架中,以離心機(jī)加力(631 r·min-1,約80 g相對(duì)離心力)6 h。此加力方式相當(dāng)于對(duì)人牙周膜細(xì)胞施加接近正畸臨床的持續(xù)壓力,大小約為16 g·cm-2,屬于正畸臨床輕力范圍[8]。
1.5 逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(reverse transcription-poly-
merase chain reaction,RT-PCR)
采用Trizol法提取細(xì)胞總RNA,并進(jìn)行質(zhì)量測(cè)定。應(yīng)用cDNA反轉(zhuǎn)錄試劑盒建立反應(yīng)體系,離心混勻后置于循環(huán)變溫加熱器進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。反應(yīng)條件為:37 ℃ 1 h,95 ℃ 5 min。生成的cDNA置冰上進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)或保存于-20 ℃?zhèn)溆谩?/p>
取2 μL cDNA,采用LightCycler FastStart DNA Master SYBR Green Ⅰ建立反應(yīng)體系,放入LightCy-
cler機(jī)器內(nèi),按照實(shí)驗(yàn)說(shuō)明進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR。反應(yīng)程序?yàn)椋?5 ℃預(yù)變性10 min;95 ℃變性10 s、55 ℃退火10 s、72 ℃延伸5 s,循環(huán)45次。融解分析產(chǎn)物特異性,電泳鑒定產(chǎn)物大小。以β-actin作為內(nèi)參照,用LightCycler Software Ver. 4.0分析目的基因的相對(duì)表達(dá)水平。本實(shí)驗(yàn)中,除了檢測(cè)Osx mRNA的表達(dá)外,同時(shí)還檢測(cè)了核心結(jié)合因子α1(core-binding fac-tor α1,Cbfα1),成骨標(biāo)志基因堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、骨橋素(osteopontin,OPN)、骨
鈣素(osteocalcin,OC)、骨涎蛋白(bone sialoprotein,BSP)和a1(Ⅰ)型膠原蛋白(collagen protein a1,ColⅠ)mRNA的表達(dá),以反應(yīng)細(xì)胞的成骨分化情況。其中所用基因引物序列具體見(jiàn)表1。
1.6 Western blot檢測(cè)Osx蛋白的表達(dá)
收集細(xì)胞約5×106個(gè),冰上加入適量(200 μL)細(xì)胞裂解液(50 mmol·L-1 Tris-HCl、150 mmol·L-1 NaCl、1%Triton X-100、1 mmol·L-1乙二胺四乙酸、10%丙三醇、0.5 mmol·L-1苯甲基磺酰氟化物、10 μg·mL-1亮肽酶素和1 μg·mL-1抑酞酶),裂解細(xì)胞,低溫離心,獲取全蛋白上清,-80 ℃保存?zhèn)溆谩2捎枚量伤幔╞icinchoninic acid,BCA)蛋白檢測(cè)試劑盒測(cè)定蛋白濃度。
取等量蛋白樣品,進(jìn)行十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electropheresis,SDS-PAGE),后將蛋白帶轉(zhuǎn)移到PVDF膜上,封閉液封閉,加入山羊抗人、鼠Osx多克隆抗體(1∶250)4 ℃過(guò)夜,漂洗后加入用TBS稀釋
的辣根酶標(biāo)記兔抗山羊二抗(1∶2 500),搖動(dòng)反應(yīng)1~2 h進(jìn)行雜交,顯色。實(shí)驗(yàn)以actin作為內(nèi)參照,應(yīng)用JD801圖像分析系統(tǒng)測(cè)定目的條帶的相對(duì)積分光密度,分析Osx蛋白表達(dá)水平。
1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
采用SPSS 12.0統(tǒng)計(jì)軟件包對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和t檢驗(yàn)。
2 結(jié)果
2.1 人牙周膜細(xì)胞的體外培養(yǎng)和鑒定
倒置顯微鏡下觀察可見(jiàn),牙周膜組織塊在5~10 d內(nèi)開(kāi)始有細(xì)胞游出,以組織塊為中心呈放射狀排列生長(zhǎng),20 d爬滿培養(yǎng)瓶。人牙周膜細(xì)胞呈長(zhǎng)梭形,胞體豐滿,胞漿均勻,胞核呈圓形或卵圓形。傳代后細(xì)胞生長(zhǎng)旺盛,性狀穩(wěn)定,具有成纖維細(xì)胞特性。免疫細(xì)胞化學(xué)檢測(cè)結(jié)果為抗波形絲蛋白陽(yáng)性、抗角蛋白陰性(圖1)。
