在炎症微环境作用下Wnt信号通路调控牙周膜干细胞成骨分化的研究

The maintenance and regulation of normally quiescent stem cell populations is tightly controlled by the local microenvironment, according to the requirements of the host tissue. Inflammatory cytokines suppress tissue regeneration in bone marrow pluripotent mesenchymal stem cells. Human periodontal ligament tissue-derived mesenchymal stem cells (PDLSCs) play an important role of periodontal tissue regeneration. Periodontitis damages both soft tissues and alveolar bone thus to achieve successful periodontal regeneration, the restoration of alveolar bone height is required. There is variety of molecular signaling pathway regulats tissue regeneration by stem cells.Both the canonical and the non-canonical Wnt signaling pathway play an important role in the progression of bone regeneration. Our present studies suggested that there was a dynamic balance between the Wnt/β-catenin and Wnt/Ca2+ singnaling pathway during the osteogenic differentiationof stem cells. High levels of β-catenin induce proliferation but reduces differentiation potentials of PDLSCs inflammatory microenvironments.Therefor，it is necessary to find out the changes in PDLSCs under inflammatory microenvironment and clarify the mechanism of Wnt singaling pathyway in regulating the osteogenic differentiation along with the relationship between the canonical Wnt/β-catenin and noncanonical Wnt pathway during the bone formation process conducted MSCs from inflammatory microenvironments.Our aim is to rescue the PDLSCs in inflammatory microenvironment through the regulation of Wnt signaling pathway.

炎症微环境影响内源性干细胞介导的组织再生日益受到关注。牙周膜干细胞（PDLSCs）是牙周组织再生的重要细胞，在炎症条件下PDLSCs再生能力下降。牙周炎主要造成牙槽骨损伤，因此，骨再生是牙周病治疗的关键。干细胞参与组织再生受多种分子信号通路调控，其中经典与非经典Wnt信号通路在骨再生过程中均发挥重要作用。我们前期研究发现Wnt经典与非经典信号通路在干细胞骨向分化过程中存在一种动态平衡，但炎症微环境可激活 Wnt经典信号通路，从而打破了这种平衡关系，导致PDLSCs增殖能力增强但成骨分化能力降低。 本项目拟在前期研究基础上确定炎症微环境对PDLSCs生物学功能的影响，研究炎症微环境对PDLSCs分化中Wnt经典与非经典信号通路的调控机制及相互作用，在此基础上建立通过调控Wnt信号通路恢复炎症微环境作用下PDLSCs再生能力的方法，为修复牙周炎组织缺损提供新的理论和方法。

目前牙周病的发病率高达 85%～90%。牙周病表现为牙周支持组织破坏，最终导致牙齿松动脱落。牙周病不仅是牙齿缺失的主要病因，还与糖尿病、心血管疾病等多种疾病的发生发展密切相关。传统方法对已破坏的牙周组织再生修复成为难题，牙周膜干细胞(PDLSCs)是牙周组织再生的重要细胞，牙周组织内干细胞的动态平衡及其分化是牙周组织再生修复的生物学基础，但炎症微环境影响了干细胞的再生能力。我们成功分离培养获得了正常组织来源牙周膜干细胞（H-PDLSCs ）炎症组织来源的牙周膜干细胞（P-PDLSCs），通过与正常细胞对比发现炎症影响下牙周膜干细胞的增殖能力增强但分化能力降低。结合前期的研究结果我们推测炎症影响下干细胞Wnt经典信号通路被激活是导致干细胞骨向分化能力降低的重要原因。本项目的研究结果证实Wnt经典与非经典信号通路在干细胞的骨向分化过程中均发挥重要作用。Wnt经典信号通路的增强，非经典信号通路的减弱是P-PDLSCs骨向分化能力降低的重要原因。在慢性炎症微环境中非经典 Wnt 信号通路参与牙周膜干细胞的成骨分化，Wnt / Ca2+通路中 CaMKII NLK 蛋白与干细胞成骨分化正相关；与非经典Wnt / Ca2+通路密切相关的蛋白P38MAPK参与细胞的炎性反应，抑制p38后炎症微环境作用下PDLSCs 的成骨分化能力也被显著抑制，同时，Wnt关键蛋白GSK3β的磷酸化可影响Wnt通路抑制PDLSCs 成骨分化；炎症微环境作用下经典/非经典Wnt通路在牙周膜干细胞成骨分化过程中均发挥重要作用，SiRNA抑制β-catenin 可增强非经典Wnt/Ca2+ 通路从而促进干细胞的成骨分化；过表达β-catenin对H-PDLSCs成骨分化能力的影响远高于对P-PDLSCs的影响。上述结果表明通过靶向抑制炎症微环境作用下干细胞中β-catenin蛋白，在成骨条件下可有效的上调非经典Wnt信号通路的活化水平，恢复Wnt经典与非经典信号通路的平衡，进而恢复炎症组织来源干细胞的成骨分化能力。本研究不仅加深认识微环境对干细胞的调控作用，而且提示可以通过调控Wnt信号通路改变炎症微环境作用下干细胞的骨向分化能力，为寻求牙周炎、骨关节炎等慢性炎症疾病诊治的新策略提供新的理论和实验依据。