朱永娜，張　菁，蘇圣哲，李　頌

(安徽醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院 安徽醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 安徽省口腔疾病研究中心實驗室，安徽 合肥　230032)

◇臨床醫(yī)學(xué)◇

cAMP信號通路對根尖乳頭干細胞增殖的影響

朱永娜，張菁，蘇圣哲，李頌

(安徽醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院 安徽醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 安徽省口腔疾病研究中心實驗室，安徽 合肥230032)

摘要：目的 探討cAMP信號通路對根尖乳頭干細胞(SCAP)增殖、遷移的影響。方法 酶消化法培養(yǎng)細胞；礦化誘導(dǎo)液和成脂誘導(dǎo)液誘導(dǎo)細胞后，茜素紅和油紅O染色鑒定細胞多分化潛能；分別用不同濃度的cAMP信號通路激活劑Forskolin和抑制劑H-89處理細胞；MTT和劃痕實驗檢測各組細胞的增殖能力及遷移能力。結(jié)果 礦化和成脂誘導(dǎo)液分別誘導(dǎo)SCAP后，茜素紅和油紅O染色顯示有鈣鹽沉積及脂滴形成。低濃度的Forskolin(2.5 μmol·L-1)促進細胞增殖，高濃度的Forskolin(10 μmol·L-1,20 μmol·L-1)則發(fā)揮相反作用。用低濃度H-89(5 μmol·L-1,10 μmol·L-1)抑制cAMP信號后,SCAP的增殖能力增加,而高濃度H-89(20 μmol·L-1)在MTT第3天時促進細胞增殖，第5天和第7天時抑制該細胞增殖。遷移結(jié)果顯示高濃度Forskolin(10 μmol·L-1,20 μmol·L-1)抑制SCAP的遷移，而H-89( 5 μmol·L-1,10 μmol·L-1)促進該細胞的遷移。結(jié)論 cAMP信號通路對根尖乳頭干細胞增殖、遷移有一定的調(diào)節(jié)作用。

關(guān)鍵詞：牙乳頭；間質(zhì)干細胞；3′,5′-環(huán)AMP磷酸二酯酶類；信號傳導(dǎo)

根尖乳頭干細胞是2006年學(xué)者發(fā)現(xiàn)的一種新的成體間充質(zhì)干細胞。2008年學(xué)者報道切除小型豬的根尖乳頭后，牙根發(fā)育受限[1]。2014印度學(xué)者報道，把根尖乳頭干細胞(Stem cell from the apical papilla,SCAP)移植到牙根未完全發(fā)育伴根尖炎的患牙根管內(nèi)后，患牙根尖病損愈合同時牙根繼續(xù)發(fā)育[2]；另外文獻報道一些因素如NFIC可以通過影響SCAP而影響牙根發(fā)育[3-4]。以上表明SCAP可以調(diào)節(jié)牙根發(fā)育。自我更新能力是干細胞的一個重要特征。作為一種新的干細胞，SCAP自我更新能力即增殖、遷移能力較牙髓干細胞和牙周膜干細胞強[5-6]。但是影響SCAP增殖、遷移的因素還不清楚。而信號通路對細胞的增殖、遷移有一定的調(diào)節(jié)作用。目前關(guān)于調(diào)節(jié)SCAP增殖、遷移的相關(guān)信號通路的報道較少。

細胞外刺激如甲狀旁腺激素、腎上腺素等激活細胞內(nèi)的cAMP(Cyclic adenosine monophosphate),后者作用于其受體即環(huán)磷腺苷酸依賴的蛋白激酶(protein kinase A)，然后活化的PKA激活下游信號分子，從而發(fā)揮該信號通路對細胞的調(diào)節(jié)作用[7-8]。該信號通路分布于多種細胞中，同時本課題前期研究表明SCAP中也存在該信號通路[8-9]。cAMP信號通路能夠調(diào)節(jié)多種細胞的增殖、遷移，如胚胎干細胞、血管平滑肌細胞和乳腺癌細胞等[10-12]。cAMP信號還參與其他信號對細胞的調(diào)節(jié)，如NF-κB(nuclear factor-kappa B)等。而NF-KB又調(diào)節(jié)SCAP的增殖、遷移[13-14]。因此我們推測cAMP信號對SCAP的增殖、遷移也有一定的調(diào)節(jié)。但是還未見cAMP信號調(diào)節(jié)SCAP增殖、遷移的相關(guān)報道。因此本課題探討體外條件下cAMP信號通路對SCAP增殖、遷移的影響。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑細胞培養(yǎng)板(Corning-Costar，美國)；CO2培養(yǎng)箱(Thermo,美國)；超凈工作臺(蘇州凈化設(shè)備有限公司)；倒置相差顯微鏡及照相系統(tǒng)(DMI3000B，Leica，日本)；紫外分光光度儀(Shimadzu,日本)；搖床(上海智城)。α-MEM 培養(yǎng)基、胎牛血清(Gibico，美國)；I型膠原酶，Dispase酶，DMSO，MTT， Forskolin，H-89(Sigma，美國)；茜素紅，油紅O(sigma，美國)。

