為了改善牙齒的健康和美觀，正畸治療致力于矯正錯位的牙齒，因為牙齒咬合不正可能引發齲齒或牙周炎等疾病。對于正畸牙齒移動 (OTM)，使用可移動或固定的正畸器具在牙齒移動方向上施加機械力。這會在牙周韌帶誘發張力區和壓力區，從而通過壓迫血管影響局部灌注。

這伴隨著無菌炎癥反應，其特征是細胞因子和趨化因子的釋放增加，導致炎癥細胞和免疫細胞進一步吸引到牙周膜。其他炎癥因子，如前列腺素 (PG)，主要是 PG-E2（通過誘導前列腺素合酶 2 (PTGS-2) 產生），通過調節成骨細胞和破骨細胞的分化直接影響 OTM。

牙周韌帶成纖維細胞 (PDLF) 是牙周韌帶的主要細胞群，鄰近免疫細胞。PDLF 在 OTM 過程中受到壓縮或拉伸的機械應變。這些細胞通過分泌趨化因子和白細胞介素，負責細胞外基質的重塑和介導OTM 的炎癥反應。

牙周膜的適應性反應除了局部血管形成的變化外，還包括細胞內和細胞外基質的重組。機械應變和氧氣供應的減少伴隨著低氧誘導因子1α (HIF-1α) 表達的增加，它主要負責組織在缺氧條件下的復氧反應。

為了重建牙周膜中的氧氣供應，在對 PDLF 施加壓縮應變后，血管內皮生長因子 (VEGF) 的表達得到增強。牙周韌帶受壓區域血管供應的更新有助于破骨細胞的募集和分化，這也是牙周組織愈合和重塑的重要過程。

盡管觀察到在牙周韌帶 OTM 過程中，HIF-1α 和 VEGF 是穩定和上調的，但尚不清楚是機械應變本身還是由血管壓迫引起的缺氧條件導致了HIF-1α的穩定和隨后的 PTGS-2、PG-E2 和 VEGF 表達的上調，從而通過增加 RANKL 介導的破骨細胞生成使 OTM 成為可能。

先前的研究表明，HIF-1α 的穩定是由于機械應變，而不是體外 PDLF 的缺氧條件。然而，到目前為止，尚不清楚正畸器具施加于 PDLF 的應變的機械轉導是如何介導導致 HIF-1α 穩定的生物學反應，以及隨后的 PDLF 介導的假炎癥反應在多大程度上依賴于 HIF-1α 穩定。

整合素作為細胞粘附分子和細胞內信號受體，介導細胞遷移、增殖和分化，調節細胞內信號轉導通路。由整合素激活的眾多信號通路包括機械拉伸 PDLF 中的低分子量鳥苷三磷酸酶 Rab 和 Rho，以及成骨細胞中的絲裂原活化蛋白 (MAP) 激酶 。越來越多的證據表明，先前報道的 HIF-1α 的穩定性和細胞信號在正畸應變反應中的相關變化是整合素介導的黏著斑事件的下游。

基于此，包括德國雷根斯堡大學醫院正畸科、德國波恩大學正畸系等在內的研究團隊進一步研究，于 International Journal of Molecular Sciences 上發表了題為《Role and Regulation of Mechanotransductive HIF-1α Stabilisation in Periodontal Ligament Fibroblasts》的論文。

該研究的目的是闡明硫酸乙酰肝素整合素的相互作用和激酶下游磷酸化對先前觀察到的 HIF-1α 在壓縮應變下的機械轉導的穩定性的作用，并研究在拉伸應變下是否也發生這種作用。

此外，實驗試圖研究在體外模擬正畸牙移動的環境中，血管生成 VEGF 的下游表達以及 PDLF 誘導的PTGS-2 及其產物 PG-E2 在多大程度上依賴于 HIF-1α 的穩定。

這樣可以更好地了解細胞和分子水平上 OTM 的調控，在未來可能通過靶向調控這些過程，使新的治療方法成為可能。
 

部分實驗過程：
 

HIF-1α 的穩定具有應變依賴性

首先，實驗測試了不同機械應變方案對缺氧誘導因子 1α (HIF-1α) 蛋白穩定性的影響。PDLF 承受壓縮或拉伸應變 48 小時。拉伸應變的應用未能穩定 HIF-1α 蛋白（p = 0.3939；圖1 a、b）。與拉伸應變相反，施加壓力（壓縮應變）增強了 HIF-1α 蛋白的表達（p < 0.0001；圖1 a、b）。

