LIPUS通过miR-182靶向FOXO1促进牙周骨组织修复再生的机制及应用研究

Periodontal bone defect, which is usually a late event of oral local inflammation, trauma and tumor, is fatal in patients’ quality of life. Our previous review figured that transcription factor FOXO1 played a necessary role throughout osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells, via interacting with multiple essential factors/pathways. LIPUS, which is a noninvasive and convenient mechanical stimulus, has been found to upregulate the accumulation of FOXO1, ALP and calcium deposition. But the underlying mechanism remains unclear. In present study, human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs) will be used to investigate whether LIPUS promoted osteogenic differentiation via miR-182/FOXO1 pathway. Cell models of FOXO1 siRNA and miR-182 mimic/inhibitor will be built, technologies like qPCR, western blot and immunocytochemistry will be used, to explore the effects of LIPUS on osteogenic differentiation and FOXO1 protein level, while mice skull defect models will be built to examine in vitro results. Then, the mechanism of LIPUS targeting FOXO1 to promote hPDLSCs differentiating to osteoblasts may be well-explained and FOXO1-targeted therapy may throw light upon improving the efficiency of LIPUS on periodontal bone regeneration.

牙周骨缺损是口腔局部的炎症、外伤及肿瘤等因素引起病损的晚期事件之一，严重影响着患者的生存质量。申请人前期文章研究了转录因子FOXO1通过与多个成骨相关因子相互作用，广泛参与干细胞成骨分化的全过程并起着不可替代的作用。同时我们发现低强度脉冲超声LIPUS 作为一种机械刺激，显著上调FOXO1并促进钙结节生成，但其上下游关联尚不明晰。本项目以人牙周膜干细胞为研究对象，以LIPUS是否借由miR-182靶向FOXO1从而调控成骨分化为研究核心。通过建立FOXO1 siRNA、miR-182 mimic/inhibitor转染细胞模型，采用qPCR、western blot和免疫荧光等技术，检测LIPUS对牙周膜干细胞成骨和FOXO1表达的影响，并在动物模型上进行验证。以期回答LIPUS是如何通过靶向FOXO1促进牙周膜干细胞成骨分化这一科学问题，为改善LIPUS牙周成骨效果提供新的思路。

在临床上，低强度脉冲超声(LIPUS)被应用于促进骨折的愈合。而转录因子FOXO1是已知的成骨分化过程中的关键因子之一。但是，FOXO1在LIPUS促进成骨分化的过程中，具体起着怎样的作用，既往尚不明确。在本研究中，我们发现LIPUS辐照人类原代牙周膜细胞(hPDLCs)会促进FOXO1总蛋白和核蛋白的积累。LIPUS通过激活FOXO1，进一步促进ALP和Runx2的表达，以及基质的矿化。一方面，我们发现LIPUS可以抑制miR-182的表达，而miR-182通过转录后调控本身具有抑制FOXO1的作用；过表达miR-182会逆转LIPUS对于FOXO1表达以及成骨分化的促进作用。另一方面，LIPUS可以促进Akt的磷酸化，从而促进核内FOXO1的出核从而防止活化FOXO1在核内的过度累积。体内试验，我们验证了LIPUS辐照可逆转牙周炎大鼠的牙周骨吸收，而抑制miR-182可以达到类似的效果。总之，通过本研究我们发现FOXO1是miR-182的靶基因，并在LIPUS促进成骨分化的过程中扮演着重要角色。这一机制的深化，或为LIPUS应用于牙周骨缺损的修复提供一定的理论基础。