1.2方法

1.2.1SCAP的分離培養(yǎng)經(jīng)患者同意，收集安徽醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院14 ～ 18歲患者因正畸或阻生需要拔除的牙根發(fā)育未超過根長2/3的健康第三磨牙。分離根尖軟組織，3 g·L-1I型膠原酶和4 g·L-1Dispase酶消化細胞，用20% FBS的α-MEM培養(yǎng)原代細胞[3]。 傳代后培養(yǎng)液FBS調(diào)整為10%。

1.2.2SCAP的鑒定取生長狀態(tài)良好的第3代細胞，以1×105個/孔接種于6孔板。然后按照張菁等[6]人方法分別誘導(dǎo)細胞向成脂細胞及成骨細胞分化，然后油紅O和茜素紅染色鑒定細胞分化能力。

1.2.3cAMP對細胞增殖的影響取生長狀態(tài)良好的第3代SCAP,以4×103/孔種96孔板，F(xiàn)BS調(diào)整為2%。待細胞貼壁后饑餓24 h。然后更換含不同濃度的激活劑Forskolin(2.5,10,20 μmol·L-1)和抑制劑H-89(5,10,20 μmol·L-1)培養(yǎng)液，同時設(shè)立對照組，每組設(shè)立5個復(fù)孔。然后參照陳娜等[15]方法于1、3、5、7 d MTT測各組細胞的增殖情況。實驗重復(fù)3次。

1.2.4cAMP對細胞遷移的影響取生長狀態(tài)良好的第3代SCAP,以2×105/孔種6孔板。待細胞融合至孔底的40%時饑餓24 h。然后更換含不同濃度的Forskolin(10、20 μmol·L-1)和H-89(5、10 μmol·L-1)培養(yǎng)液，同時設(shè)立對照組。待細胞融合至孔底的90%時，用200 μL的槍頭于孔底劃痕。然后在劃痕的0、10、20 h鏡下拍照，測量劃痕處無細胞區(qū)的寬度。實驗重復(fù)3次。

2結(jié)果

2.1 SCAP的分離培養(yǎng)培養(yǎng)3～6 d時鏡下可見游離出的梭形原代細胞。待原代細胞融合至孔底的80%時，按1∶3傳代。

2.2SCAP的鑒定用成脂條件培養(yǎng)液培養(yǎng)細胞五周后，油紅O染色見脂滴形成如圖1(A)。另外該細胞礦化誘導(dǎo)2周后茜素紅染色，發(fā)現(xiàn)鈣鹽沉積如圖1(B)。

圖1SCAP的鑒定

2.3cAMP對細胞增殖的影響與對照組相比，用2.5 μmol·L-1的Forskoin刺激SCAP，該細胞增殖能力強，而當(dāng)Forskoin濃度為10、20 μmol·L-1時則該細胞的增殖能力減弱。用 5、 10 μmol·L-1的H-89處理SCAP后，該細胞增殖能力增強。而用20 μmol·L-1的H-89處理SCAP后，在MTT第3天時促進該細胞增殖，在第5天及第7天時抑制細胞的增殖如圖2。

2.4cAMP對細胞遷移的影響與對照組相比，用10、20 μmol·L-1的Forskoin處理SCAP后，該細胞的遷移能力降低。5、10 μmol·L-1的H-89處理SCAP后，該細胞遷移能力提高如圖3。遷移率 = (原劃痕寬度 - 現(xiàn)劃痕寬度) / 原劃痕寬度 × 100%。實驗重復(fù)3次。

注：CON為對照組，F(xiàn)OR2.5是Forskolin2.5 μmol·L-1，F(xiàn)or10是Forskolin 10 μmol·L-1，F(xiàn)or20是Forskolin 20 μmol·L-1,H-5是H-89 5 μmol·L-1，H-10是H-89 10μmol·L-1，H-20是H-89 20 μmol·L-1(*P<0.05，**P<0.01)。

