EGCG协同SDF-1α激活FIP200/自噬通路促进牙髓再生的实验研究

It is newly discovered that the FIP200/autophagy pathway positively regulates osteoblastic, neurogenic, and angiogenic process, thus arises as a promising trigger strategy for pulp regeneration. Evidence has indicated that epigallocatechin-3-gallate (EGCG), the main tea-derived polyphenol, powerfully activates the autophagy pathway. Our recent findings indicate that SDF-1α-loaded silk fibroin scaffold enhances autophagy and induces pulp-like tissue formation ectopically and in situ. However, there still remain several main concerns including high cytokine consumption, lack of innervations, and low success rate. Therefore, this project aims to comprehensively investigate the potential cooperative action of EGCG with SDF-1α activating FIP200/autophagy to facilitate pulp regeneration. Thus the thesis is devided into two parts: Part one is to determine the exact role of FIP200/autophagy pathway during biological behaviors of dental pulp stem cells by overexpression and siRNA knockdown of FIP200. Part two is to fabricate EGCG/SDF-1α dual loading silk fibroin scaffold, and investigate its pulp regenerative potential through nude mice transplantation model ectopically and canine mature root canal model in situ. Therefore, the present project may deepen molecular understanding and provide novel perspective of pulp regeneration.

新发现FIP200/自噬通路正向调控成骨、成神经及血管生成，可能作为牙髓再生的理想“扳机点”。EGCG (Epigallocatechin-3-gallate)作为茶叶中的一种主要多酚化合物，可强效激活自噬通路。我们前期研究发现，单纯负载SDF-1α的丝素蛋白支架可激活自噬并诱导牙髓样组织生成；但仍存在细胞因子用量大、缺乏神经支配及再生成功率低等问题。本课题提出“EGCG协同SDF-1α激活FIP200/自噬通路促进牙髓再生”的新假设，拟通过基因转染技术过表达和沉默牙髓干细胞中FIP200，研究FIP200/自噬通路对牙髓干细胞生物学行为的影响；制备EGCG/SDF-1α双释-丝素蛋白支架，应用裸鼠皮下牙根移植模型、犬成熟恒牙根管模型等，探讨EGCG协同SDF-1α激活FIP200/自噬通路促进牙髓再生的潜在效应和机制。本系列研究利于深入了解牙髓再生的机制，并为牙髓再生的实现提供新的思路。

课题组于2015年率先发现自噬参与调控牙髓干细胞及牙髓再生（Biomaterial, 2015），但其作用机制尚不明确。颅神经嵴干细胞作为一种独特的成体干细胞，主导口腔颅颌面组织形态发生。充分理解颅神经嵴干细胞的命运决定机制将为口腔颅颌面及牙髓再生的实现提供新的思路。本研究探讨了FIP200/自噬信号通路调控牙髓再生与颅神经嵴干细胞命运以及EGCG/SDF-1α的潜在干预效应。本研究发现：①小鼠牙胚发育过程，FIP200/自噬信号表现时空特异性激活；②裸鼠皮下牙髓再生模型再生的牙髓样组织存在FIP200/自噬信号表达；③应用Cre-LoxP系统首次开发建立颅神经嵴干细胞特异性过表达ACVR1的转基因小鼠，发现该小鼠存在多种颅颌面及牙发育缺陷表型，机制上则在于FIP200/自噬信号改变及颅神经嵴干细胞分化异常；④EGCG可协同SDF1α激活FIP200/自噬信号，促进牙髓干细胞迁移；⑤发表特邀综述，系统归纳牙髓再生的途径和临床应用前景，尤其对细胞归巢实现功能性牙髓再生深入阐述；⑥以第二作者参与撰写综述—基因编辑技术CRISPR/Cas9在颅颌面发育、疾病与再生中的应用未来。上述研究结果提示：FIP200/自噬信号参与调控牙发育和牙髓再生；I型BMP受体ACVR1通过调控FIP200/自噬信号，进而决定颅神经嵴干细胞命运；EGCG可协同SDF1α促进牙髓干细胞迁移，从而可能参与牙髓再生。通过本项目的研究工作，我们建成了多项技术平台，在牙发育及再生领域发表论文4篇，含SCI二区1篇以及在国际知名学术专著《Methods In Molecular Biology》编撰2个章节，并获密西根大学BioArt Travel Award奖励。