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研究背景及目的:
牙周炎是诊疗中常见的与炎症因子过度分泌相关的口腔疾病,可引起不可逆的牙齿支持组织损伤,最终导致牙齿脱落。人牙周膜干细胞(human periodontal ligament stem cells,hPDLSCs)因具备良好的增殖和多谱系分化能力逐渐成为治疗牙周炎,修复受损骨组织的重要种子细胞,并被广泛应用于口腔组织再生等临床前研究。但是炎症条件的存在可能会使干细胞的多谱系分化能力受损,组织再生能力下降。因此,提高人牙周膜干细胞对炎症因子的抵抗能力对于增强其成骨再生能力很有必要。槲皮素作为一种广泛存在于多种蔬菜和水果中的黄酮类化合物,已被报道具有良好的抗炎、抗肿瘤和抗氧化等多种功能。本研究旨在探究槲皮素对炎症状态下人牙周膜干细胞成骨分化的影响,并简单阐明其潜在作用机制,为槲皮素再生炎症状态下受损牙周组织提供理论基础,也为药物联合干细胞治疗提供新的思路。
研究方法:
1.采用组织块法分离培养hPDLSCs,使用流式分析仪检测hPDLSCs表面干性相关标记物,使用结晶紫染色定性细胞的克隆形成能力,诱导hPDLSCs向成骨及成脂方向分化证实其多谱系分化能力;
2.采用细胞活性及细胞毒性检测技术(CCK-8)检测槲皮素对hPDLSCs增殖能力的影响。在本实验中大肠杆菌来源的肿瘤坏死因子-α被用于体外构建炎症模型。使用ALP(alkaline phosphatase,ALP)活性测定法和ALP染色法判断体外炎症模型是否成功建立。同时ALP活性定量分析,ALP染色和茜素红染色等技术也被用来测定槲皮素对炎症状态下hPDLSCs成骨分化的作用。采用定量聚合酶链反应(qRT-PCR)和免疫印迹(western blot)技术观察成骨相关基因和蛋白的表达情况;
3.采用westernblot技术检测NF-κB/NLRP3信号通路中p-P65,P65,p-IκBα,IκBα,NLRP3,procaspase-1和caspase-1等关键蛋白的表达情况。利用小于扰RNA敲低人牙周膜干细胞中NLRP3(NOD-like receptor family pyrin domain-containing protein 3)的表达,探究NLRP3在TNF-α诱导的hPDLSCs成骨损伤中的作用,并与槲皮素效果进行对比。
研究结果:
1.应用组织块法成功分离、培养了hPDLSCs,流式分析结果显示细胞表面阳性表达干性相关标志物,阴性表达造血及上皮细胞表面标记物,具有良好的集落形成能力以及多谱系分化能力,符合接下来实验的要求;
2.CCK-8检测发现槲皮素对hPDLSCs的增殖能力呈现剂量依赖性特征,槲皮素在低浓度(≤10μM)时对细胞活性无明显影响,而高浓度(≥50μM)可显著降低hPDLSCs的增殖能力。ALP活性,ALP染色和茜素红染色显示,槲皮素可有效保护hPDLSCs免受炎症导致的成骨损伤;
3.qRT-PCR和westernblot显示,槲皮素改善了炎症条件下hPDLSCs成骨基因和蛋白的表达降低的情况,而且抑制TNF-α引起的NF-κB/NLRP3炎性体通路中P65、IκBα的活化以及NLRP3炎性体相关基因和蛋白的表达。在TNF-α处理组通过小干扰RNA敲低细胞中的NLRP3之后,ALP活性、ALP染色、成骨相关基因及蛋白都有了一个明显的上调,与槲皮素处理后对成骨能力的改善效果基本一致。
结论:
槲皮素不仅可以提高正常状态下的hPDLSCs的成骨分化能力,而且还可通过抑制NF-κB/NLRP3炎性体通路,有效改善TNF-α诱导的炎症状态下hPDLSCs的成骨分化能力,提高牙周炎治疗中基于hPDLSCs的骨组织再生的治疗效果,因此,槲皮素有望在药物联合干细胞治疗炎症导致的骨缺损中发挥重要作用。