通過對常見的 HIF-1α 靶基因的分析，我們發現拉伸應變對前列腺素合酶2 (PTGS-2) 基因的表達有輕微但顯著的誘導作用(p < 0.0001)，而壓縮應變對 PTGS-2 基因的表達有強烈的誘導作用(p < 0.0001; 圖1 c)。血管內皮生長因子（VEGF）的基因表達不受拉伸應變的影響（p = 0.7083），而施加壓力顯著提高了 VEGF 基因表達 (p = 0.0003；圖1 d)。

圖 1    拉伸應變和壓縮應變對 HIF-1α 蛋白表達的影響

壓縮應變過程中通過 DMOG對PDLF中HIF-1α穩定的影響
 

由于沒有檢測到拉伸應變對 HIF-1α 表達的影響，在接下來的實驗中將重點放在壓縮應變上。為了進一步研究 HIF-1α 在正畸牙齒移動過程中的作用，通過使用 DMOG（二甲基草酰甘氨酸）化學穩定HIF-1α 。

因此，在沒有壓縮應變（p = 0.0002）和存在壓縮應變（p = 0.0002；圖2 a，b）的情況下，通過DMOG 處理檢測到更多的HIF-1α蛋白。

值得注意的是，DMOG 處理后壓力對HIF-1α表達的影響被截斷(p = 0.9709)。在不存在 ( p < 0.0001) 和存在壓力(p = 0.0052）的情況下，通過 DMOG 處理提高了PTGS-2 的基因表達(圖2 c)。

令人驚訝的是，實驗檢測到壓縮應變和 DMOG 聯合作用下 PTGS-2 基因的表達進一步增加(p = 0.0406；圖2 c)。因此，在沒有壓縮應變（p < 0.0001）和存在壓縮應變（p < 0.0001；圖 2 d）的情況下，通過 DMOG 誘導的 HIF-1α 穩定化增強了 PG-E2 的分泌。

在沒有(p < 0.0068)和存在額外壓力 (p = 0.0026）時，DMOG均能增強 VEGF 基因的表達（圖2 e)。實驗沒有檢測到在DMOG穩定的同時施加壓力對 VEGF 基因的表達有任何進一步的誘導效應（p = 0.5532）。

實驗發現在沒有壓縮應變的控制條件下，DMOG 的分泌增強（p < 0.0001；圖 2 f），使用DMOG 并施加壓力會下調 VEGF 分泌（p = 0.0090；圖2f ）。

圖 2  壓縮應變與使用DMOG處理和不使用DMOG處理對HIF-1α蛋白表達的影響(a,b)，PTGS-2/PG-E2表達(c,d)，VEGF表達(e,f)

此外，實驗使用 YC-1 (3-(5′-hydroxymethyl-2′-furyl)-1-benzylindazole）抑制了 PDLF 中壓力誘導的 HIF-1α 穩定化。結果發現，當 YC-1 抑制 HIF-1α 的穩定時，壓力甚至會增加了 PG-E2 的分泌；施加壓力增加了 VEGF 基因表達；使用 YC-1 抑制 HIF-1a 穩定后，這種效應被截斷。
 

實驗結論：
 

實驗發現 HIF-1α 不是通過拉伸應變穩定的，而是通過壓縮應變穩定的。HIF-1α 穩定對前列腺素和 VEGF 的合成有誘導作用。正如預期的那樣，HIF-1α 不穩定降低了 VEGF 表達，而前列腺素的合成增加。

通過surfen或genistein抑制整合素機械轉導抑制了HIF-1α的穩定。VEGF 表達下降，但前列腺素合成沒有減少。通過整合素機械轉導和下游激酶的磷酸化促進HIF-1α的穩定，這似乎對VEGF的誘導是必不可少的。

參考文獻：Kirschneck C, Thuy M, Leikam A, Memmert S, Deschner J, Damanaki A, Spanier G, Proff P, Jantsch J, Schröder A. Role and Regulation of Mechanotransductive HIF-1α Stabilisation in Periodontal Ligament Fibroblasts. Int J Mol Sci. 2020 Dec 15;21(24):9530. doi: 10.3390/ijms21249530. PMID: 33333756; PMCID: PMC7765204.

文章來源：http://www.naturethink.com/?news/112.html

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