2.2 表達(dá)載體pcDNA3.1 flag-Osx的酶切鑒定結(jié)果
對(duì)提取的表達(dá)載體pcDNA3.1 flag-Osx進(jìn)行酶切鑒定,凝膠電泳觀察結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn),得到的目的片段與預(yù)期片段大小一致:pcDNA3.1 flag-Osx經(jīng)Hind Ⅲ雙酶切得Flag-Osx片段;經(jīng)BamH Ⅰ和
Xba Ⅰ雙酶切得Osx片段(約1 200 bp)。
2.3 轉(zhuǎn)染后Osx基因和蛋白表達(dá)的檢測(cè)
轉(zhuǎn)染pcDNA3.1 flag-Osx后,分別于24、48、72 h抽提總RNA,采用實(shí)時(shí)RT-PCR檢測(cè)轉(zhuǎn)染效果。轉(zhuǎn)染24、48、72 h,Osx mRNA表達(dá)均比未轉(zhuǎn)染時(shí)顯著上調(diào)(P<0.01),24 h時(shí)表達(dá)最高,隨后逐漸降低(圖3)。
轉(zhuǎn)染24 h后,轉(zhuǎn)染Osx組Osx mRNA表達(dá)水平相對(duì)未轉(zhuǎn)染細(xì)胞明顯升高28.1倍,同時(shí)Osx蛋白亦呈現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)烈表達(dá)(P<0.01)。相反,轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒組的Osx mRNA和蛋白水平相對(duì)未轉(zhuǎn)染組無(wú)明顯變化(P>0.05)。加力6 h后,3組Osx表達(dá)水平均明顯升高,但是相對(duì)轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒組和未轉(zhuǎn)染組,轉(zhuǎn)染Osx組Osx mRNA和蛋白表達(dá)增強(qiáng)更顯著,增加量約為其他兩組的2倍(圖4、5)。
2.4 轉(zhuǎn)染加力后Cbfα1和成骨標(biāo)志基因的表達(dá)變化
轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒組與未轉(zhuǎn)染組相比,Cbfα1及5個(gè)成骨標(biāo)志基因(ALP、OPN、OC、BSP 和Col Ⅰ)的mRNA表達(dá)變化無(wú)明顯差異(P>0.05)。與未轉(zhuǎn)染細(xì)胞相比,細(xì)胞轉(zhuǎn)染Osx后,Cbfα1 mRNA表達(dá)無(wú)明顯變化(P>
0.05),但5個(gè)成骨標(biāo)志基因的mRNA表達(dá)均明顯升高(ALP、Col Ⅰ為P<0.05,OPN、OC、BSP為P<0.01)。ALP、OPN、OC、BSP和Col ⅠmRNA表達(dá)水平分別是未轉(zhuǎn)染細(xì)胞的2.6、3.1、17.6、5.5和2.6倍。加力
6 h后,3組Cbfα1 mRNA的表達(dá)無(wú)明顯變化,而ALP、OPN、OC、BSP和Col Ⅰ mRNA的表達(dá)水平均升高(P<
0.05)。轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒組與未轉(zhuǎn)染組相比,細(xì)胞受力后5個(gè)成骨標(biāo)志基因變化無(wú)明顯差異(P>0.05);而轉(zhuǎn)染Osx組與未轉(zhuǎn)染組相比,受力后ALP、OPN、OC、BSP和Col Ⅰ mRNA表達(dá)量升高更顯著(P<0.05)(圖6)。
3 討論
Osx是成骨細(xì)胞分化和骨形成不可缺少的調(diào)節(jié)因子[10],其調(diào)控許多重要的成骨早晚期表型和功能蛋
白的表達(dá)[5]。Osx過(guò)表達(dá)可以抑制C3H10T1/2、C2C12 細(xì)胞向原來(lái)方向分化,同時(shí)激活OC和Col Ⅰ的表達(dá),促使細(xì)胞發(fā)生成骨分化。而在Osx基因剔除小鼠胚胎中,各種成骨分化標(biāo)志物的表達(dá)水平嚴(yán)重降低或缺如,成骨細(xì)胞的分化、成熟被完全阻斷[7]。本實(shí)驗(yàn)在
目的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染及機(jī)械加載前后分別檢測(cè)了5個(gè)成骨標(biāo)志基因mRNA的表達(dá)變化。在成骨分化過(guò)程中,ALP是一組膜結(jié)合糖蛋白,其活性在成骨分化早期即開(kāi)始升高,ALP的表達(dá)是成骨細(xì)胞分化的主要特征之一。OPN是基質(zhì)礦化的調(diào)節(jié)基因[11],OPN mRNA在
