機(jī)械應(yīng)力通過(guò)TRPV4調(diào)節(jié)骨重塑過(guò)程中的牙周膜干細(xì)胞特征
牙周膜（PDL）是位于牙根與牙槽骨間的致密結(jié)締組織，具有固定牙根和緩解咀嚼時(shí)所產(chǎn)生壓力的作用。它在維持組織穩(wěn)態(tài)方面起重要作用，并為機(jī)械刺激下的炎癥反應(yīng)和骨重塑提供微環(huán)境。牙周韌帶干細(xì)胞（PDLSCs）作為PDL微環(huán)境中的主要間充質(zhì)干細(xì)胞，表現(xiàn)出克隆形成能力、增殖性、多向分化和免疫調(diào)節(jié)特性。它們通過(guò)產(chǎn)生高水平的炎性細(xì)胞因子和趨化因子來(lái)響應(yīng)機(jī)械應(yīng)力，這些細(xì)胞因子和趨化因子在牙槽骨改建中起著至關(guān)重要的作用。然而，PDLSCs感知機(jī)械刺激并將其轉(zhuǎn)化為生物信號(hào)，從而促進(jìn)牙槽骨改建的機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。
瞬時(shí)受體電位（TRP）通道是典型的機(jī)械敏感通道，在各種類型的組織和細(xì)胞中感受細(xì)胞內(nèi)外各種刺激。瞬時(shí)受體電位香草素受體 4 型通道蛋白（TRPV4）能被多種理化刺激激活，調(diào)節(jié)機(jī)械感覺(jué)，炎癥和能量穩(wěn)態(tài)。從TRPV4敲除小鼠中分離出的間充質(zhì)干細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)成骨潛能受損。因此，有研究假設(shè)PDLSCs的干細(xì)胞特性受到機(jī)械刺激下TRPV4激活的影響，從而促進(jìn)牙槽骨改建并最終影響牙齒移動(dòng)。
口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)口腔醫(yī)院的一項(xiàng)研究曾使用機(jī)械力誘導(dǎo)的牙齒移動(dòng)和體外壓縮力刺激的動(dòng)物模型，評(píng)估了PDLSCs在機(jī)械刺激下的生物學(xué)變化，包括其克隆性，增殖，多向分化和免疫調(diào)節(jié)特性，證明了PDLSCs中TRPV4的普遍上調(diào)及其在機(jī)械力作用下的潛在分子機(jī)制。這些結(jié)果共同闡明了機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的TRPV4在調(diào)節(jié)PDLSCs干細(xì)胞特征和介導(dǎo)骨重塑方面的重要性。
機(jī)械應(yīng)力在骨重塑和牙齒移動(dòng)過(guò)程中誘導(dǎo)PDLSCs的增殖和炎癥因子的表達(dá)
實(shí)驗(yàn)首先建立機(jī)械負(fù)荷牙齒移動(dòng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型（圖1 A）。雙重免疫染色顯示，大多數(shù)Ki67陽(yáng)性細(xì)胞（表明細(xì)胞增殖）與牙周組織中的CD146（MSCs的表面標(biāo)志物）共定位。在施加應(yīng)力后第3天，CD146 Ki67 PDLSCs的比例增加到5.1±1.9%，在第7天達(dá)到10.4±2.8%，表明機(jī)械應(yīng)力刺激后PDLSCs的增殖能力增強(qiáng)（圖1 B）。TRAP陽(yáng)性破骨細(xì)胞在機(jī)械負(fù)荷期間積聚在牙槽骨附近的牙周組織中聚集（圖1 C）。此外，機(jī)械應(yīng)力后，促炎細(xì)胞因子IL-6和IL-1β的水平在牙周組織的壓力側(cè)增加（圖1 D）。因此，機(jī)械應(yīng)力促進(jìn)PDLSC在體內(nèi)增殖，這可能是促炎因子積累和牙周組織周圍破骨細(xì)胞分化的原因。
機(jī)械應(yīng)力改變了 rPDLSCs 的 MSC 特性