牙周炎是诊疗中常见的与炎症因子过度分泌相关的口腔疾病,可引起不可逆的牙齿支持组织损伤,最终导致牙齿脱落。人牙周膜干细胞(human periodontal ligament stem cells,hPDLSCs)因具备良好的增殖和多谱系分化能力逐渐成为治疗牙周炎,修复受损骨组织的重要种子细胞,并被广泛应用于口腔组织再生等临床前研究。但是炎症条件的存在可能会使干细胞的多谱系分化能力受损,组织再生能力下降。因此,提高人牙周膜干细胞对炎症因子的抵抗能力对于增强其成骨再生能力很有必要。槲皮素作为一种广泛存在于多种蔬菜和水果中的黄酮类化合物,已被报道具有良好的抗炎、抗肿瘤和抗氧化等多种功能。本研究旨在探究槲皮素对炎症状态下人牙周膜干细胞成骨分化的影响,并简单阐明其潜在作用机制,为槲皮素再生炎症状态下受损牙周组织提供理论基础,也为药物联合干细胞治疗提供新的思路。
研究方法:
1.采用组织块法分离培养hPDLSCs,使用流式分析仪检测hPDLSCs表面干性相关标记物,使用结晶紫染色定性细胞的克隆形成能力,诱导hPDLSCs向成骨及成脂方向分化证实其多谱系分化能力;
2.采用细胞活性及细胞毒性检测技术(CCK-8)检测槲皮素对hPDLSCs增殖能力的影响。在本实验中大肠杆菌来源的肿瘤坏死因子-α被用于体外构建炎症模型。使用ALP(alkaline phosphatase,ALP)活性测定法和ALP染色法判断体外炎症模型是否成功建立。同时ALP活性定量分析,ALP染色和茜素红染色等技术也被用来测定槲皮素对炎症状态下hPDLSCs成骨分化的作用。采用定量聚合酶链反应(qRT-PCR)和免疫印迹(western blot)技术观察成骨相关基因和蛋白的表达情况;
3.采用westernblot技术检测NF-κB/NLRP3信号通路中p-P65,P65,p-IκBα,IκBα,NLRP3,procaspase-1和caspase-1等关键蛋白的表达情况。利用小于扰RNA敲低人牙周膜干细胞中NLRP3(NOD-like receptor family pyrin domain-containing protein 3)的表达,探究NLRP3在TNF-α诱导的hPDLSCs成骨损伤中的作用,并与槲皮素效果进行对比。
研究结果:
1.应用组织块法成功分离、培养了hPDLSCs,流式分析结果显示细胞表面阳性表达干性相关标志物,阴性表达造血及上皮细胞表面标记物,具有良好的集落形成能力以及多谱系分化能力,符合接下来实验的要求;
2.CCK-8检测发现槲皮素对hPDLSCs的增殖能力呈现剂量依赖性特征,槲皮素在低浓度(≤10μM)时对细胞活性无明显影响,而高浓度(≥50μM)可显著降低hPDLSCs的增殖能力。ALP活性,ALP染色和茜素红染色显示,槲皮素可有效保护hPDLSCs免受炎症导致的成骨损伤;
3.qRT-PCR和westernblot显示,槲皮素改善了炎症条件下hPDLSCs成骨基因和蛋白的表达降低的情况,而且抑制TNF-α引起的NF-κB/NLRP3炎性体通路中P65、IκBα的活化以及NLRP3炎性体相关基因和蛋白的表达。在TNF-α处理组通过小干扰RNA敲低细胞中的NLRP3之后,ALP活性、ALP染色、成骨相关基因及蛋白都有了一个明显的上调,与槲皮素处理后对成骨能力的改善效果基本一致。
结论:
槲皮素不仅可以提高正常状态下的hPDLSCs的成骨分化能力,而且还可通过抑制NF-κB/NLRP3炎性体通路,有效改善TNF-α诱导的炎症状态下hPDLSCs的成骨分化能力,提高牙周炎治疗中基于hPDLSCs的骨组织再生的治疗效果,因此,槲皮素有望在药物联合干细胞治疗炎症导致的骨缺损中发挥重要作用。