p53介导自噬在钛种植体表面微纳米形貌通过巨噬细胞调控BMSCs成骨分化中的作用机制

Surface morphology is an important factor for early implant osseointegration, and host immune response to implant is responsible for osteogenic activity difference. Our previous published article showed that micro-nanostructured titanium surfaces significantly promote bone formation and implant osseointegration. However, is the osteogenic differentiation regulated by micro-nanostructured titanium surfaces via immune cell differentiation? If so, what’s the mechanism? Our previous study found that micro-nanostructured titanium surfaces directly and indirectly promote osteogenic differentiation of BMSCs via macrophages, expression of p53 is reduced but autophagy is activated in osteogenic process. We hereby put forward a scientific hypothesis: micro-nanostructured titanium surfaces promote M1/M2 polarization and osteogenic factors secretion of macrophages, and further promote osteogenic differentiation of BMSCs via p53 mediated autophagy activation. Our study intends to use rabbit calvarial bone models, co-culture system, plasmid construction and transduction and other methods to explore the key role of p53 mediated autophagy in osteogenic differentiation of BMSCs regulated by micro-nanostructured titanium surfaces via macrophages, and will help to provide novel therapeutic target for early implant osseointegration.

种植体表面形貌是影响种植体早期骨结合的主要因素，而宿主对种植体的炎症免疫反应是导致体内外成骨活性差异的重要原因。我们前期已发表文章证明钛表面微纳米形貌显著促进前成骨细胞成骨分化与种植体骨结合。那么，钛表面微纳米形貌是否介导免疫细胞分化进而调节成骨？机制是什么？近期预实验我们发现，钛表面微纳米形貌可直接诱导BMSCs成骨分化，也可以作用于巨噬细胞后间接调控BMSCs成骨分化。BMSCs成骨分化过程中p53表达下降,自噬激活。据此我们提出科学假设：钛表面微纳米形貌诱导巨噬细胞M1/M2极化及其成骨因子分泌，通过激活p53介导的自噬信号通路促进BMSCs成骨分化。本项目拟采用新西兰兔颅骨模型、共培养体系、质粒构建及转导等工具，阐明p53介导的自噬在钛表面微纳米形貌通过巨噬细胞调控BMSCs成骨分化中的关键作用，为寻找早期种植体骨结合治疗靶点提供科学依据。

牙科种植术是牙缺失的重要治疗手段之一，然而种植体骨结合时间长以及因骨结合不良所引起种植体失败等问题对于种植体的临床应用仍具有巨大挑战。种植体材料的表面形貌可直接调控种植体骨结合和成骨效能，然而，而宿主对种植体的炎症免疫反应是导致成骨活性差异的重要原因。. 我们前期已发表文章证明钛表面微纳米形貌显著促进前成骨细胞成骨与骨结合。在本研究中，我们通过分析钛表面微纳米形貌促进骨髓间充质干细胞(BMSCs)成骨分化的分子机制通路，从而找到促进早期骨整合的治疗靶点。我们证实miR-23a在纳米钛表面BMSCs成骨分化过程中显著下调。miR-23a的升高抑制BMSCs的成骨分化，miR-23a的降低增强了这一过程。此外，我们还观察到CXCL12是miR-23a的直接靶点，CXCL12的敲除抑制了纳米管Ti诱导的BMSCs成骨分化，类似于miR-23a的上调作用。因此，我们的研究结果表明，miR-23a通过靶向CXCL12在纳米钛表面培养的BMSCs成骨分化中起着至关重要的作用，这可能为骨整合提供新的临床治疗方法。. 此外，通过比较各组钛表面形貌对BMSCs与牙周膜成纤维细胞(PDLCs)增殖、凋亡与成骨分化之间的差异，我们证实钛表面微纳米形貌可促进PDLC增殖与成骨分化，钛表面微纳米形貌通过下调p53促进rBMSCs成骨分化，钛表面微纳米形貌可促进rBMSCs增殖与成骨分化。由此，我们挑选能显著促进骨整合以及牙龈软组织封闭的表面形貌。进一步研究发现，钛表面微纳米形貌可促进PDLC、BMSCs增殖与成骨分化。喷砂碱热组钛表面微纳米形貌较阳极氧化组显著促进PDLCs增殖与成骨分化，该过程可能与其良好的亲水性有关。. 最后，由于牙周组织的良好状态对牙齿以及种植体的预后密切相关，本课题组也对低氧环境对牙周炎的进展、PDLCs凋亡及其对凋亡相关蛋白表达、PDLCs成骨分化进行了分析。我们发现，低氧能通过上调HIF-1α表达抑制PDLCs成骨分化。低氧能促进PDLCs形态变化、凋亡及凋亡相关蛋白的表达。低氧能通过上调HIF-1α表达抑制PDLCs增殖并促进其凋亡。