盡管據(jù)報(bào)道PDLSCs具有自我更新和多向分化潛力，但它們?cè)诠侵厮苓^(guò)程中機(jī)械刺激下的詳細(xì)特征仍有待闡明。該研究分離了有或沒(méi)有機(jī)械加載的rPDLSCs，并應(yīng)用了多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表征。
CCK-8檢測(cè)顯示，力刺激的rPDLSCs（F-PDLSCs）的增殖強(qiáng)于正常PDLSCs（N-PDLSC），這與體內(nèi)現(xiàn)象一致（圖2 A）。兩種細(xì)胞類型從0-3天緩慢增殖。然而，從3-7天，F(xiàn)-PDLSCs比N-PDLSCs生長(zhǎng)得更快。 此外，與N-PDLSCs相比，F(xiàn)-PDLSCs顯示出更強(qiáng)的集落形成能力（圖2 B）。然后評(píng)估了它們的多向分化能力，結(jié)果表明，N-PDLSCs產(chǎn)生的礦化結(jié)節(jié)（用茜素紅S染色）明顯多于F-PDLSCs（圖2 C）。定量分析表明，F(xiàn)-PDLSCs中脂質(zhì)特異性油紅O陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量少于N-PDLSCs（圖2 D）。這些數(shù)據(jù)表明，rPDLSCs在體內(nèi)機(jī)械刺激后表現(xiàn)出更大的增殖和降低的分化能力。
為了評(píng)估rPDLSCs的免疫調(diào)節(jié)功能，用F-PDLSCs或N-PDLSCs和RAW264.7巨噬細(xì)胞進(jìn)行了Transwell遷移測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與N-PDLSC組相比，來(lái)自F-PDLSCs的條件培養(yǎng)基明顯促進(jìn)了巨噬細(xì)胞的遷移（圖2 E）。然后通過(guò)與rPDLSC和RAW264.7巨噬細(xì)胞的細(xì)胞間接觸共培養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)一步評(píng)估了旁分泌對(duì)F-PDLSCs破骨細(xì)胞分化的影響。TRAP染色顯示，與N-PDLSC組相比，F(xiàn)-PDLSCs增強(qiáng)了破骨細(xì)胞分化（圖2 F）。此外，還評(píng)估了體外分離的rPDLSCs中促炎因子的表達(dá)。在F-PDLSCs中，IL-1β、TNF-α、IL-6和MCP-1的mRNA水平升高（圖2 G）。此外，機(jī)械加載后Ki67蛋白水平上調(diào)，進(jìn)一步證實(shí)了CCK-8測(cè)定的結(jié)果（圖2 H）。
這些結(jié)果共同表明，F(xiàn)-PDLSCs的積極旁分泌作用，包括巨噬細(xì)胞遷移和誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化，可能歸因于F-PDLSCs中促炎因子表達(dá)增強(qiáng)�？傊�，體內(nèi)的機(jī)械刺激可能會(huì)改變r(jià)PDLSCs的MSC特征，從而有助于骨重塑和牙齒移動(dòng)。
TRPV4 通道在力刺激的 rPDLSCs 中被激活
接下來(lái)，實(shí)驗(yàn)確定了rPDLSCs如何感知機(jī)械力并將其轉(zhuǎn)化為生物信號(hào)。先前的研究表明，TRPV通道對(duì)微環(huán)境溫度，機(jī)械和化學(xué)刺激敏感。因此檢測(cè)了rPDLSCs中TRPV通道的mRNA水平。在rPDLSCs中檢測(cè)到TRPV1-4的mRNA表達(dá)，而F-PDLSCs中檢測(cè)到TRPV4的mRNA表達(dá)增加（圖3 A）。F-PDLSCs中的TRPV4蛋白水平也約為N-PDLSCs的四倍，與mRNA水平一致（圖3 B）。
