靜態(tài)正畸力下白細(xì)胞介素1β誘導(dǎo)人PDLs的細(xì)胞外基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)
正畸牙移動(dòng) （OTM）在咬合不正的治療中起著關(guān)鍵作用，它最終是由施加的機(jī)械牽張力引起的。根據(jù)經(jīng)典的“壓力-張力”假說，機(jī)械負(fù)荷會(huì)引起牙齒的移動(dòng)，從而在施力方向上產(chǎn)生一個(gè)壓力區(qū)，而在相反部位產(chǎn)生一個(gè)張力區(qū)。這會(huì)產(chǎn)生局部無菌性炎癥，導(dǎo)致壓力部位的骨吸收和張力部位的骨形成。
牙周韌帶（PDL）是一種高度組織化的結(jié)締組織，是感知正畸力并將其從牙齒傳遞到牙槽骨的基本結(jié)構(gòu)。除了骨吸收和骨形成外，PDLs 的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）在 OTM 過程中經(jīng)歷了持續(xù)的重塑。這種正在進(jìn)行的重塑主要由 PDL 的細(xì)胞成分協(xié)調(diào)，它由異質(zhì)的成纖維細(xì)胞樣的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞 （hPDL-MSCs） 群組成。
各種蛋白水解酶，例如基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMPs)，都參與了 PDL 內(nèi) ECM 蛋白的重塑。許多體外研究已經(jīng)調(diào)查了機(jī)械應(yīng)力對(duì)人 PDL 中各種 MMPs 表達(dá)的影響，主要集中在膠原酶 MMP-1 和明膠酶 MMP-2。
此外，研究表明，在施加機(jī)械力后，人類 PDL 細(xì)胞中多種局部金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)的組成型表達(dá)發(fā)生了變化。在人 PDL 細(xì)胞中，當(dāng)施加拉力時(shí)，TIMP-1 的表達(dá)增加，而壓力對(duì) TIMP-1 的表達(dá)似乎有下降的影響。
白細(xì)胞介素 (IL)-1β 是一種重要的促炎細(xì)胞因子，在人牙周組織中具有多種作用。在正畸治療引起的無菌性炎癥期間，IL-1β 是張力區(qū)和壓力區(qū)中最豐富的細(xì)胞因子之一。它直接有助于 OTM 期間廣泛的牙槽骨重塑。
此外，IL-1β 通過調(diào)節(jié) MMPs 和 TIMPs 的表達(dá)直接影響 PDLs 的ECM 的持續(xù)更新。IL-1β 和其他炎癥因子，如IL-6，在細(xì)菌依賴性的牙周組織慢性炎癥中也是必不可少的。因此，進(jìn)一步研究正畸力和 IL-1β 聯(lián)合作用對(duì) PDL 細(xì)胞中 MMPs 和 TIMPs 表達(dá)的影響至關(guān)重要。
兩項(xiàng)研究已經(jīng)證明，使用循環(huán)應(yīng)變裝置后，拉伸應(yīng)變對(duì) PDL 細(xì)胞中由 IL-1β 誘發(fā)的 MMP 和 TIMP 的產(chǎn)生具有顯著影響。然而，沒有數(shù)據(jù)顯示靜態(tài)拉伸應(yīng)變 (STS) 對(duì) PDL 細(xì)胞中
IL-1β 依賴性的 MMP 和 TIMP 的產(chǎn)生的影響。區(qū)分這兩種力的應(yīng)用形式是必不可少的，因?yàn)樗鼈兡M了不同的正畸矯治器對(duì)患者施加的不同的正畸力。
基于此，來自維也納醫(yī)科大學(xué)牙科的專家學(xué)者進(jìn)行了更深層次的研究，在International Journal of Molecular Sciences 上發(fā)表了題為《Interleukin-1β Induced Matrix Metalloproteinase Expression in Human Periodontal Ligament-Derived Mesenchymal Stromal Cells under In Vitro Simulated Static Orthodontic Forces》的研究論文。
此體外研究第一部分的主要目的是研究靜態(tài)拉伸應(yīng)變 (STS) 對(duì) IL-1β 誘導(dǎo)的 hPDL-MSCs 中 MMPs 和 TIMPs 表達(dá)的影響。特別是，在應(yīng)用具有 6% 伸長率的等雙軸 STS 6 和 24 小時(shí)后，評(píng)估了 IL-1β 誘發(fā)的 MMP-1、MMP-2、TIMP-1 和 IL-1β 自身的產(chǎn)生。
其次，實(shí)驗(yàn)直接比較了 STS 在胎牛血清 (FBS) 不存在和存在下對(duì) IL-1β 誘導(dǎo)的這些基因表達(dá)的影響。因?yàn)橐阎ヅＱ逶隗w外培養(yǎng)過程中影響這些細(xì)胞，評(píng)估胎牛血清對(duì) hPDL-MSC 體外模擬正畸力的影響程度至關(guān)重要。
1.細(xì)胞活力