圖2cAMP信號通路對SCAP增值的影響

3討論

學(xué)者發(fā)現(xiàn)作為牙組織工程中新的種子細胞，SCAP增殖及遷移能力較強[5-6]。但是調(diào)節(jié)SCAP增殖和遷移的機制還不太清楚。信號通路是影響干細胞增殖的因素之一[14]。作為一種常見的信號通路，cAMP不僅調(diào)節(jié)干細胞的分化也能調(diào)節(jié)干細胞的增殖[14,16]。本課題組前期研究cAMP信號通路影響SCAP的分化，但cAMP是否對SCAP的增殖、遷移有一定的影響尚不清楚。本課題研究cAMP對SCAP增殖、遷移的影響，可以為SCAP在牙組織工程學(xué)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

Forskolin是cAMP信號的的激活劑，通過提高細胞內(nèi)的cAMP水平激活該信號通路[17]。本實驗發(fā)現(xiàn)用低濃度的Forskolin(2.5 μmol·L-1)處理SCAP后，SCAP的增殖能力增強。而用高濃度的Forskolin(10 、20 μmol·L-1)處理SCAP后，該細胞的增殖能力減弱。2008年文獻報道激活骨髓間充質(zhì)細胞內(nèi)的cAMP后，影響該細胞的增殖，并且低濃度激活劑促進細胞增殖，而當(dāng)激活劑濃度較高時則發(fā)揮相反作用[14]。本實驗發(fā)現(xiàn)cAMP低濃度激活劑促進SCAP增殖，而高濃度激活劑抑制該細胞增殖，與文獻報道一致。PKA是cAMP的下游信號，由調(diào)節(jié)亞基和催化亞基組成，主要有PKAⅠ和PKAⅡ兩種類型[18]。細胞外信號激活細胞內(nèi)的cAMP,活化的cAMP激活下游的PKAⅠ和PKAⅡ，當(dāng)活化的PKAⅠ和PKAⅡ水平不同時，對細胞的調(diào)節(jié)作用不同[18]。在間充質(zhì)干細胞內(nèi)PKAⅠ活化水平高時抑制該細胞增殖，而當(dāng)PKAⅡ活化水平較高時促進細胞增殖[14]。本實驗中不同濃度的Forskolin對SCAP增殖的調(diào)節(jié)作用不同，可能因為不同濃度的Forskolin處理SCAP后，對細胞內(nèi)PKAⅠ和PKAⅡ活化水平不同。另外本實驗發(fā)現(xiàn)用Forskolin(10、20 μmol·L-1)處理SCAP后，細胞的遷移能力降低。2015年文獻報道用10 μmol·L-1的Forskolin激活黑色素瘤細胞內(nèi)的cAMP信號通路后，抑制了該細胞則遷移[19]。該報道與本研究結(jié)果一致。

H-89通過抑制PKA，抑制cAMP信號通路。用5、10 μmol·L-1的H-89處理SCAP后，促進SCAP的增殖,當(dāng)用20 μmol·L-1的H-89處理SCAP，隨著時間增加，細胞增殖能力減弱。H-89對SCAP增殖的調(diào)節(jié)有一定的濃度依賴性及時間依賴性。在血管平滑肌細胞中，用PKA抑制劑處理該細胞后，促進血管平滑肌細胞的增殖，與本實驗結(jié)果一致[20]。H-89抑制抑制SCAP內(nèi)的cAMP信號后，該細胞的遷移能力增強。

本研究發(fā)現(xiàn)用cAMP信號通路激活劑及抑制劑處理SCAP后,影響該細胞的增殖、遷移，表明cAMP信號對該細胞的增殖、遷移有一定的調(diào)節(jié)作用。2014年文獻報道用TGF-β(transforming growth factor beta)刺激SCAP后，該細胞的增殖能力下降，TGF-β調(diào)節(jié)SCAP的增殖[21]。2015年有學(xué)者報道在腎細胞中cAMP可以促進TGF-β的表達，當(dāng)細胞內(nèi)的TGF-β表達升高時，又可以抑制cAMP對其的調(diào)節(jié)。cAMP信號通路對TGF-β的表達有一定的調(diào)節(jié)作用[22]。cAMP信號通路參與NF-κB信號的調(diào)節(jié)，后者對細胞的增殖、遷移又有一定的影響[11,13,23]。cAMP信號通路在調(diào)節(jié)SCAP的增殖，遷移時，可能與TGF-β、NF-κB有關(guān)，但是還需要進一步的研究證明。