為了確認(rèn)體內(nèi)機(jī)械負(fù)荷后TRPV4表達(dá)增加，在機(jī)械力介導(dǎo)的牙齒移動(dòng)過(guò)程中對(duì)TRPV4和CD146進(jìn)行了雙重免疫染色。加載力后，CD146TRPV4 PDLSCs的比例在第3天增加到3.9±0.9%，第7天增加到7.3±1.3%（圖3 C）。這些結(jié)果表明，TRPV4作為機(jī)械力傳感器，在機(jī)械刺激后在PDLSCs中被激活，這可能將機(jī)械刺激的轉(zhuǎn)導(dǎo)與隨后的生物反應(yīng)聯(lián)系起來(lái)。
抑制 TRPV4 可抑制力刺激的 rPDLSCs 的生物學(xué)特性
為了探究TRPV4是否參與在機(jī)械力作用下調(diào)節(jié)PDLSC功能，應(yīng)用TRPV4 小分子拮抗劑GSK2193874在功能上確認(rèn)其對(duì)F-PDLSCs的影響。 CCK-8 測(cè)定表明，GSK219 在 10 μmol/L 濃度下抑制了 F-PDLSCs 增殖速率的增強(qiáng)（圖4 A）。GSK219處理也降低了F-PDLSCs的集落形成能力（圖4 B）。此外，用GSK219處理后，F(xiàn)-PDLSCs和單核細(xì)胞共培養(yǎng)中的TRAP破骨細(xì)胞分化顯著下降（圖4 C）。免疫熒光染色顯示，GSK219處理抑制了F-PDLSCs中IL-6的表達(dá)（圖4 D）。此外，GSK219處理后，F(xiàn)-PDLSCs的IL-1β、TNF-α、IL-6和MCP-1的mRNA水平降低（圖4 E）。這些結(jié)果共同表明，力誘導(dǎo)的TRPV4參與調(diào)節(jié)F-PDLSCs的增殖能力和集落形成能力，并通過(guò)分泌炎癥相關(guān)基因介導(dǎo)旁分泌效應(yīng)對(duì)破骨細(xì)胞分化的影響。
hPDLSCs 中TRPV4 在體外機(jī)械力下調(diào)節(jié)NF-κB 配體/骨保護(hù)素比值
TRPV4在牙齒移動(dòng)過(guò)程中的骨重塑過(guò)程中被激活，并調(diào)節(jié)力誘導(dǎo)的PDLSCs生物學(xué)特性。 因此，實(shí)驗(yàn)評(píng)估了PDLSCs中TRPV4表達(dá)在體外機(jī)械力下調(diào)節(jié)破骨形成的機(jī)制。靜態(tài)壓縮力（0-1.5 g/cm2，12 小時(shí)）處理的hPDLSCs顯示TRPV4蛋白水平呈劑量依賴性增加。hPDLSCs中IL-6和TNF-α的mRNA水平在體外壓縮力加載后上調(diào)，并由GSK219下調(diào)（圖5 A）。蛋白質(zhì)印跡結(jié)果一致顯示，體外壓縮力加載后Ki67蛋白水平上調(diào)，并由GSK219下調(diào)（圖5 B）。此外，通過(guò)蛋白質(zhì)印跡評(píng)估破骨細(xì)胞分化所必需的NF-κB配體/骨保護(hù)素受體激活劑（RANKL/OPG）的比例。體外壓縮力上調(diào)了hPDLSCs中的RANKL蛋白水平，用GSK219處理可以逆轉(zhuǎn)。相比之下，OPG水平?jīng)]有顯著變化。因此，施加壓縮力后，RANKL/OPG比值增加，并且通過(guò)與GSK219同時(shí)處理部分阻斷了這種效應(yīng)（圖5 C）。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了hPDLSCs中力誘導(dǎo)的TRPV4可能通過(guò)影響RANKL/OPG系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞過(guò)程。
接下來(lái)研究了hPDLSC中TRPV4調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞生成的信號(hào)通路。ERK蛋白激酶可以通過(guò)TRPV4信號(hào)激活。此外，ERK還參與了RANKL/OPG的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。因此，假設(shè)機(jī)械力誘導(dǎo)的hPDLSC中TRPV4的上調(diào)可能通過(guò)觸發(fā)ERK信號(hào)通路來(lái)增加RANKL / OPG比值。