成骨細(xì)胞分化的早期即開(kāi)始表達(dá);在牙齒發(fā)育中,OPN的表達(dá)早于BSP,可以作為成骨樣細(xì)胞分化的早期標(biāo)志。Col Ⅰ是基質(zhì)礦化支架,通過(guò)整合素受體增加成骨細(xì)胞黏附能力和發(fā)揮促分化作用[12]。BSP是羥
磷灰石結(jié)合形成的起始位點(diǎn)[13],可以刺激細(xì)胞的增
殖,并促進(jìn)前成骨細(xì)胞分化為骨細(xì)胞。BSP的表達(dá)早于OC,在成熟晚期即開(kāi)始表達(dá)。OC是細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,它是成骨細(xì)胞成熟的標(biāo)志[14],OC mRNA表達(dá)在礦化期開(kāi)始,并逐漸達(dá)到高峰。
本實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)染空質(zhì)粒組與未轉(zhuǎn)染組相比,ALP、OC、OPN、Col Ⅰ和BSP mRNA表達(dá)未出現(xiàn)變化,排除了脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。轉(zhuǎn)染目的基因Osx后,Osx過(guò)表達(dá)未改變Cbfα1基因的表達(dá),與以往研究結(jié)果相一致,這可能是因?yàn)镺sx位于Cbfα1下游發(fā)揮作用[5];但Osx過(guò)表達(dá)顯著增強(qiáng)了ALP、OPN、BSP、OC和Col ⅠmRNA的表達(dá)。以往研究已證明Osx單獨(dú)作用就足以促使許多重要的成骨細(xì)胞分化早晚期標(biāo)志基因的表達(dá),發(fā)生礦化反應(yīng)[5]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明Osx過(guò)表達(dá)通過(guò)增強(qiáng)ALP、OPN、OC、BSP和Col Ⅰ這些成骨標(biāo)志基因的表達(dá),能夠促進(jìn)人牙周膜細(xì)胞向成骨樣細(xì)胞分化,進(jìn)而合成骨基質(zhì),實(shí)現(xiàn)礦化成骨。正如Osx過(guò)表達(dá)能有效誘導(dǎo)鼠胚胎干細(xì)胞[15]、骨髓基質(zhì)細(xì)胞[16]等分化為成骨細(xì)胞系。OC的顯著上調(diào)部
分說(shuō)明Osx單獨(dú)作用即可誘導(dǎo)人牙周膜細(xì)胞發(fā)生終末成骨分化。由此可以推測(cè),機(jī)械力誘導(dǎo)的人牙周膜細(xì)胞內(nèi)Osx高表達(dá)同樣也將刺激這些成骨分化早晚期表型和功能基因的表達(dá),推動(dòng)細(xì)胞發(fā)生成骨分化。因此,從某種程度上來(lái)說(shuō),機(jī)械刺激誘導(dǎo)人牙周膜細(xì)胞的成骨分化需要通過(guò)上調(diào)Osx的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
轉(zhuǎn)染Osx組與未轉(zhuǎn)染組相比較,加力作用6 h后,Osx mRNA和蛋白表達(dá)進(jìn)一步增強(qiáng),ALP、OPN、Col Ⅰ、BSP和OC mRNA表達(dá)增強(qiáng)更顯著,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在機(jī)械力誘導(dǎo)人牙周膜細(xì)胞向成骨樣細(xì)胞分化過(guò)程中,Osx起著促進(jìn)作用。機(jī)械刺激引起Osx表達(dá)增強(qiáng),進(jìn)而增強(qiáng)成骨標(biāo)志基因的表達(dá),從而促進(jìn)人牙周膜細(xì)胞向成骨樣細(xì)胞分化,參與牙周組織改建的骨形成和骨吸收。可見(jiàn),Osx作為一個(gè)關(guān)鍵的中間環(huán)節(jié),在機(jī)械力誘導(dǎo)人牙周膜細(xì)胞成骨分化過(guò)程中發(fā)揮著重要的信號(hào)級(jí)聯(lián)放大和轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控作用。
體外培養(yǎng)的人牙周膜細(xì)胞表達(dá)成骨細(xì)胞的部分表型特征[17],機(jī)械力單獨(dú)作用即可誘導(dǎo)人牙周膜細(xì)
胞分化成成骨樣細(xì)胞[18]。近來(lái)研究表明:核內(nèi)轉(zhuǎn)錄
