NF-κB信号通路在正畸牙移动过程中对人颌骨骨髓间充质干细胞成骨分化调控机制的研究

Malocclusion is a common oral disease. It affects the appearance, facial growth and stomatognathic functions, in addition, it may lead to caries, periodontal disease and TMD easer. It is a risk factor to people`s physical and mental health. Othodontic treatment is mainly used to treat maiocclusion, but it always needs a long time. How to shorten the treatment time while maintaining the health of periodontal tissue is not clear now. The movement of othodontic tooth is accompanied the process of osteogenesis and osteoclasts balance. Studies have showed that the inflammatory microenvironment is important to this process. NF-κB signaling pathway is a key downstream pathway of inflammatory cytokines TNF-α, and it plays important role in process of bone regeneration. Our previous study found that a small molecule compounds which regulates NF-κB pathway can effectively recover the biological functions of periodontal ligament mesenchymal stem cells from inflammation environment, but the effect to alveolar bone mesenchymal stem cells is not clear. This project intends to do further researches about the NF-κB pathway impact on alveolar bone mesenchymal stem cells on the basis of preliminary studies of the small molecule compounds. Using SD rats animal model to confirm the regulation effects of NF-κB signaling pathway and to the orthodontic tooth movement speed. This study not only reveals that the NF-κB signaling pathways involved in bone remodeling during orthodontic treatment, but also provide new therapeutic targets for the clinical treatment of malocclusion.

错颌畸形是口腔科常见病变之一，不仅影响美观、颜面发育和口颌功能，且易发生龋齿、牙周病和颞下颌关节病，影响心身健康。目前临床针对错颌畸形主要采用正畸矫治，但如何在维持牙周组织健康条件下缩短矫治时间，现在尚无明确的方法。正畸牙在移动过程中伴随着成骨-破骨平衡的重建过程，研究表明炎性微环境对这一过程起重要调控作用。NF-κB信号通路是炎症因子TNF-α下游的关键通路，调控着成骨和破骨分化的进程。我们前期研究发现，调控NF-κB通路的小分子化合物能有效恢复炎症来源牙周膜间充质干细胞的生物学功能，但其对颌骨间充质干细胞的作用并不清楚。本项目拟在前期工作的基础上进一步研究该小分子化合物对颌骨间充质干细胞的作用，同时借助大鼠模型研究正畸过程中，调节NF-κB信号通路改变正畸牙移动速度缩短矫治时间。本研究不仅能揭示NF-κB信号通路在正畸过程中参与骨改建的功能，而且为错颌畸形的临床治疗提供了新的治疗靶点。

牙周组织的可改建性是实现正畸牙移动的基础。正畸力使牙移动及颌骨改建，从而达到理想的牙列咬合。正畸牙移动过程中，受压侧颌骨发生骨吸收，而牵张侧骨再生。在颌骨骨改建过程中，来源于骨髓间充质干细胞的成骨细胞被认为是骨再生的关键。成骨细胞及其前体细胞对机械刺激非常敏感，并可将力学信号转化为生理反应，从而调节骨形成及骨改建。以往实验已证明， NF-κB二聚体以与κB抑制剂(IκBs)结合的非活化形式存在于细胞质中。当受到激活信号后，IκB激酶(IKK)磷酸化IκB并促进其降解。游离的NF-κB同源二聚体或异源二聚体聚集后进入细胞核并激活转录。研究表明，促炎细胞因子如肿瘤坏死因子（TNF）和白介素17（IL-17）可以刺激IKK-NF –κB，抑制炎症环境下的间充质干细胞的成骨分化。激活的NF –κB阻断了 JNK信号及其他成骨细胞蛋白质的活性，如MGP， smad 和Fra1,最终阻碍间充质干细胞的成骨分化。然而,正畸过程中，机械信号如何影响NF-κB和调控间充质干细胞影响正畸牙移动的过程仍然是未知的。与髂骨和胸骨来源的间充质干细胞一样，颌骨骨髓间充质干细胞(hJBMMSCs)也可分化为成骨细胞。本课题组之前的研究显示,炎症微环境下，GSK-3β和NF-κB信号通路被激活，牙周膜干细胞(PDLSCs)的成骨分化作用被抑制。因此，我们尝试探讨在非炎症环境下，机械力对hJBMMSCs成骨分化的作用及其作用机制。我们的结果表明，在成骨诱导条件下，hJBMMSCs成骨分化能力增强，细胞质内p65堆积。当hJBMMSCs过表达p65时，NF-κB信号通路持续激活，其成骨能力下降。当我们应用Flexcell系统对hJBMMSCs施加一定机械力作用时，结果显示hJBMMSCs的成骨能力上升，p65进核。当在成骨诱导条件下，施加一定的机械力，可以显著的提高hJBMMSCs的成骨分化能力，同时明显抑制NF-κB信号通路。而在不同条件下过表达p65都降低hJBMMSCs的成骨分化能力。综上所诉，在非炎症环境下，适当的机械力通过抑制NF-κB信号通路促进hJBMMSCs的成骨分化能力。此研究成骨为临床缩短正畸疗程提供重要的参考价值。