张应力刺激下rhPDGF-BB调控脂肪干细胞成骨分化用于骨缺损修复的实验研究

Recombinant human platelet-derived growth factor (rhPDGF-BB) is a multifunctional growth factor with the potential of promoting cell proliferation，osteogenic differentiation and angiogenesis for maxillofacial bone regeneration and reconstruction. Mechanical loading is also a critical stimulus in maxillofacial bone regeneration. In our previous study, it was shown that rhPDGF-BB promoted ADSCs proliferation and osteogenic differentiation and suppressed adipogenic differentiation in vitro via ERK pathway activation. And the tissue-engineered bone composite using Silk/PDGF-BB/ADSC can obtain satisfactory new bone formation in rat calvarial bone defect repair in vivo. However, it remains unclear whether rhPDGF-BB is also involved in recruitment, angiogenic differentiation of ADSCs and the mechanism. Besides, whether rhPDGF-BB can strengthen the osteogenesis effect of ADSCs under mechanical stimulation, thus repairing ovariectomized rat calvarial defect with good effect is yet to be clear. Based on previous findings, we will investigate the effect of tensile mechanical stress on osteogenic differentiation of rat ADSCs and explored whether the osteogenic related pathway might be involved. We further evaluated whether the effect of rhPDGF-BB on the proliferation, osteogenesis, recruitment and angiogenesis of ADSCs under tensile stress stimulation is enhanced. Finally, we evaluated whether ADSCs associated with rhPDGF-BB could promote bone regeneration in a critical-size calvarial defect model in ovariectomized rats. This study will shed light on new therapy targets for maxillofacial bone regeneration.

重组人血小板衍生生长因子(rhPDGF-BB)是促进颌面部骨缺损再生与重建的多功能生长因子，能有效促进细胞增殖、成骨和成血管。力学刺激也是颌面部骨缺损修复的重要刺激因素。前期研究证实rhPDGF-BB通过激活ERK信号通路促进ADSCs增殖、成骨，抑制成脂；且组织工程骨(丝蛋白/ADSCs/PDGF-BB)在大鼠颅骨缺损修复中有显著成骨效果。但对于rhPDGF-BB在ADSCs募集细胞、成血管分化效应及机制方面不清楚，且在机械力刺激下能否加强rhPDGF-BB对ADSCs成骨效应，进而修复骨质疏松（OVX）大鼠颅骨缺损有待明确。本课题将在前期工作基础上研究张应力刺激对ADSCs成骨分化效应以及成骨相关信号通路是否参与其中，并进一步研究张应力刺激下rhPDGF-BB对ADSCs增殖、成骨、募集及成血管分化是否增强；最终研究修复OVX大鼠颅骨缺损的成骨效应和机制，为颌面部骨缺损修复提供新的思路

正畸治疗过程中，牙齿在正畸力的作用下发生移动，其生物学基础在于在应力刺激下牙周组织的改建，即压应力侧牙槽骨发生骨吸收，张应力侧发生骨形成。正畸力经牙齿传递到牙周组织，而牙周膜在这一过程中起到了纽带的作用。其中，牙周膜成纤维细胞（PDLFs）具有力学敏感性，可以感知应力，并将力学刺激转化为胞内信号，从而介导牙周膜和牙槽骨的重塑。血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB）是多功能生长因子，它对成纤维细胞、周细胞、干细胞等具有促分裂作用和趋化性，在体内创伤愈合和组织修复过程中发挥至关重要的作用。PDGF-BB通过结合其受体PDGFRα或β来激活下游信号通路，从而发挥生物学作用。而PDGFRβ在成纤维细胞中广泛表达，但是在正畸牙移动过程中，在张应力刺激下牙周膜中成纤维细胞是否对PDGF-BB有反应，并参与张应力侧的骨再生过程仍不清楚。.我们构建大鼠正畸牙移动模型观察在张应力侧PDGF-BB与牙周膜成纤维细胞之间的关系。我们确定在正畸牙移动过程中张应力刺激牙周膜细胞诱导成骨分化，促进新骨形成。且张应力侧PDGF-BB、α-SMA以及PDGFRβ的表达明显上调。通过生信分析发现在应力刺激下，JAK/STAT3信号通路可能被PDGFRβ激活。在体内实验发现，加入了PDGFRβ和JAK2/STAT3信号通路抑制剂imatinib和AG490后，的确可以减缓正畸牙移动速度，抑制张应力侧成骨分化和骨形成，同时PDGFRβ、p-JAK2及p-STAT3的表达受到抑制。体外实验发现在外源性PDGF-BB因子刺激后，两种细胞中PDGFRβ、p-JAK2以及p-STAT3的表达水平都有所上调，但是加力组相比于对照组显著上调。.本实验研究表明在正畸牙移动过程中，在张应力刺激下上调PDGF-BB、PDGFRβ的表达，PDGF-BB结合PDGFRβ阳性的牙周膜成纤维细胞，从而激活下游JAK2/STAT3信号通路，来参与调节张应力侧骨形成过程。本研究揭示了正畸牙移动过程中牙周膜成纤维细胞对力学刺激的信号转导机制，为加速临床正畸治疗提供了新的思路。