為此，在體外施加壓縮力之前，用TRPV4的小分子激動(dòng)劑或拮抗劑對(duì)hPDLSC進(jìn)行預(yù)處理。蛋白質(zhì)印跡結(jié)果顯示，壓縮力導(dǎo)致hPDLSCs中ERK快速磷酸化，TRPV4抑制劑GSK219的額外干預(yù)部分減弱了這一磷酸化（圖5 D）。此外，在hPDLSC中添加TRPV4激動(dòng)劑GSK101（10 nmol/L）可增強(qiáng)機(jī)械力刺激后ERK磷酸化的誘導(dǎo)（圖5 E）。這些結(jié)果表明，hPDLSCs中力誘導(dǎo)的TRPV4通過(guò)ERK信號(hào)通路影響RANKL / OPG系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化。
圖5 TRPV4通過(guò)ERK信號(hào)通路調(diào)節(jié)hPDLSCs中力誘導(dǎo)的炎癥相關(guān)基因表達(dá)和核因子-κB配體（RANKL）/骨保護(hù)素（OPG）系統(tǒng)的受體激活劑。
圖6 PDLSCs中TRPV4在機(jī)械應(yīng)力作用下的激活有助于其生物學(xué)性質(zhì)的變化，并調(diào)節(jié)牙齒移動(dòng)過(guò)程中的骨重塑。
總之，該研究表明，PDLSCs中TRPV4在機(jī)械力下的激活有助于其生物學(xué)性質(zhì)的變化，包括克隆性，增殖，多能分化和免疫調(diào)節(jié)，并調(diào)節(jié)牙齒移動(dòng)過(guò)程中的骨重塑（圖6）。這些結(jié)果表明PDLSCs在機(jī)械力誘導(dǎo)的骨重塑中具有關(guān)鍵作用，并表明TRPV4在調(diào)節(jié)PDLSC功能和介導(dǎo)機(jī)械力下骨重塑中的重要性。研究結(jié)果還表明，靶向TRPV4可能有益于機(jī)械力誘導(dǎo)的骨重塑和牙齒移動(dòng)。
參考文獻(xiàn)：Jin SS, He DQ, Wang Y, Zhang T, Yu HJ, Li ZX, Zhu LS, Zhou YH, Liu Y. Mechanical force modulates periodontal ligament stem cell characteristics during bone remodelling via TRPV4. Cell Prolif. 2020 Oct;53(10):e12912. doi: 10.1111/cpr.12912. Epub 2020 Sep 22. PMID: 32964544; PMCID: PMC7574874.
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瞬時(shí)受體電位（TRP）通道是典型的機(jī)械敏感通道，在各種類型的組織和細(xì)胞中感受細(xì)胞內(nèi)外各種刺激。瞬時(shí)受體電位香草素受體 4 型通道蛋白（TRPV4）能被多種理化刺激激活，調(diào)節(jié)機(jī)械感覺(jué)，炎癥和能量穩(wěn)態(tài)。從TRPV4敲除小鼠中分離出的間充質(zhì)干細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)成骨潛能受損。因此，有研究假設(shè)PDLSCs的干細(xì)胞特性受到機(jī)械刺激下TRPV4激活的影響，從而促進(jìn)牙槽骨改建并最終影響牙齒移動(dòng)。
口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)口腔醫(yī)院的一項(xiàng)研究曾使用機(jī)械力誘導(dǎo)的牙齒移動(dòng)和體外壓縮力刺激的動(dòng)物模型，評(píng)估了PDLSCs在機(jī)械刺激下的生物學(xué)變化，包括其克隆性，增殖，多向分化和免疫調(diào)節(jié)特性，證明了PDLSCs中TRPV4的普遍上調(diào)及其在機(jī)械力作用下的潛在分子機(jī)制。這些結(jié)果共同闡明了機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的TRPV4在調(diào)節(jié)PDLSCs干細(xì)胞特征和介導(dǎo)骨重塑方面的重要性。