因子參與了細(xì)胞內(nèi)調(diào)控途徑,將細(xì)胞外物理刺激轉(zhuǎn)化為協(xié)調(diào)的細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)[2-5]。本研究結(jié)果表明Osx可能是一條新的信號(hào)傳遞途徑,參與了機(jī)械力誘導(dǎo)的人牙周膜細(xì)胞成骨分化過(guò)程,這對(duì)正畸牙齒移動(dòng)過(guò)程中的骨改建具有重要作用。當(dāng)然,Osx在此過(guò)程中是否是必需的以及是如何具體發(fā)揮作用的,還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。牙周膜細(xì)胞是一個(gè)異質(zhì)性的細(xì)胞群,不僅包含具有分化潛能的成纖維細(xì)胞群體,同時(shí)包含具有多向分化潛能的未分化的成體干細(xì)胞,即牙周膜干細(xì)胞(periodontal ligament stem cells,PDLSCs)。近年來(lái),隨著人PDLSCs的分離成功和研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)PDLSCs不僅具有較強(qiáng)的克隆形成能力,而且表達(dá)ALP、BSP、OCN等一系列成骨細(xì)胞標(biāo)志物[19],同時(shí)有研究初步證明張應(yīng)力能夠促進(jìn)PDLSCs向成骨細(xì)胞分化,并推測(cè)PDLSCs可能是在機(jī)械力作用下成骨細(xì)胞分化的主要來(lái)源細(xì)胞,從而介導(dǎo)骨形成和骨吸收[20]。本研究中機(jī)械力加載、Osx過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)的人牙周膜細(xì)胞系列成骨基因表達(dá),發(fā)生明顯成骨反應(yīng),可能與牙周膜細(xì)胞中PDLSCs的存在和發(fā)揮作用密不可分的。當(dāng)然,具體的檢測(cè)和分析還需要借助進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。
總之,本研究表明:Osx過(guò)表達(dá)可促進(jìn)人牙周膜細(xì)胞在機(jī)械力作用下向成骨樣細(xì)胞分化。Osx可能通過(guò)介導(dǎo)和調(diào)控多種成骨基因的表達(dá),從而在正畸牙周組織的骨改建過(guò)程中發(fā)揮重要作用。
[參考文獻(xiàn)]
[1] Liu M, Dai J, Lin Y, et al. Effect of the cyclic stretch on the
expression of osteogenesis genes in human periodontal ligament
cells[J]. Gene, 2012, 491(2):187-193.
[2] Kletsas D, Basdra EK, Papavassiliou AG. Effect of protein kinase
inhibitors on the stretch-elicited c-Fos and c-Jun up-regulation
in human PDL osteoblast-like cells[J]. J Cell Physiol, 2002, 190
(3):313-321.
[3] Kanno T, Takahashi T, Tsujisawa T, et al. Mechanical stress-me-
diated Runx2 activation is dependent on Ras/ERK1/2 MAPK sig-
naling in osteoblasts[J]. J Cell Biochem, 2007, 101(5):1266-1277.
[4] Wei F, Wang C, Zhou G, et al. The effect of centrifugal force on
the mRNA and protein levels of ATF4 in cultured human perio-
dontal ligament fibroblasts[J]. Arch Oral Biol, 2008, 53(1):35-43.
[5] Nakashima K, Zhou X, Kunkel G, et al. The novel zinc finger-
containing transcription factor osterix is required for osteoblast dif-
ferentiation and bone formation[J]. Cell, 2002, 108(1):17-29.
[6] Hirata A, Sugahara T, Nakamura H. Localization of runx2, osterix,
and osteopontin in tooth root formation in rat molars[J]. J Histo-
chem Cytochem, 2009, 57(4):397-403.