注：CON是對照組，F(xiàn)OR10是Forskolin 10 μmol·L-1，F(xiàn)OR20是Forskolin 20 μmol·L-1,H5是H-89 5 μmol·L-1,H10是H-89 10 μmol·L-1。

圖3cAMP信號對SCAP遷移的影響

4結(jié)論

體外條件下，作為cAMP信號通路的激活劑及抑制劑，F(xiàn)orskolin和H-89影響SCAP的增殖和遷移，表明cAMP信號通路對的SCAP增殖、遷移有一定的調(diào)節(jié)作用，但是其具體機制還需要進一步的研究。

參考文獻

[1]Huang GT,Sonoyama W,Liu H,et al.The hidden treasure in apical papilla: the potential role in pulp/dentin regeneration and bioroot engineering[J].J Endod,2008,34(6): 645-651.

[2]Vahab Shiehzadeh,Farhad Aghmasheh,Farideh Shiehzadeh,et al.Healing of large periapical lesions following delivery of dental stem cells with an injectable scaffold: New method and three case reports[J].Indian Journal of Dental Research,2014,25(2): 248-253.

[3]Zhang J,Wang ZH,Jiang Y,et al.Nuclear Factor I-C promotes proliferation and differentiation of apical papilla-derived human stem cells in vitro[J].Exp Cell Res,2015,332(2): 259-266.

[4]Park JC,Herr Y,Kim HJ,et al.Nfic gene disruption inhibits differentiation of odontoblasts responsible for root formation and results in formation of short and abnormal roots in mice[J].J Periodontol,2007,78(9): 1795-1802.

[5]Bakopoulou A,Leyhausen G,Volk J,et al.Comparative analysis of in vitro osteo/odontogenic differentiation potential of human dental pulp stem cells (DPSCs) and stem cells from the apical papilla (SCAP)[J].Arch Oral Biol,2011,56(7): 709-721.

[6]Chen E,Xiong HC,Huang YB,et al.Comparative analysis of in vitro periodontal characteristics of stem cells from apical papilla (SCAP) and periodontal ligament stem cells (PDLSCs)[J].Arch Oral Biol,2013,58(8): 997-1000.

[7]Ouyang H,Franceschi RT,McCauley L.Et al.Parathyroid hormone-related protein down-regulates bone sialoprotein gene expression in cementoblasts: role of the protein kinase A pathway[J].Endocrinology,2000,141(12): 4671-4680.

[8]Takuya Uemura,Yoichi Ohta,Yoshihiro Nakao,et al.Epinephrine accelerates osteoblastic differentiation by enhancing bone morphogenetic protein signaling through a cAMP/protein kinase A signaling pathway[J].Bone,2010,47(4): 756-765 .

[9]Rogne M,Taskén K.Compartmentalization of cAMP signaling in adipogenesis,lipogenesis and lipolysis[J].Horm Metab Res,2014,46(12): 833-840.

[10] Richard C Hewer,Graciela B Sala-Newby,Yih-Jer Wu,et al.Pka and epac synergistically inhibit smooth muscle cell proliferation[J].J Mol Cell,2011,50(1): 87-98.

[11] Mi Ok Kim a,Yu Jin Lee a,Jae Hong Park,et al.PKA and cAMP stimulate proliferation of mouse embryonic stem cells by elevating GLUT1 expression mediated by the NF-κB and CREB/CBP signaling pathways[J].Biochim Biophys Acta,2012,1820(10):1636-1646.

[12] Hongli Dong,Kevin P Claffey,Stefan Brocke,etal.Inhibition of breast cancer cell migration by activation of cAMP Signaling[J].Breast Cancer Res Treat,2015,152(1): 17-28.

[13] Li JJ,Yan M,Wang Zl,et al.Effects of canonical NF-κB signaling pathway on the proliferation and odonto/osteogenic differentiation of human stem cells from apical papilla[J].BioMed Research International,2014,76(5):491-498.

[14] Kleiveland CR,Kassem M,Lea T.Human mesenchymal stem cell proliferation is regulated by PGE2 through differential activation of cAMP-dependent protein kinase isoforms[J].Exp Cell Res,2008,314(8): 1831-1838.

