在口腔正畸學專業中，可拆卸或固定的正畸矯治器用于治療牙齒咬合不正，將錯位的牙齒移動到正確的位置。機械正畸力在牙周韌帶的不同區域產生壓縮和張力區域。張力區的特點是骨形成增加，而骨吸收過程發生在壓力區。人牙周膜 (hPDL) 成纖維細胞是牙周韌帶內的主要細胞。這些細胞在正畸牙齒移動 (OTM)過程中發揮著重要的調節作用，因此在基礎正畸研究中得到了深入研究，特別是關于它們對壓力或正畸張力或牙周病原體及其毒素的反應。

在正畸力施加期間，牙周韌帶的受壓區域中，hPDL 成纖維細胞發生機械變形（機械轉導），因此細胞膜中的機械敏感受體和離子通道可能受到刺激。 另一方面，在OTM 期間伴隨的血管壓縮會擾亂牙周韌帶受壓區域的循環，減少PDL 內的局部氧氣供應（缺氧）。據推測，這種局部氧氣供應的減少可能在正畸牙齒移動的細胞調節中發揮重要作用。

雖然之前已經研究過在機械負荷下由 hPDL 成纖維細胞介導的 OTM 的分子和細胞過程，但目前尚不清楚這些過程是否主要由正畸力期間 hPDL 成纖維細胞的機械變形（機械轉導）引起的，還是由牙周血管受壓和局部血流紊亂所導致的缺氧引起的。從長遠來看，了解機械轉導與缺氧對促成OTM的分子過程的影響，將有助于開發新的治療和預防方法用于正畸治療。

基于此，德國雷根斯堡大學醫學中心正畸科、顱頜面外科、醫學微生物學和衛生系等部門的專家進行了深入研究，于 International Journal of Oral Science  上發表了題為《The role of mechanotransduction versus hypoxia during simulated orthodontic compressive strain—an in vitro study of human periodontal ligament fibroblasts》的研究成果。在這項研究中，通過使用常規六孔細胞培養板或帶有透氣膜的特殊細胞培養皿，研究了在正常或減少氧氣供應的情況下，先前被鑒定為與OTM相關的基因和蛋白的表達模式，以更好地了解在OTM期間發生在牙周韌帶受壓區域的分子和細胞過程中，機械轉導和氧氣供應各自的作用。

實驗結果

1.機械轉導與缺氧對 hPDL 細胞數量和活力的影響

機械轉導（壓力）導致每平方厘米細胞數量和細胞活力都顯著降低，這在氧氣供應減少的情況下更為明顯，尤其是在細胞活力方面。

2.機械轉導與缺氧對 hPDL 成纖維細胞中 RANKL/OPG 表達的影響

在常氧和缺氧條件下，壓縮機械應變對hPDL成纖維細胞OPG基因表達無顯著影響。相反，hPDL成纖維細胞的OPG蛋白分泌在壓力作用(機械轉導)中顯著減少，并且沒有觀察到氧氣供應減少的影響。在常氧和低氧的狀態下施加壓力，RANKL基因表達和蛋白質分泌增強。然而，壓縮時的氧氣供應水平沒有顯著影響。

3.機械轉導與缺氧對膜結合 RANKL 蛋白表達和 hPDL 介導的破骨細胞生成的影響

密度免疫印跡(Western blot)分析膜結合 RANKL 蛋白表達顯示，在常氧和缺氧狀態下，通過施加壓力顯著誘導蛋白表達，而不依賴于氧氣供應。這導致在施加壓力（機械轉導）后，共培養中 hPDL-成纖維細胞介導的破骨細胞生成顯著增加，與氧氣供應無關。壓縮期間的缺氧條件導致破骨細胞生成略有增加，但是并不顯著。

實驗結論

在這項研究中，調查了正畸牙齒移動過程中機械轉導和減少氧氣供應（缺氧）對 hPDL 成纖維細胞介導的破骨細胞生成的相對重要性。在正畸牙齒移動過程中，由hPDL成纖維細胞介導的破骨細胞形成的細胞和分子似乎主要是由力的應用(機械轉導)調節的，而缺氧作用似乎只起次要作用，因為它們對hPDL成纖維細胞的表達模式和相關的破骨細胞形成沒有顯著的額外影響。缺氧標記物 HIF-1α 具有許多靶基因，如 COX-2 和 VEGF，在正畸牙齒移動的背景下，似乎主要通過機械負荷而不是缺氧來穩定。

參考文獻：

Ullrich N, Schr?der A, Jantsch J, Spanier G, Proff P, Kirschneck C. The role of mechanotransduction versus hypoxia during simulated orthodontic compressive strain-an in vitro study of human periodontal ligament fibroblasts. Int J Oral Sci. 2019 Nov 5;11(4):33. doi: 10.1038/s41368-019-0066-x. PMID: 31685804; PMCID: PMC6828658.

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