力学刺激对种植体表面破骨相关细胞行为的影响及机理研究

Improving osseointegration to shorten the treatment period is the focus of modern oral implant research. Osseointegration is the synthetic effect of osteoblast-osteoclast cell behavior, which can also not be separated from biomechanical environment. It is fundamental and necessary to optimize the rate and quality of osseointegration under the condition of mechanical stimulation. However, the existing research always use the "biomaterial → cell" model,which ignores the key factor of mechanical stimuli. There are limited studies about the combined effect and mechanism of mechanical stimulation with titanium materials on the role of cells. Our preliminary study showed the effect and molecular mechanism of mechanical stimuli on osteoblasts in osseointegration. In this study, we are going to use the "RANKL-RANK pathway → NF-κB ← P2X receptor" as the starting point, establish the model of mechanical stimuli inducing osteoclastic activity, and study the effects of different mechanical stimuli on osteoclast converts around osseointegration in early stage and its related signal transduction mechanism. The results of this project will provide crucial evidences for the possibility of improving osseointegration by mechanical stimuli.

提高种植体骨结合性能以缩短治疗周期，是现代口腔种植的研究热点。骨结合是成骨与破骨细胞行为共同作用的结果，其不能与生物力学环境相分离，实现力学刺激条件下骨结合速度和质量的优化是缩短种植治疗周期的必要前提。然而，现有研究多采用“生物材料→细胞”模式，忽视力学刺激这一关键因素，对力学刺激与钛材料共同作用于细胞的效应及相关分子机制的研究鲜见。本课题在前期初步明确力学刺激促进成骨作用的效应及分子机制的研究基础上，进一步以“RANKL-RANK途径→NF-κB←P2X受体”作为切入点，建立力学刺激诱导破骨作用的体外细胞加力模型体系，研究力学刺激与钛材料对骨结合相关细胞破骨分化的共同作用与分子机制；进而结合该模型深入研究不同力学刺激对骨结合相关细胞成骨和破骨转变的交互作用，并对其信号传导机制进行初步探索。为从力学角度考虑种植体设计和促进更快更好骨结合，甚至从力学角度促进骨再生提供理论依据。

背景：与传统种植相比即刻种植缩减了无负载愈合过程，提升了就诊满意程度，逐渐成为口腔种植修复中常用的治疗方案。然而研究证明这种负载方法可能引起边缘骨吸收的同时增加了骨结合的失败率，但是机制未明。因此深入研究应力刺激在骨结合早期对成骨细胞和破骨细胞的交互作用机制，对于快速促进种植体周围骨结合有重要的价值。方法：高通量测序寻找拉力刺激下成骨细胞（MC3T3-E1）外泌体内差异 circRNA。具体来说，体内外实验验证差异上调分子 circ_0008542 在破骨细胞骨吸收中的功能。结果：MC3T3-E1 细胞外泌体在拉力（20%振幅/1Hz/24h）作用下促进破骨细胞骨吸收；外泌体内 circ_0008542 通过与 miR-185-5p 的分子海绵作用促进破骨细胞内 RANK 基因表达上调；拉力促使 circ_0008542 1916-1992 bp 片段的 m6A 甲基化水平上调；抑制RNA甲基化酶METTL3和过表达RNA去甲基化酶ALKBH5逆转了 由 circ_0008542 引起的破骨细胞骨吸收；尾静脉注射包含circ_0008542+ALKBH5 的外泌体在体内起到相同效果；点突变实验发现circ_0008542 1956 bp的 m6A甲基化功能位点参与了上述生物学功能。结论：RNA 甲基化酶 METTL3 作用于 circ_0008542 1956 bp 的 m6A 甲基化功能位点，促进 circ_0008542 竞争性结合 miR-185-5p，导致靶基因 RANK 升高，引起破骨细胞骨吸收。相反 RNA 去甲基化酶 ALKBH5 通过相同位点抑制circ_0008542 与 miR-185-5p 结合，纠正骨吸收过程。本研究发现通过外泌体释放ALKBH5 可以增强即刻种植体对外力刺激的抵抗性，对未来的即刻种植等临床应用转化具有重要的指导意义。