牵张力作用下细胞骨架肌动蛋白结合蛋白Girdin触发PI3K/Akt信号通路调控正畸牙周组织改建的分子机制研究

正畸力作用下牙周组织生物力学信号传导机制尚未明了。肌动蛋白细丝桥梁蛋白 (girders of actin filaments，Girdin)是新发现的细胞骨架肌动蛋白的结合蛋白。尚无Girdin在细胞生物力学传导方面研究报道。本项目对应力下Girdin调控PI3K/Akt信号通路的机制进行研究：①牵张力作用人牙周膜成纤维细胞及MG63成骨样细胞，共聚焦显微镜及免疫共沉淀检测Girdin与Akt、F-Actin之间，及与课题组预定蛋白之间是否形成蛋白复合体；检测上述蛋白表达；②沉默或过表达Girdin，检测细胞增殖；③Girdin与Akt相互磷酸化，Girdin对PI3K/Akt通路的调控机制；④正畸大鼠模型牙周组织中Girdin/Akt及相关信号通路研究。本研究目的为发现Girdin调控生物力学传导机制，创新性较强，对探索正畸生物力学信号传导机制及发现正畸临床辅助用药新靶点有重要意义。

背景及目的：肌动蛋白细丝桥梁蛋白（girders of actin filaments，Girdin）为新发现的细胞骨架相关蛋白，有报道在肿瘤细胞增殖及侵袭转移中起重要作用，但是否涉及口腔正畸过程中机械应力信号转导国际尚无定论。本项目重点就Girdin在机械应力信号转导中的作用做系列研究。方法：采用Forcel四点弯曲细胞力学加载仪，qRT-PCR，Western blot，免疫荧光染色等方法观察周期性牵张力对人牙周膜成纤维细胞（human periodontal ligament fibroblast，HPLF）及人成骨样细胞MG-63在周期性牵张力作用下Girdin、Akt表达情况；利用Girdin和Akt siRNA，研究静息条件下及周期性牵张力作用下Girdin或Akt相互磷酸化作用，及内源性Girdin和Akt在HPLF和MG-63细胞增殖及迁移中作用；针对机械牵张力升高Girdin的机制做进一步研究。结果：（1）HPLF及MG-63细胞在周期性牵张力作用下Girdin、Akt表达增加，其磷酸化形式pSer1416 Girdin和pSer473 Akt增加；（2）敲减Girdin后，静息条件下及周期性牵张力诱导的Akt磷酸化下降；而敲减Akt后，静息条件下及周期性牵张力诱导的Girdin磷酸化下降，说明Girdin及Akt对在静息条件下及周期性牵张力诱导的对方磷酸化活化重要；（3）体外MTT、Transwell实验证实Girdin及Akt均对HPLF及MG-63细胞的增殖及迁移能力重要；（4）近期有文献报道STAT3为Girdin转录的关键因子，另外STAT3也被认为广泛参与了机体炎症/损伤反应，我们的结果显示周期性牵张力可以上调STAT3蛋白表达及磷酸化水平，RNAi敲减STAT3抑制了基线水平及牵张力作用下Girdin表达增加，说明STAT3上调及活化可能是牵张力作用下Girdin水平增高的主要原因，另外STAT3的表达对HPLF及MG-63细胞的增殖及迁移能力重要，也从另一方面说明口腔正畸过程中保持一定程度的炎症反应可能对加快正畸过程有利。结论：本研究首次发现Girdin对在正畸力作用下上调，激活PI3K/Akt信号通路，从而诱导对牙周改建起重要作用的牙周膜成纤维和成骨细胞增殖迁移。该项目为机械应力转导机制提供了新的线索，有较好临床应用价值。