[15] 陳娜，徐細明.氯化軋對胃癌MGC-803細胞增殖及凋亡的影響[J].安徽醫(yī)藥，2015,19(9):1806-1808.

[16] Jung MK,Jin SC,Yun HK,et al.An activator of the cAMP/PKA/CREB pathway promotes osteogenesis from human mesenchymal stem cells[J].Cell Physiol,2013,228(3): 617-626.

[17] Fu SP,Wang W,Liu BR,et al.β-Hydroxybutyric sodium salt inhibition of growth hormone and prolactin secretion via the cAMP/PKA/CREB and AMPK signaling pathways in dairy cow anterior pituitary cells[J].Int J Mol Sci,2015,16(2): 4265-4280.

[18] Kopperud R,Krakstad C,Dskeland SO,et al.cAMP effector mechanisms.Novel twists to an old signaling system[J].Febs Lett,2003,546(1): 121-126.

[19] Wnorowski A,Sadowska M,Paul RK,et al.Activation of β2-adrenergic receptor by (R,R')-4'-methoxy-1-naphthylfenoterol inhibits proliferation and motility of melanoma cells[J].Cell Signal,2015,27(5): 997-1007.

[20] Ndolfi C,Avvedimento EV,Di Lorenzo E,et al.Activation of cAMP-PKA signaling in vivo inhibits smooth muscle cell proliferation induced by vascular injury[J].Nat Med,1997,3(7): 775-779.

[21] He W,Zhang J,Niu Z,et al.Regulatory interplay between NFIC and TGF-β1 in apical papilla-derived stem cells[J] .J Dent Res,2014,93(5): 496-501.

[22] Weng L,Wang W,Su X,et al.The Effect of cAMP-PKA Activation on TGF-β1-Induced Profibrotic Signaling[J].Cell Physiol Biochem,2015,36(5): 1911-1927.

[23] Shabnam Zeighamy Alamdary,Hadi Digaleh,Fariba Khodagholi,et al.Dual Contradictory Effect of H-89 on Neuronal Retraction,Death and Inflammation in Differentiated PC12 Cells Subjected to Oxidative Stress[J].J Mol Neurosci,2013,51(3): 1030-1037.

The influence of cAMP signaling on proliferation of apical papilla stem cell

ZHU Yong-na,ZHANG Jing,SU Sheng-zhe,et al

(StomatologicHospital&College,AnhuiMedicalUniversity,KeyLaboratoryofOralDiseasesResearchofAnhuiProvince，Hefei,Anhui230032，China)

Abstract：Objective This study was designed to investigate the influence of the cAMP signaling on proliferation and migration of SCAP.Methods SCAP was cultured by Enzyme digestion method.After mineralization induction and adipogenic induction,the multiple differentiation potential of SCAP was identified by alizarin red staining and oil red O staining.SCAP was exposed to various concentrations of Forskolin and H-89 respectively.Cell proliferation ability and migration ability were checked by MTT assay and wound healing test.ResultsAfter mineralization induction and adipogenic induction,calcium deposition and lipid droplet were identified in SCAP by alizarin red staining and oil red O staining.Low concentration of Forskolin (2.5 μmol·L-1) promoted proliferation of SCAP,while high concentrations of Forskolin(10 μmol·L-1,20 μmol·L-1) inhibited proliferation of the cell.After inhibiting the signaling by H - 89 (5 μmol·L-1,10 μmol·L-1),the proliferation of SCAP was increased sharply.20 μmol·L-1H-89 promoted the proliferation of SCAP at the third day.However the proliferation of SCAP was inhibited at the fifth day and the seventh day by 20 μmol·L-1H-89.The SCAP stimulated by Forskolin(10 μmol/l,20 μmol·L-1) presented a lower migration capacity.While the SCAP stimulated by H - 89(5 μmol·L-1,10 μmol·L-1) exhibited an improved migration capacity.Conclusion The cAMP signaling can influence the proliferation and migration of SCAP.

Key words:Dental Papilla；Mesenchymal Stem Cells；3′,5′-Cyclic-AMP Phosphodiesterases；Signal Transduction

基金項目:安徽省自然科學(xué)基金資助項目(No 1408085QH178)；安徽醫(yī)科大學(xué)?？蒲谢鹳Y助項目(No 0401059101)

作者簡介:朱永娜，女，碩士研究生 通信作者:李頌，女，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，研究方向：牙體牙髓病，E-mail：xlisong@sohu.com

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2016.05.016

(收稿日期：2015-11-18，修回日期：2016-01-27)