[7] Kumamoto H, Ooya K. Expression of bone morphogenetic proteins
and their associated molecules in ameloblastomas and adenomatoid
odontogenic tumors[J]. Oral Dis, 2006, 12(2):163-170.
[8] 趙艷紅, 李洪發(fā), 王春玲, 等. 機(jī)械力作用下人牙周膜細(xì)胞Osterix
mRNA和蛋白的表達(dá)[J]. 華西口腔醫(yī)學(xué)雜志, 2010, 28(2):214-
218.
Zhao Yanhong, Li Hongfa, Wang Chunling, et al. Expression of
Osterix mRNA and protein levels in cultured human periodontal
ligament cells after mechanical stimulation[J]. West China J Sto-
matol, 2010, 28(2):214-218.
[9] Redlich M, Asher Roos H, Reichenberg E, et al. Expression of
tropoelastin in human periodontal ligament fibroblasts after simu-
lation of orthodontic force[J]. Arch Oral Biol, 2004, 49(2):119-
124.
[10] Ohyama Y, Nifuji A, Maeda Y, et al. Spaciotemporal association
and bone morphogenetic protein regulation of sclerostin and osterix
expression during embryonic osteogenesis[J]. Endocrinology, 2004,
145(10):4685-4692.
[11] Sodek J, Ganss B, McKee MD. Osteopontin[J]. Crit Rev Oral Biol
Med, 2000, 11(3):279-303.
[12] 余希杰, 楊志明, 屈藝, 等. Ⅰ型膠原及其受體系統(tǒng)在成骨細(xì)胞
內(nèi)的表達(dá)[J]. 中國(guó)修復(fù)重建外科雜志, 2000, 14(4):234-236.
Yu Xijie, Yang Zhiming, Qu Yi, et al. Expression of type Ⅰcol-
lagen and its receptor system in osteoblasts[J]. Chin J Reparative
Reconstructive Surg, 2000, 14(4):234-236.
[13] Saito Y, Yoshizawa T, Takizawa F, et al. A cell line with charac-
teristics of the periodontal ligament fibroblasts is negatively re-
gulated for mineralization and Runx2/Cbfa1/Osf2 activity, part of
which can be overcome by bone morphogenetic protein-2[J]. J Cell
Sci, 2002, 115(Pt 21):4191-4200.
[14] Fujisawa R, Tamura M. Acidic bone matrix proteins and their roles
in calcification[J]. Front Biosci, 2012, 17:1891-1903.
[15] Tai G, Polak JM, Bishop AE, et al. Differentiation of osteoblasts
from murine embryonic stem cells by overexpression of the trans-
criptional factor osterix[J]. Tissue Eng, 2004, 10(9/10):1456-1466.
[16] Tu Q, Valverde P, Chen J. Osterix enhances proliferation and os-
teogenic potential of bone marrow stromal cells[J]. Biochem Bio-
phys Res Commun, 2006, 341(4):1257-1265.
[17] 李小彤, 張丁, 傅民魁. 體外培養(yǎng)的人牙周膜細(xì)胞成骨樣細(xì)胞表
型特征的研究[J]. 口腔正畸學(xué), 2001, 8(3):111-114.
Li Xiaotong, Zhang Ding, Fu Minkui. Osteoblast-like characteris-
tics of human periodontal ligament cells in vitro[J]. Chin J Orthod,
2001, 8(3):111-114.
[18] Yang YQ, Li XT, Rabie AB, et al. Human periodontal ligament
cells express osteoblastic phenotypes under intermittent force loa-
ding in vitro[J]. Front Biosci, 2006, 11:776-781.
[19] 甄蕾, 劉宏偉. 人牙周膜干細(xì)胞的初步鑒定及體外成骨誘導(dǎo)[J].
口腔頜面外科雜志, 2008, 18(5):318-322.
Zhen Lei, Liu Hongwei. Human periodontal ligament stem cells
differentiation into osteoblasts in vitro[J]. J Oral Maxillofac Surg,
2008, 18(5):318-322.
[20] 申濤. 動(dòng)態(tài)張應(yīng)力促人牙周膜干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的研究[D].
重慶: 第三軍醫(yī)大學(xué), 2011.
Shen Tao. Mechanical tension force promotes osteogenic differen-
tiation of human periodontal ligament stem cells in vitro[D]. Chong-
qing: Third Military Medical University, 2011.
(本文編輯 杜冰)