機(jī)械應(yīng)力在骨重塑和牙齒移動(dòng)過(guò)程中誘導(dǎo)PDLSCs的增殖和炎癥因子的表達(dá)
實(shí)驗(yàn)首先建立機(jī)械負(fù)荷牙齒移動(dòng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型（圖1 A）。雙重免疫染色顯示，大多數(shù)Ki67陽(yáng)性細(xì)胞（表明細(xì)胞增殖）與牙周組織中的CD146（MSCs的表面標(biāo)志物）共定位。在施加應(yīng)力后第3天，CD146 Ki67 PDLSCs的比例增加到5.1±1.9%，在第7天達(dá)到10.4±2.8%，表明機(jī)械應(yīng)力刺激后PDLSCs的增殖能力增強(qiáng)（圖1 B）。TRAP陽(yáng)性破骨細(xì)胞在機(jī)械負(fù)荷期間積聚在牙槽骨附近的牙周組織中聚集（圖1 C）。此外，機(jī)械應(yīng)力后，促炎細(xì)胞因子IL-6和IL-1β的水平在牙周組織的壓力側(cè)增加（圖1 D）。因此，機(jī)械應(yīng)力促進(jìn)PDLSC在體內(nèi)增殖，這可能是促炎因子積累和牙周組織周圍破骨細(xì)胞分化的原因。
圖1 牙周膜干細(xì)胞（PDLSCs）和破骨細(xì)胞在體內(nèi)施加機(jī)械力后積聚在牙周組織的壓力側(cè)。
機(jī)械應(yīng)力改變了 rPDLSCs 的 MSC 特性
盡管據(jù)報(bào)道PDLSCs具有自我更新和多向分化潛力，但它們?cè)诠侵厮苓^(guò)程中機(jī)械刺激下的詳細(xì)特征仍有待闡明。該研究分離了有或沒(méi)有機(jī)械加載的rPDLSCs，并應(yīng)用了多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表征。
CCK-8檢測(cè)顯示，力刺激的rPDLSCs（F-PDLSCs）的增殖強(qiáng)于正常PDLSCs（N-PDLSC），這與體內(nèi)現(xiàn)象一致（圖2 A）。兩種細(xì)胞類型從0-3天緩慢增殖。然而，從3-7天，F(xiàn)-PDLSCs比N-PDLSCs生長(zhǎng)得更快。 此外，與N-PDLSCs相比，F(xiàn)-PDLSCs顯示出更強(qiáng)的集落形成能力（圖2 B）。然后評(píng)估了它們的多向分化能力，結(jié)果表明，N-PDLSCs產(chǎn)生的礦化結(jié)節(jié)（用茜素紅S染色）明顯多于F-PDLSCs（圖2 C）。定量分析表明，F(xiàn)-PDLSCs中脂質(zhì)特異性油紅O陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量少于N-PDLSCs（圖2 D）。這些數(shù)據(jù)表明，rPDLSCs在體內(nèi)機(jī)械刺激后表現(xiàn)出更大的增殖和降低的分化能力。
為了評(píng)估rPDLSCs的免疫調(diào)節(jié)功能，用F-PDLSCs或N-PDLSCs和RAW264.7巨噬細(xì)胞進(jìn)行了Transwell遷移測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與N-PDLSC組相比，來(lái)自F-PDLSCs的條件培養(yǎng)基明顯促進(jìn)了巨噬細(xì)胞的遷移（圖2 E）。然后通過(guò)與rPDLSC和RAW264.7巨噬細(xì)胞的細(xì)胞間接觸共培養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)一步評(píng)估了旁分泌對(duì)F-PDLSCs破骨細(xì)胞分化的影響。TRAP染色顯示，與N-PDLSC組相比，F(xiàn)-PDLSCs增強(qiáng)了破骨細(xì)胞分化（圖2 F）。此外，還評(píng)估了體外分離的rPDLSCs中促炎因子的表達(dá)。在F-PDLSCs中，IL-1β、TNF-α、IL-6和MCP-1的mRNA水平升高（圖2 G）。此外，機(jī)械加載后Ki67蛋白水平上調(diào)，進(jìn)一步證實(shí)了CCK-8測(cè)定的結(jié)果（圖2 H）。