圖1 顯示了活性/死亡細(xì)胞染色和暴露于靜態(tài)拉伸應(yīng)變（STS）24 小時(shí) IL-1β 處理的 hPDL-MSC 的代表性圖片。在所有使用的刺激條件下，綠色熒光活性 hPDL-MSCs 的外觀都具有可比性。在沒有 STS 的情況下，IL-1β 導(dǎo)致紅色熒光死亡 hPDL-MSCs 的數(shù)量從 1 ng/mL 增加到 5 ng/mL，與 FBS 濃度無關(guān)。
在 STS 存在的情況下，即使存在不同的 IL-1β 濃度，也觀察到較少數(shù)量的 hPDL-MSC死亡。在存在 2% FBS 的情況下，與沒有 FBS 孵育的 hPDL-MSCs 相比，STS 在不存在和存在 1 ng/mL IL-1β 的情況下導(dǎo)致 hPDL-MSCs 的死亡數(shù)量略多。然而，大多數(shù) hPDL-MSCs 是有活力的，并且沒有觀察到實(shí)驗(yàn)條件對(duì)細(xì)胞活力的不利影響。
2.MMP-1 表達(dá)
圖2 顯示在不存在或存在不同 IL-1β 濃度的情況下應(yīng)用 STS 后 6 和 24 小時(shí)，在不存在 FBS 的情況下，hPDL-MSCs 中的 MMP-1 基因和蛋白質(zhì)表達(dá)。
孵育 6 小時(shí)和 24 小時(shí)后，單獨(dú)使用 STS 不影響 MMP-1 基因表達(dá)水平。在蛋白質(zhì)水平上，在沒有 IL-1β 的情況下，MMP-1 也不受 STS 的影響。
培養(yǎng) 6 小時(shí)和 24 小時(shí)后，1 ng/mL 和 5 ng/mL IL-1β 在不存在 STS 的情況下顯著增加 MMP-1 基因表達(dá)。在條件培養(yǎng)基中，5 ng/mL IL-1β 導(dǎo)致 MMP-1 蛋白水平在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)均無顯著增加。
6 小時(shí)后，應(yīng)用 STS 對(duì) IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-1 基因表達(dá)沒有影響。然而，24 小時(shí)后，應(yīng)用 STS 顯著增加了 IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-1 基因表達(dá)水平。在蛋白質(zhì)水平上，在培養(yǎng) 6 小時(shí)后，STS 不顯著抑制 IL-1β 誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)產(chǎn)生。24 小時(shí)后，STS 進(jìn)一步增加了 IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-1 蛋白產(chǎn)生，但無顯著性意義。
3.MMP-2 表達(dá)
在不同 IL-1β 濃度存在下應(yīng)用 STS 后 6 和 24 小時(shí)，在不存在 FBS 的情況下，hPDL-MSCs 中的 MMP-2 基因表達(dá)。在不存在 IL-1β 的情況下應(yīng)用 STS 對(duì) MMP-2 基因表達(dá)水平?jīng)]有顯著影響。培養(yǎng) 6 小時(shí)和 24 小時(shí)后，IL-1β 顯著增強(qiáng) hPDL-MSCs 中 MMP-2 基因的表達(dá)，導(dǎo)致培養(yǎng) 24 小時(shí)后 MMP-2 基因表達(dá)水平整體升高。在蛋白質(zhì)水平上，未檢測(cè)到 MMP-2。
應(yīng)用 STS 6 小時(shí)導(dǎo)致 IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-2 基因表達(dá)降低，顯示在 5 ng/mL IL-1β 存在下顯著下降。24 小時(shí)后，STS 以濃度依賴性方式增強(qiáng) IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-2 基因表達(dá)，顯示在 1 ng/mL IL-1β 存在下顯著增加。
此外，選擇正確的正畸矯治器可能對(duì)成年患者尤為重要，其中正畸治療是牙周炎的一個(gè)危險(xiǎn)因素，因?yàn)閮烧呔哂邢嗨频姆肿訖C(jī)制，并導(dǎo)致廣泛的 PDL 和牙槽骨重塑。
參考文獻(xiàn)：Behm C, Nemec M, Blufstein A, Schubert M, Rausch-Fan X, Andrukhov O, Jonke E. Interleukin-1β Induced Matrix Metalloproteinase Expression in Human Periodontal Ligament-Derived Mesenchymal Stromal Cells under In Vitro Simulated Static Orthodontic Forces. Int J Mol Sci. 2021 Jan 20;22(3):1027. doi: 10.3390/ijms22031027. PMID: 33498591; PMCID: PMC7864333.
