linc00311介导MSX1表达调控正畸牙移动骨改建的功能及机制研究

Alveolar bone remodeling is the biological basis of orthodontic tooth movement (OTM). It is coordinated by multiple hormones and cytokines through specific mechanical-signal transduction pathways. Osteoblasts are in a "central regulatory position", which derived from bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) after development. The current study confirmed that MSX1 gene exists in BMSCs, and can inhibit osteogenic differentiation of BMSCs, but the mechanism involving in bone remodeling during OTM has not been clarified. linc00311 might be interact with MSX1, but no further study. Our previous study indicated that linc00311 and MSX1 could express in normal lumbar bone marrow stromal cells, and both decreased after inducing osteogenesis, which it presumably that linc00311 and MSX1 may interact during OTM. We conduct to culture hBMSCs in vitro, and give periodically with force to explore the molecular mechanisms of linc00311 and MSX1 interaction by molecular biology, immunohistochemistry, flow cytometry and microarray analysis etc. This study is expected to explore the mechanism of bone remodeling in orthodontic tooth movement from a new perspective and provide new ideas for accelerating tooth movement.

牙槽骨改建是正畸牙移动的生物学基础，通过特定机械-信号传导途径，受到多个激素和细胞因子协同调节作用。成骨细胞的活动处于"中心调控地位"，发育完成后其主要来源于骨髓间充质干细胞（BMSCs）。目前研究证实MSX1基因表达于BMSCs，并可抑制干细胞成骨分化，但牙移动中参与骨改建调控国内外尚无报道。以往报道linc00311可能与MSX1相互作用，但并未进一步研究。课题组前期实验发现，正常人颌骨BMSCs中可见linc00311和MSX1的表达，诱导成骨后，二者表达均降低，推测linc00311可能通过MSX1调控牙移动成骨分化。我们拟体外培养人颌骨BMSCs并周期性加力，采用分子生物学、免疫组化、流式细胞技术、芯片分析等，验证linc00311和MSX1相互作用机制。本课题将从新视角探讨正畸牙移动中骨改建机制，以期为正畸加速牙移动提供新思路。

牙槽骨改建是正畸牙移动的生物学基础，通过特定机械-信号传导途径，受到多个激素和 细胞因子协同调节作用。成骨细胞的活动处于"中心调控地位"，发育完成后其主要来源于骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMMSCs）的成骨分化而来。BMMSCs分化潜能是牙槽骨改建发生的生物学基础。BMMSCs历来是骨组织工程研究中关键的“种子细胞”，其具有细胞来源丰富，易于扩大培养等优点。肌节同源盒基因1 (muscle segment homeobox gene 1，MSX1) 作为一种重要的转录因子，在胚胎发育的整个过程中均有表达，也表达于未分化的多能干细胞当中，在颌面部组织来源的BMMSCs中MSX1亦有很强的表达。本实验旨在通过建立体外牵张力加载模型，模拟正畸矫治力（牵张力）刺激下，人颌骨骨髓间充质干细胞（human jaw bone marrow mesenchymal stem cells，hjBMMSCs）成骨向分化的表现。体外建立机械牵张力模型，借助Flexcell-5000应力加载系统对hjBMMSCs施加周期性牵张力，RT-qPCR及Western Blot方法检验成骨相关基因（ALP、RUNX2、OCN）以及MSX1的表达情况，确定促进细胞成骨分化最适宜的加力形变参数；构建MSX1过表达的细胞系，RT-qPCR及Western Blot检测细胞受牵张力7 d后实验组与对照组成骨相关基因的表达差异。结果显示提取hjBMMSCs，符合干细胞形态特征且具有成骨分化能力，成骨诱导后可以稳定增殖。对hjBMMSCs施加5% 拉伸幅度，0.5 Hz, 6 h/day的机械牵张力细胞表现出的成骨能力更佳，且加力7 d时MSX1表达更高。hjBMMSCs中过表达MSX1，受牵张力刺激7 d时ALP染色、RT-qPCR及Western Blot的结果显示过表达MSX1后的细胞相比于对照组成骨相关基因（ALP、RUNX2）的表达增加。hjBMMSCs在周期性机械牵张力作用下成骨向分化，MSX1的表达水平在受到牵张力作用后显著增加；而MSX1可以促进hjBMMSCs在周期性牵张力作用下的成骨分化能力，有望于对正畸牙移动过程中骨组织的再生以及基因介导的干细胞治疗骨缺损等方面起到积极作用。