PHD2基因沉默后骨髓间充质干细胞修复炎症微环境状态下大鼠牙周组织缺损的研究

Hypoxia inducible factors (HIFs) can regulate the expression of a series of downstream inflammatory pathways and angiogenic factors . HIF-1 is a major transcriptor of HIFs, composed of α and β subunits. Prolyl hydroxylase domain-containing protein 2 (PHD2) is the main catabolic enzyme for HIF-1α, and can accelerate its degradation under normoxic conditions. The level of PHD-2 expression in bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) is down-regulated under normoxic conditions via lentiviral vector-mediated RNA interference in this study, to promote HIF-1α accumulation. Simultaneous use of Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide (Pg-LPS) to construct local inflammatory microenvironment in rat periodontal tissue. An SD rat model with periodontal fenestration defects under the condition of inflammatory microenvironment is constructed, and a tissue-engineered compound using BMMSCs’ compound collagen membrane (after PHD2 gene silencing) is implanted into the defect site, to validate its effects on periodontal tissue defect repair.

乏氧诱导因子（HIFs）能调控下游一系列炎症通路及成血管相关生长因子的表达，其中HIF-1是HIFs中起主要作用的转录因子，由α和β两个亚基构成。脯氨酸羟化酶-2（prolyl hydroxylase 2，PHD2）是HIF-1α的主要降解酶。在本研究中，我们试图利用慢病毒载体介导的RNA干扰技术，在常氧条件下，下调SD大鼠骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells, BMMSCs）中PHD2的表达水平以利于HIF-1α的累计，同时使用牙龈卟啉单胞菌脂多糖内毒素构建大鼠牙周组织局部炎症微环境状态。将PHD2基因沉默的BMMSCs复合胶原膜所构建的组织工程化复合物，植入到局部炎症微环境状态下所构建的SD大鼠牙周急性缺损模型中，以此来验证PHD2基因沉默是否能在炎症微环境状态下促进骨髓间充质干细胞对大鼠牙周缺损组织的修复。

牙周炎是一种常见的口腔疾病，骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells, BMMSCs）由于其在干细胞治疗中的巨大潜能，被认为是一种可用于组织修复的种子细胞，然而受局部炎症环境刺激其生物学特性会发生改变。低氧诱导因子HIF-1（hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）介导的缺氧通路可改善炎症反应并促进血管形成和骨再生，而脯氨酸羟化酶-2（prolyl hydroxylase domain 2, PHD2）是HIF-1α在常氧状态下的主要降解酶。本项目通过慢病毒感染骨髓间充质干细胞沉默PHD2 基因利于 HIF-1α在常氧条件下的累计，旨在观察PHD2基因沉默在炎症环境下促进大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化及在大鼠牙周炎模型中促进牙周组织再生的作用。研究结果表明低浓度的P.g LPS可以用来模拟BMMSCs体外炎症环境，慢病毒介导的RNA干扰技术可以使骨髓间充质干细胞PHD2基因沉默和低氧诱导因子HIF-1稳定表达，并促进其成骨分化。体外炎症环境下，PHD2基因沉默的BMMSCs中VEGF表达升高和成骨分化增强。VEGF-VEGFR通路在PHD2基因沉默促进炎症微环境下BMMSCs成骨分化进程中可能发挥了重要作用。局部注射PHD2基因沉默的BMMSCs可以通过增加HIF-1α和VEGF的表达有效地减轻大鼠牙周组织炎症和牙槽骨吸收。本项目研究结果为未来临床牙周炎患者牙周组织再生修复提供了新的研究思路。