這些結(jié)果共同表明，F(xiàn)-PDLSCs的積極旁分泌作用，包括巨噬細(xì)胞遷移和誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化，可能歸因于F-PDLSCs中促炎因子表達(dá)增強(qiáng)�？傊�，體內(nèi)的機(jī)械刺激可能會(huì)改變r(jià)PDLSCs的MSC特征，從而有助于骨重塑和牙齒移動(dòng)。
圖2 體外力誘導(dǎo)的rPDLSCs的生物學(xué)特性。
TRPV4 通道在力刺激的 rPDLSCs 中被激活
接下來(lái)，實(shí)驗(yàn)確定了rPDLSCs如何感知機(jī)械力并將其轉(zhuǎn)化為生物信號(hào)。先前的研究表明，TRPV通道對(duì)微環(huán)境溫度，機(jī)械和化學(xué)刺激敏感。因此檢測(cè)了rPDLSCs中TRPV通道的mRNA水平。在rPDLSCs中檢測(cè)到TRPV1-4的mRNA表達(dá)，而F-PDLSCs中檢測(cè)到TRPV4的mRNA表達(dá)增加（圖3 A）。F-PDLSCs中的TRPV4蛋白水平也約為N-PDLSCs的四倍，與mRNA水平一致（圖3 B）。
為了確認(rèn)體內(nèi)機(jī)械負(fù)荷后TRPV4表達(dá)增加，在機(jī)械力介導(dǎo)的牙齒移動(dòng)過(guò)程中對(duì)TRPV4和CD146進(jìn)行了雙重免疫染色。加載力后，CD146TRPV4 PDLSCs的比例在第3天增加到3.9±0.9%，第7天增加到7.3±1.3%（圖3 C）。這些結(jié)果表明，TRPV4作為機(jī)械力傳感器，在機(jī)械刺激后在PDLSCs中被激活，這可能將機(jī)械刺激的轉(zhuǎn)導(dǎo)與隨后的生物反應(yīng)聯(lián)系起來(lái)。
圖3 TRPV4存在于體外F-PDLSCs中。
抑制 TRPV4 可抑制力刺激的 rPDLSCs 的生物學(xué)特性
為了探究TRPV4是否參與在機(jī)械力作用下調(diào)節(jié)PDLSC功能，應(yīng)用TRPV4 小分子拮抗劑GSK2193874在功能上確認(rèn)其對(duì)F-PDLSCs的影響。 CCK-8 測(cè)定表明，GSK219 在 10 μmol/L 濃度下抑制了 F-PDLSCs 增殖速率的增強(qiáng)（圖4 A）。GSK219處理也降低了F-PDLSCs的集落形成能力（圖4 B）。此外，用GSK219處理后，F(xiàn)-PDLSCs和單核細(xì)胞共培養(yǎng)中的TRAP破骨細(xì)胞分化顯著下降（圖4 C）。免疫熒光染色顯示，GSK219處理抑制了F-PDLSCs中IL-6的表達(dá)（圖4 D）。此外，GSK219處理后，F(xiàn)-PDLSCs的IL-1β、TNF-α、IL-6和MCP-1的mRNA水平降低（圖4 E）。這些結(jié)果共同表明，力誘導(dǎo)的TRPV4參與調(diào)節(jié)F-PDLSCs的增殖能力和集落形成能力，并通過(guò)分泌炎癥相關(guān)基因介導(dǎo)旁分泌效應(yīng)對(duì)破骨細(xì)胞分化的影響。
圖4 抑制TRPV4抑制了體外F-PDLSCs的生物學(xué)特性。
hPDLSCs 中TRPV4 在體外機(jī)械力下調(diào)節(jié)NF-κB 配體/骨保護(hù)素比值
