在正畸治療中，牙齒移動時，牙槽骨的張力側和壓力側分別發(fā)生骨形成和骨吸收。張力在牙周韌帶 (PDL)  細胞中被轉導為細胞內信號，并誘導成骨細胞分化活性，從而上調骨相關基因的表達。分化的成骨細胞分泌骨外基質，如骨橋蛋白 (Opn) 和骨鈣素 (Ocn)，導致在PDL附近的牙槽骨表面形成新骨。值得注意的是，雖然在正畸牙齒移動過程中，張力側的骨形成活動受到刺激，但PDL本身并沒有骨化，并維持其穩(wěn)態(tài)，這表明在PDL中有負調控骨形成的因子。

Scleraxis (Scx) 是一種基本的螺旋轉錄因子，主要在肌腱中表達，被認為對肌腱發(fā)育至關重要。在小鼠實驗性牙齒移動模型中，機械應力加載后 2 天后，PDL 張力側的 Scx 表達上調。此外，在培養(yǎng)的 PDL 細胞中的 Scx 過表達在成骨條件下下調 Opn 和 Ocn 的表達和礦化，而對 Osx 的表達沒有顯著影響。這些結果表明，Scx 通過抵消 Osx 的成骨活性來抑制鈣化細胞外基質的形成，從而在張力側對 PDL 的骨化具有抑制作用。然而，在受到張力的PDL 中 Scx 調節(jié)的骨化抑制的分子生物學機制尚不*清楚。

基于此，來自日本京都大學、廣島大學、鶴見大學等高校的專家學者進行了合作研究，目的是闡明Scx在張力誘導的PDL細胞成骨分化中的抑制作用及其潛在機制。相關研究成果發(fā)表在 Bone 題為《Scleraxis upregulated by transforming growth factor-β1 signaling inhibits tension-induced osteoblast differentiation of priodontal ligament cells via ephrin A2》。

實驗結果

1.在實驗性牙齒移動模型中，Scx 的表達在 PDL 對張力的早期響應期間增加

使用細胞拉伸系統(tǒng)產生12% 的拉力加載到PDL細胞上3或6小時，在對照組中，PDL細胞在不施加拉力的拉伸室中培養(yǎng)。

組織學分析表明，在機械應力加載后 6 小時，PDL 間隙變寬，張力側成纖維細胞伸長。在壓力側，PDL空間變窄，細胞在實驗期間被壓縮。

然后實驗分析 Scx在PDL對機械應力早期反應中的表達。之前的報告表明 Scx 在整個 PDL 中廣泛表達。因此，為了量化 Scx 表達的增加，評估了Scx^high  與 Scx⁺ 細胞的比例。在張力側，與對照組相比，牙齒移動（TM）組的比例在3和6小時顯著增加。在壓力側，TM組在3、6 h時比例下降，6 h時，對照組和TM組之間有顯著差異。

2.在體外加載張力的 PDL 細胞中，敲低Scx 上調堿性磷酸酶 (ALP) 的表達

實驗建立了人PDL細胞體外牽張力加載實驗系統(tǒng)。PDL細胞中Scx表達在拉力加載后3和6 h顯著增加。通過在 PDL 細胞中轉染靶向 Scx 的siRNA來敲低Scx，然后加載張力，分析張力誘導的 Scx 在PDL 細胞成骨分化中的作用。

在對照siRNA轉染組中，張力顯著上調Scx表達。在張力負荷下，Scx siRNA轉染組Scx表達顯著低于對照siRNA轉染組，其表達水平與未加載的對照 siRNA 轉染組中的表達水平相當。

為了評估在Scx敲低和不敲低情況下，張力負載的 PDL 細胞的成骨細胞分化，實驗分析了 ALP 的表達，ALP 被稱為早期成骨細胞分化的標志物。在對照siRNA轉染組中，張力顯著誘導ALP表達 。在張力負荷下，Scx siRNA轉染組中ALP的表達水平顯著高于對照siRNA轉染組。

3.張力激活的 TGF-β1-Smad3 信號通路上調 PDL 細胞中的 Scx 表達

接下來檢測了 TGF-β1 信號是否影響 PDL 中的 Scx 表達以響應張力。與 PDL 張力側的 0 和1h 相比，TGF-β1 表達在 3 和 6 h被激活。在壓力側TGF-β1 表達沒有顯著變化。

此外，定量分析實驗牙齒移動中 PDL 早期反應期間 p-Smad3 的表達。在PDL的張力側，與對照組相比，TM組中p-Smad3⁺ 細胞與Scx⁺ 細胞的比例在3和6小時顯著增加。在 PDL 的壓力側，TM 組中的比例在實驗期間沒有明顯變化。

這些數(shù)據(jù)表明，在 PDL 對張力的早期反應期間，張力激活了 TGF-β1-Smad3 信號通路。

下面進一步分析了由張力激活的 TGF-β1-Smad3 信號在體外刺激PDL細胞Scx表達。PDL細胞中TGF-β1、p-Smad3表達在張力加載后3 h顯著上調 。然后檢測了TGF-β 受體抑制劑 SB-431542 、Smad3特異性抑制劑SIS3對張力誘導的PDL細胞Scx表達的影響。5 μM SB-431542 和50 μM SIS3 處理顯著抑制了PDL 細胞中張力誘導的Scx表達。

4.Scx 上調 Efna2 ，在張力負荷下負調控 PDL 中 ALP 的表達

實驗研究了 Efna2 是否與 Scx 調節(jié)的對 PDL 細胞張力誘導的成骨細胞分化的抑制有關。敲低Efna2 檢查了張力誘導的 Efna2 對 PDL 細胞成骨分化的影響。Efna2敲低抑制了PDL細胞中張力誘導的Efna2表達。在對照siRNA轉染組中，張力顯著上調ALP表達。在張力負荷下，與對照 siRNA 轉染組相比，Efna2 siRNA 轉染組的 PDL 細胞中 ALP 的表達顯著增加。

此外，在 PDL 細胞中敲低 Scx，然后加載張力，以分析 Scx 在張力誘導的 Efna2 表達中的作用。張力誘導了對照siRNA轉染組Efna2的表達，而Scx siRNA轉染組的Efna2在張力加載下顯著低于對照siRNA轉染組，且與未加載組相當 。

實驗結論

綜上所述，該研究揭示了Scx在PDL細胞對張力的早期反應中表達上調。張力誘導的 Scx 抑制PDL 細胞的成骨分化。此外，TGF-β1-Smad3 信號通路和 Efna2 分別是 Scx 的上游和下游調控因子，以響應 PDL 細胞對張力的反應。研究結果表明，TGF-β1-Scx-Efna2 軸是一種新的分子機制，可負向調控張力誘導的 PDL 細胞成骨分化。這種機制可能有助于在生理和正畸牙齒移動過程中抑制 PDL 的骨化和維持 PDL的穩(wěn)態(tài)。

參考文獻：Kawatsu M, Takeshita N, Takimoto A, Yoshimoto Y, Seiryu M, Ito A, Kimura S, Kawamoto T, Hiraki Y, Shukunami C, Takano-Yamamoto T. Scleraxis upregulated by transforming growth factor-β1 signaling inhibits tension-induced osteoblast differentiation of priodontal ligament cells via ephrin A2. Bone. 2021 Aug;149:115969. doi: 10.1016/j.bone.2021.115969. Epub 2021 Apr 21. PMID: 33892176.

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