小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系小編修正。如有任何的想法以及建議，歡迎聯(lián)系小編。感謝各位的瀏覽，更多資訊請(qǐng)關(guān)注公眾號(hào) Naturethink！
牙周韌帶（PDL）是一種高度組織化的結(jié)締組織，是感知正畸力并將其從牙齒傳遞到牙槽骨的基本結(jié)構(gòu)。除了骨吸收和骨形成外，PDLs 的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）在 OTM 過程中經(jīng)歷了持續(xù)的重塑。這種正在進(jìn)行的重塑主要由 PDL 的細(xì)胞成分協(xié)調(diào)，它由異質(zhì)的成纖維細(xì)胞樣的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞 （hPDL-MSCs） 群組成。
各種蛋白水解酶，例如基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMPs)，都參與了 PDL 內(nèi) ECM 蛋白的重塑。許多體外研究已經(jīng)調(diào)查了機(jī)械應(yīng)力對(duì)人 PDL 中各種 MMPs 表達(dá)的影響，主要集中在膠原酶 MMP-1 和明膠酶 MMP-2。
此外，研究表明，在施加機(jī)械力后，人類 PDL 細(xì)胞中多種局部金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)的組成型表達(dá)發(fā)生了變化。在人 PDL 細(xì)胞中，當(dāng)施加拉力時(shí)，TIMP-1 的表達(dá)增加，而壓力對(duì) TIMP-1 的表達(dá)似乎有下降的影響。
白細(xì)胞介素 (IL)-1β 是一種重要的促炎細(xì)胞因子，在人牙周組織中具有多種作用。在正畸治療引起的無菌性炎癥期間，IL-1β 是張力區(qū)和壓力區(qū)中最豐富的細(xì)胞因子之一。它直接有助于 OTM 期間廣泛的牙槽骨重塑。
此外，IL-1β 通過調(diào)節(jié) MMPs 和 TIMPs 的表達(dá)直接影響 PDLs 的ECM 的持續(xù)更新。IL-1β 和其他炎癥因子，如IL-6，在細(xì)菌依賴性的牙周組織慢性炎癥中也是必不可少的。因此，進(jìn)一步研究正畸力和 IL-1β 聯(lián)合作用對(duì) PDL 細(xì)胞中 MMPs 和 TIMPs 表達(dá)的影響至關(guān)重要。
兩項(xiàng)研究已經(jīng)證明，使用循環(huán)應(yīng)變裝置后，拉伸應(yīng)變對(duì) PDL 細(xì)胞中由 IL-1β 誘發(fā)的 MMP 和 TIMP 的產(chǎn)生具有顯著影響。然而，沒有數(shù)據(jù)顯示靜態(tài)拉伸應(yīng)變 (STS) 對(duì) PDL 細(xì)胞中
IL-1β 依賴性的 MMP 和 TIMP 的產(chǎn)生的影響。區(qū)分這兩種力的應(yīng)用形式是必不可少的，因?yàn)樗鼈兡M了不同的正畸矯治器對(duì)患者施加的不同的正畸力。
基于此，來自維也納醫(yī)科大學(xué)牙科的專家學(xué)者進(jìn)行了更深層次的研究，在International Journal of Molecular Sciences 上發(fā)表了題為《Interleukin-1β Induced Matrix Metalloproteinase Expression in Human Periodontal Ligament-Derived Mesenchymal Stromal Cells under In Vitro Simulated Static Orthodontic Forces》的研究論文。
此體外研究第一部分的主要目的是研究靜態(tài)拉伸應(yīng)變 (STS) 對(duì) IL-1β 誘導(dǎo)的 hPDL-MSCs 中 MMPs 和 TIMPs 表達(dá)的影響。特別是，在應(yīng)用具有 6% 伸長率的等雙軸 STS 6 和 24 小時(shí)后，評(píng)估了 IL-1β 誘發(fā)的 MMP-1、MMP-2、TIMP-1 和 IL-1β 自身的產(chǎn)生。
其次，實(shí)驗(yàn)直接比較了 STS 在胎牛血清 (FBS) 不存在和存在下對(duì) IL-1β 誘導(dǎo)的這些基因表達(dá)的影響。因?yàn)橐阎ヅＱ逶隗w外培養(yǎng)過程中影響這些細(xì)胞，評(píng)估胎牛血清對(duì) hPDL-MSC 體外模擬正畸力的影響程度至關(guān)重要。
部分實(shí)驗(yàn)過程
1.細(xì)胞活力
圖1 顯示了活性/死亡細(xì)胞染色和暴露于靜態(tài)拉伸應(yīng)變（STS）24 小時(shí) IL-1β 處理的 hPDL-MSC 的代表性圖片。在所有使用的刺激條件下，綠色熒光活性 hPDL-MSCs 的外觀都具有可比性。在沒有 STS 的情況下，IL-1β 導(dǎo)致紅色熒光死亡 hPDL-MSCs 的數(shù)量從 1 ng/mL 增加到 5 ng/mL，與 FBS 濃度無關(guān)。
