周期性牵张力下HIF-1α和Wnt/β-catenin信号传导通路对ST2细胞向成骨分化的影响
背景:
在正畸治疗的过程中,机械矫治力作用于牙周组织,牙周膜中血管受压血流量变少,导致牙周组织缺血,氧分压下降,局部微环境低氧,刺激成骨细胞活动,新骨沉积;破骨细胞形成,骨质吸收,牙齿移动到适宜的位置。在这个过程中,成骨细胞的活动是骨改建的核心内容,它起源于多能的骨髓间充质细胞(BMSCs)。ST2细胞株是从BC8小鼠骨髓中分离出来的一种间质细胞株,具有骨髓间充质干细胞的特点,在特定的体内外微环境条件下,可以分化为成骨细胞。在低氧的条件下最显著的影响因子是低氧诱导因子-1α(HIF-1α),是细胞对低氧环境进行适应的调节因子。大量的实验和临床研究证明,在骨质改建或者重建的过程中,HIF-1α起着关键的作用。Wnts家族是一种分泌性糖蛋白,参与细胞的生存、分化和发育,具有抑制脂肪形成促进成骨的作用,是目前成骨分化信号传导通路领域研究的热点之一。当肿瘤细胞处于低氧环境时,HIF-1α活性增强,调节Wnt通路的目的基因和信号通路中一系列因子表达增高,细胞对Wnt/β-catenin信号传导通路的敏感性增强,使细胞适应低氧环境。但是在正畸加力过程中,BMSCs也处于低氧环境,HIF-1α及Wnt/β-catenin对BMSCs向成骨方向分化的调节机制尚不清楚。
目的:
本项目建立ST2细胞的体外受力模型和去铁胺(DFO)模拟化学低氧环境,对细胞施加最适牵张力,应用MTT法观察细胞增殖活性变化,借助免疫组化和RT-PCR研究周期性牵张力作用下ST2细胞向成骨方向分化的早期标志ALP的表达,HIF-1α与Wnt/β-catenin及其下游调控基因的表达。明确周期性牵张力下Wnt/β-catenin和HIF-1α对ST2细胞成骨分化的作用,探讨正畸牙齿移动过程中牙槽骨改建的分子生物学机制,为正畸临床施力提供理论基础。
方法:
1.体外培养ST2细胞,构建体外ST2细胞的力学刺激模型和模拟化学低氧环境。
2.常氧和低氧环境下,对细胞施加最适周期性牵张力,采用免疫组化和RT-PCR检测ALP、HIF-1α与Wnt/β-catenin通路中基因的表达情况。
3.应用SPSS11.0统计软件包对实验数据进行统计学分析。
结果:
1.拉伸率为15％,频率为0.25 Hz的周期性牵张力可以促进ST2细胞的增殖,增殖活性与施力时间有关;本实验采用DFO模拟化学低氧环境可以促进ST2细胞的增殖,增殖活性与低氧持续时间有关。
2.加力组与未加力组相比,前者的HIF-1α mRNA比后者高。
3.加力组ALP mRNA的表达均比对照组高,加力12 h后,ALP mRNA表达增高,到48 h达到高峰,然后下降。
4.RT-PCR检测到Wnt/β-catenin通路的基因中GSK-3β在各组中均有表达,化学模拟低氧环境下,加力组的GSK-3βmRNA表达量与HIF-1α mRNA和ALP的表达量有负相关关系(P<0.05);β-catenin、LRP-5和RUNX2在加力组和对照组也有表达,随着加力时间的延长,表达增高,在48h达到高峰。
5.免疫组化检测HIF-1α蛋白表达:在化学模拟低氧环境和常氧条件下,分别对细胞施加不同的加力时间,HIF-1α蛋白在各组细胞中均有表达,在胞质和胞核中出现棕黄色颗粒,阳性密度均很高。
结论:
1.拉伸率为15％、频率为0.25 Hz的周期性牵张力和浓度为130μmol/L的DFO模拟化学低氧环境可促进ST2细胞的增殖和成骨分化。
2.加力可以促进HIF-1α表达的增多,周期性牵张力促进成骨分化与HIF-1α有关。
3.HIF-1α与Wnt/β-catenin信号通路是参与调控周期性牵张力下BMSCs向成骨方向分化的重要通路之一,HIF-1α可能是通过调节GSK-3β、β-catenin、LRP-5和RUNX2来调节BMSCs的成骨分化。
口腔正畸;骨髓间充质干细胞;ST2细胞;成骨分化;周期性牵张力;低氧诱导因子-1α;信号传导通路
山东大学
硕士
口腔临床医学
刘东旭;袁晓
2011
中文
R783.5
55
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）