内质网应激对高糖环境下牙周膜干细胞成骨分化的调节机制研究

Diabetic periodontitis usually cause more severe inflammatory response and alveolar bone destruction than simple periodontitis, and is insensitive to routine periodontal treatment. Periodontal ligament stem cells (PDLSCs), which are the key cells to maintain the structure and function of periodontal tissue, exhibited good osteoblastic and cementoblastic differentiation capacitiy. Nevertheless, their osteoblastic differentiation capacitiy could be attenuated by high glucose condition, and the mechanism is still unknown. Endoplasmic reticulum stress (ER stress) is a protective reaction to maintain cellular homeostasis, which could be activated in diabetes and participate in regulating osteoblastic differentiation capacitiy of PDLSCs. Meanwhile, we have confirmed that ER stress was involved in the osteoblastic differentiation capacitiy attenuation of PDLSCs in inflammatory microenvironment. However, there is no report on the influence of ER stress on osteogenesis of PDLSCs in high glucose condition. This project is to investigate the role of ER stress in the regulatory mechanism for osteogenic differentiation ability of PDLSCs in high glucose condition, and to provide theoretical and experimental basis in surpression of periodontal tissue distruction in high glucose conditon and treatment of diabetic periodontitis via ER stress.

伴糖尿病的慢性牙周炎常较单纯牙周炎有更为严重的炎症反应及牙槽骨破坏，且对常规牙周治疗反应不佳。牙周膜干细胞（PDLSCs）是维持牙周组织结构和功能的关键细胞，其在体外有良好的成骨和成牙骨质能力，而在高糖环境中，其成骨能力明显降低，其中机理尚不明确。内质网应激（ER stress) 是细胞的保护性应激反应，在糖尿病患者体内可被激活，且可参与调控PDLSCs的成骨能力，我们前期也已证实其参与了炎症环境中PDLSCs成骨能力的下降。然而，内质网应激是否参与了高糖环境中PDLSCs成骨能力改变尚无相关报道。本课题拟系统研究内质网应激在高糖环境中PDLSCs成骨分化的调控机制，为通过内质网应激来抑制高糖环境下的牙周组织破坏，治疗伴糖尿病的牙周炎提供理论依据和实验基础。

伴糖尿病的慢性牙周炎常较单纯牙周炎有更为严重的炎症反应及牙槽骨破坏，且对常规牙周治疗反应不佳。牙周膜干细胞（PDLSCs）在体外有良好的成骨和成牙骨质能力，而在高糖环境中，其成骨能力明显降低。目前对高糖环境改变PDLSCs成骨能力的机制研究多限于各种信号通路和分子上，找到这些因子上游细胞器水平的相关调控机制将具有更强的可操作性。内质网应激（ER stress) 是细胞的保护性应激反应，在糖尿病患者体内可被激活，且可参与调控PDLSCs的成骨能力。本课题系统研究了内质网应激在高糖环境中PDLSCs成骨分化的调控机制，发现伴糖尿病的牙周炎症组织中，内质网应激三条通路ATF6、PERK和IRE1均被激活；在从伴糖尿病的牙周炎患牙根面残留牙周膜组织中分离培养出了dPDLSCs，发现其具有间充质干细胞的表面标志物表达，但其克隆形成能力及成骨、成脂能力明显弱于单纯牙周炎症组织中提取的iPDLSCs，更低于健康牙周膜来源的PDLSCs。在体外高糖环境中，随着D-葡萄糖浓度的增高，PDLSCs的成骨能力依次下降，在25mmol/L D-葡萄糖刺激时成骨能力最低，且在刺激细胞6h时，内质网应激及其3条下游通路即已被激活。在使用GRP78 shRNA慢病毒转染阻断内质网应激反应后，在D-葡萄糖浓度为25mmol/L的高糖环境下，原本降低的PDLSCs的成骨能力得到恢复。由此可知内质网应激反应参与了高糖状态下PDLSCs成骨能力下降的变化过程。本研究首次在信号通路上游层面从细胞器水平的全新角度提出了内质网应激状态是高糖环境下PDLSCs成骨分化的重要调控因素，是伴糖尿病的牙周炎病情发展中重要的调节机制，为通过内质网应激来抑制高糖环境下的牙周组织破坏，治疗伴糖尿病的牙周炎提供了理论依据和实验基础。相关结论有待经体内实验和对内质网应激下游通路的深入研究进一步确认。