在 STS 存在的情況下，即使存在不同的 IL-1β 濃度，也觀察到較少數(shù)量的 hPDL-MSC死亡。在存在 2% FBS 的情況下，與沒有 FBS 孵育的 hPDL-MSCs 相比，STS 在不存在和存在 1 ng/mL IL-1β 的情況下導(dǎo)致 hPDL-MSCs 的死亡數(shù)量略多。然而，大多數(shù) hPDL-MSCs 是有活力的，并且沒有觀察到實(shí)驗(yàn)條件對(duì)細(xì)胞活力的不利影響。
2.MMP-1 表達(dá)
圖2 顯示在不存在或存在不同 IL-1β 濃度的情況下應(yīng)用 STS 后 6 和 24 小時(shí)，在不存在 FBS 的情況下，hPDL-MSCs 中的 MMP-1 基因和蛋白質(zhì)表達(dá)。
孵育 6 小時(shí)和 24 小時(shí)后，單獨(dú)使用 STS 不影響 MMP-1 基因表達(dá)水平。在蛋白質(zhì)水平上，在沒有 IL-1β 的情況下，MMP-1 也不受 STS 的影響。
培養(yǎng) 6 小時(shí)和 24 小時(shí)后，1 ng/mL 和 5 ng/mL IL-1β 在不存在 STS 的情況下顯著增加 MMP-1 基因表達(dá)。在條件培養(yǎng)基中，5 ng/mL IL-1β 導(dǎo)致 MMP-1 蛋白水平在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)均無顯著增加。
6 小時(shí)后，應(yīng)用 STS 對(duì) IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-1 基因表達(dá)沒有影響。然而，24 小時(shí)后，應(yīng)用 STS 顯著增加了 IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-1 基因表達(dá)水平。在蛋白質(zhì)水平上，在培養(yǎng) 6 小時(shí)后，STS 不顯著抑制 IL-1β 誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)產(chǎn)生。24 小時(shí)后，STS 進(jìn)一步增加了 IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-1 蛋白產(chǎn)生，但無顯著性意義。
3.MMP-2 表達(dá)
在不同 IL-1β 濃度存在下應(yīng)用 STS 后 6 和 24 小時(shí)，在不存在 FBS 的情況下，hPDL-MSCs 中的 MMP-2 基因表達(dá)。在不存在 IL-1β 的情況下應(yīng)用 STS 對(duì) MMP-2 基因表達(dá)水平?jīng)]有顯著影響。培養(yǎng) 6 小時(shí)和 24 小時(shí)后，IL-1β 顯著增強(qiáng) hPDL-MSCs 中 MMP-2 基因的表達(dá)，導(dǎo)致培養(yǎng) 24 小時(shí)后 MMP-2 基因表達(dá)水平整體升高。在蛋白質(zhì)水平上，未檢測(cè)到 MMP-2。
應(yīng)用 STS 6 小時(shí)導(dǎo)致 IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-2 基因表達(dá)降低，顯示在 5 ng/mL IL-1β 存在下顯著下降。24 小時(shí)后，STS 以濃度依賴性方式增強(qiáng) IL-1β 誘導(dǎo)的 MMP-2 基因表達(dá)，顯示在 1 ng/mL IL-1β 存在下顯著增加。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果外推到臨床情況表明，不僅施加的力大小，而且力施加形式（靜態(tài)與循環(huán)）似乎對(duì)成功的 OTM 至關(guān)重要。因此，在選擇用于咬合不正治療的材料時(shí)，正畸醫(yī)生應(yīng)注意到由于不同的材料所產(chǎn)生的不同的力大小以及不同的靜態(tài)和循環(huán)張力可能產(chǎn)生的不同影響。此外，選擇正確的正畸矯治器可能對(duì)成年患者尤為重要，其中正畸治療是牙周炎的一個(gè)危險(xiǎn)因素，因?yàn)閮烧呔哂邢嗨频姆肿訖C(jī)制，并導(dǎo)致廣泛的 PDL 和牙槽骨重塑。
參考文獻(xiàn)：Behm C, Nemec M, Blufstein A, Schubert M, Rausch-Fan X, Andrukhov O, Jonke E. Interleukin-1β Induced Matrix Metalloproteinase Expression in Human Periodontal Ligament-Derived Mesenchymal Stromal Cells under In Vitro Simulated Static Orthodontic Forces. Int J Mol Sci. 2021 Jan 20;22(3):1027. doi: 10.3390/ijms22031027. PMID: 33498591; PMCID: PMC7864333.
小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系小編修正。如有任何的想法以及建議，歡迎聯(lián)系小編。感謝各位的瀏覽，更多資訊請(qǐng)關(guān)注公眾號(hào) Naturethink！
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