自噬调控炎症环境下牙周膜干细胞生物学特性的分子机制及其在牙周再生中的作用

Periodontal ligament stem cells (PDLCSs) play an important role in periodontal regeneration. However, this capacity was reduced significantly in inflammation environment.Autophagy is a catabolic process involving the degradation of a cell's own components through the lysosomal machinery. It plays an important role in maintain internal environment stably. Recently, numberous researches proved autophagy has close relationship with inflammation. However, the mechanism between autophagy and biological characteristic of PDLSCs as well as periodontal regeneration in inflammation environment is not yet fully understood. Our team found that the muti-differentiation ability of PDLCSs were decreased obviously in inflammation environment. Autophagic activity declined at the same time. In this study, in vitro and in vivo experiments were used to research the relationship between autophagy and biological characteristic of PDLSCs; regulatory mechansim between autophagy and periodontal regeneration; and the treatment effect of regulating autophagy in periodontitis animal model. According to the results, we want to elucidate the regulatory loop among autophagy, signaling pathways and biology characteristic of stem cells clearly. Our research not only provides a new treatment for periodontal regeneration in periodontitis via autophagy regulation, but also offers a good method for curing other inflammation related diseases, such as osteoporosis. Moreover, the autophagy related content are broadened through our study either. Therefore, our research has important theoretical and clinical significance.

牙周膜干细胞（PDLSCs）是牙周组织再生的重要细胞，在牙周炎侵袭后PDLSCs再生能力明显下降。自噬的主要功能是清除细胞内多余的蛋白质以维持细胞内环境的稳态，大量研究表明炎症与自噬密切相关。然而自噬是否能够影响炎症微环境下PDLSCs的生物学特性从而影响其再生能力尚不明确。本课题组前期研究发现牙周炎微环境中，PDLSCs多向分化能力下降，同时细胞自噬下降。因此，本课题从炎症微环境对PDLSCs自噬水平的作用、自噬对PDLSCs再生能力的影响、自噬调控PDLSCs生物学特性的可能机制以及调控自噬对牙周炎动物模型的治疗四个方面探讨自噬与干细胞生物学特性之间的关系及分子机制。本研究不但能为改变自噬水平恢复炎症环境下牙周再生能力提供理论依据，而且对于认识和治疗其他慢性炎症特征的人体疾病，如骨关节炎、骨质疏松等有重要的借鉴意义，同时丰富了自噬与炎症相关的研究内容，具有重要的理论与临床意义。

干细胞是组织再生的重要细胞，然而炎症组织中干细胞再生能力明显下降。自噬的主要功能是清除细胞内多余蛋白质以维持细胞内环境的稳态，大量研究表明炎症与自噬密切相关。然而自噬是否能够影响炎症微环境下干细胞生物学特性从而影响其修复组织的能力尚不明确。基于此问题，本实验展开了以下研究工作：① 比较人牙周膜干细胞（PDLSC）、人颌骨骨髓间充质干细胞（JBMMSC）、人成纤维细胞（HFC）在体外炎性环境下自噬、凋亡的差异，结果表明PDLSC、JBMMSC在TNF-α刺激下自噬水平增加、凋亡不显著，而HFC自噬水平变化不显著，凋亡明显，提示自噬对抑制细胞凋亡的保护作用。② 比较PDLSC、JBMMSC、HFC修复皮肤缺损的能力及调控自噬后细胞修复能力的变化，结果表明JBMMSC修复缺损能力优于HFC,且后者优于PDLSC, 此外经体外激活自噬的细胞注射后能够加速皮肤缺损的愈合，并且在体内存活的细胞数量增加。③选取治疗效果最优的JBMMSC进行研究，培养健康来源的JBMMSC（H-JBMMSC）和炎症来源的JBMMSC（P-JBMMSC），结果表明P-JBMMSC增殖能力、成骨分化能力下降，同时其修复皮肤缺损愈合及其在体外促进内皮细胞（EC）的成管腔能力也较H-JBMMSC下降。④为研究H-JBMMSC和P-JBMMSC修复组织缺损能力差别的原因，进一步对比两者自噬水平发现后者自噬水平下降；进而对JBMMSC分别以rapamycin激活自噬、以siBeclin1抑制自噬进行皮肤缺损治疗，结果表明激活自噬后的JBMMSC促进缺损愈合及缺损周围新生血管，抑制自噬的JBMMSC则相反。此外，将自噬水平被干预的JBMMSC与EC共培养，结果表明下调了自噬的JBMMSC抑制EC管腔形成。⑤激活JBMMSC自噬后，细胞合成及分泌VEGF增多，而沉默JBMMSC自噬后反之。⑥激活JBMMSC自噬后，ERK、P-ERK水平增加，Co-IP结果表明ERK与自噬相关蛋白LC3之间存在结合状态。使用ERK抑制剂U0126显著抑制了rapamycin促进JBMMSC分泌VEGF的作用，表明rapamycin是通过ERK通路促进JBMMSC分泌VEGF的。⑦使用si-VEGF在JBMMSC中沉默VEGF基因，其促EC成管腔及皮肤缺损愈合能力明显减弱。 ⑧ SCI论文4篇，总计影响因子19.604，其中IF>5