TRPV4在牙齒移動(dòng)過(guò)程中的骨重塑過(guò)程中被激活，并調(diào)節(jié)力誘導(dǎo)的PDLSCs生物學(xué)特性。 因此，實(shí)驗(yàn)評(píng)估了PDLSCs中TRPV4表達(dá)在體外機(jī)械力下調(diào)節(jié)破骨形成的機(jī)制。靜態(tài)壓縮力（0-1.5 g/cm2，12 小時(shí)）處理的hPDLSCs顯示TRPV4蛋白水平呈劑量依賴性增加。hPDLSCs中IL-6和TNF-α的mRNA水平在體外壓縮力加載后上調(diào)，并由GSK219下調(diào)（圖5 A）。蛋白質(zhì)印跡結(jié)果一致顯示，體外壓縮力加載后Ki67蛋白水平上調(diào)，并由GSK219下調(diào)（圖5 B）。此外，通過(guò)蛋白質(zhì)印跡評(píng)估破骨細(xì)胞分化所必需的NF-κB配體/骨保護(hù)素受體激活劑（RANKL/OPG）的比例。體外壓縮力上調(diào)了hPDLSCs中的RANKL蛋白水平，用GSK219處理可以逆轉(zhuǎn)。相比之下，OPG水平?jīng)]有顯著變化。因此，施加壓縮力后，RANKL/OPG比值增加，并且通過(guò)與GSK219同時(shí)處理部分阻斷了這種效應(yīng)（圖5 C）。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了hPDLSCs中力誘導(dǎo)的TRPV4可能通過(guò)影響RANKL/OPG系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞過(guò)程。
接下來(lái)研究了hPDLSC中TRPV4調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞生成的信號(hào)通路。ERK蛋白激酶可以通過(guò)TRPV4信號(hào)激活。此外，ERK還參與了RANKL/OPG的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。因此，假設(shè)機(jī)械力誘導(dǎo)的hPDLSC中TRPV4的上調(diào)可能通過(guò)觸發(fā)ERK信號(hào)通路來(lái)增加RANKL / OPG比值。為此，在體外施加壓縮力之前，用TRPV4的小分子激動(dòng)劑或拮抗劑對(duì)hPDLSC進(jìn)行預(yù)處理。蛋白質(zhì)印跡結(jié)果顯示，壓縮力導(dǎo)致hPDLSCs中ERK快速磷酸化，TRPV4抑制劑GSK219的額外干預(yù)部分減弱了這一磷酸化（圖5 D）。此外，在hPDLSC中添加TRPV4激動(dòng)劑GSK101（10 nmol/L）可增強(qiáng)機(jī)械力刺激后ERK磷酸化的誘導(dǎo)（圖5 E）。這些結(jié)果表明，hPDLSCs中力誘導(dǎo)的TRPV4通過(guò)ERK信號(hào)通路影響RANKL / OPG系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化。
總之，該研究表明，PDLSCs中TRPV4在機(jī)械力下的激活有助于其生物學(xué)性質(zhì)的變化，包括克隆性，增殖，多能分化和免疫調(diào)節(jié)，并調(diào)節(jié)牙齒移動(dòng)過(guò)程中的骨重塑（圖6）。這些結(jié)果表明PDLSCs在機(jī)械力誘導(dǎo)的骨重塑中具有關(guān)鍵作用，并表明TRPV4在調(diào)節(jié)PDLSC功能和介導(dǎo)機(jī)械力下骨重塑中的重要性。研究結(jié)果還表明，靶向TRPV4可能有益于機(jī)械力誘導(dǎo)的骨重塑和牙齒移動(dòng)。
參考文獻(xiàn)：Jin SS, He DQ, Wang Y, Zhang T, Yu HJ, Li ZX, Zhu LS, Zhou YH, Liu Y. Mechanical force modulates periodontal ligament stem cell characteristics during bone remodelling via TRPV4. Cell Prolif. 2020 Oct;53(10):e12912. doi: 10.1111/cpr.12912. Epub 2020 Sep 22. PMID: 32964544; PMCID: PMC7574874.
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