不同咀嚼負(fù)荷對(duì)幼兔髁突軟骨內(nèi)印度豪豬蛋白-人甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白通路表達(dá)的影響

閻帆 馮劍穎 劉晨燕 王盼 孫哲 施昌勁

浙江中醫(yī)藥大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，杭州 310053

·基礎(chǔ)研究·

不同咀嚼負(fù)荷對(duì)幼兔髁突軟骨內(nèi)印度豪豬蛋白-人甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白通路表達(dá)的影響

閻帆 馮劍穎 劉晨燕 王盼 孫哲 施昌勁

浙江中醫(yī)藥大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，杭州 310053

目的 分析不同咀嚼負(fù)荷作用下，幼兔髁突軟骨內(nèi)印度豪豬蛋白（Ihh）-人甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白（PThrP）通路表達(dá)的差異性，探討咀嚼應(yīng)力負(fù)荷對(duì)髁突軟骨Ihh-PThrP信號(hào)通路的影響。方法選取10 d齡幼兔48只，隨機(jī)分為硬食組和軟食組，分別喂以同種顆粒狀（硬食）和粉狀（軟食），于飼養(yǎng)的第2、4、6、8周處死。采用蘇木精-伊紅（HE）染色、免疫組織化學(xué)、免疫印跡、實(shí)時(shí)定量熒光聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)Ihh和PThrP mRNA和蛋白的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果HE染色顯示硬食組髁突軟骨厚度高于軟食組的厚度；第2、4、6、8周，Ihh蛋白、PThrP蛋白和mRNA表達(dá)量在兩組中呈遞減趨勢(shì)；軟食組中Ihh和PThrP蛋白以及mRNA表達(dá)量顯著低于硬食組。結(jié)論較低的咀嚼負(fù)荷會(huì)造成髁突軟骨生長(zhǎng)因子Ihh和PThrP分泌減少，Ihh-PThrP通路表達(dá)遲緩，軟骨發(fā)育受阻礙；適當(dāng)?shù)木捉镭?fù)荷對(duì)髁突的正常發(fā)育有至關(guān)重要的作用。

髁突軟骨； 咀嚼力； 印度豪豬蛋白； 甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白

髁突軟骨作為髁突生長(zhǎng)區(qū)，其形成與髁突發(fā)育和改建有著直接聯(lián)系[1-2]。髁突軟骨是一種繼發(fā)性軟骨，在形成過(guò)程中受到內(nèi)部生長(zhǎng)因子調(diào)控和局部周圍環(huán)境影響的共同作用[3-5]。咀嚼壓力作為局部環(huán)境影響因素，對(duì)髁突軟骨形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)育具有重要的作用[6-7]。Kato等[8]研究證實(shí)，流質(zhì)食物造成幼鼠髁突發(fā)育遲緩。本課題組前期研究[9]證明，咀嚼壓力不足可能導(dǎo)致髁突軟骨發(fā)育遲緩。咀嚼壓力不僅導(dǎo)致髁突軟骨發(fā)育遲緩，同時(shí)亦會(huì)影響軟骨內(nèi)重要生長(zhǎng)因子及其相關(guān)信號(hào)通路的表達(dá)[3]。

印度豪豬蛋白（Indian hedgehog，Ihh）和人甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白（parathyroid hormone-like related protein，PThrP）已被證實(shí)是髁突軟骨發(fā)育過(guò)程中調(diào)節(jié)髁突軟骨細(xì)胞增殖分化的重要因子[10-11]。哺乳動(dòng)物胚胎時(shí)期，Ihh和PThrP被觀察到在軟骨內(nèi)大量分泌[11]，但隨著生長(zhǎng)發(fā)育高峰到來(lái)，二者表達(dá)量逐步降低[12]。Jahan等[13]已證實(shí)胚胎期的下頜制動(dòng)能夠改變Ihh蛋白分泌，從而影響髁突發(fā)育。Huang等[14]的實(shí)驗(yàn)表明，Ihh和PThrP對(duì)于壓力改變十分敏感。

本研究通過(guò)改變髁突咀嚼壓力，觀察Ihh和PThrP在髁突軟骨內(nèi)基因表達(dá)量及蛋白分泌和分布的差異性，分析Ihh-PThrP通路與咀嚼負(fù)荷間的關(guān)系，為進(jìn)一步研究咀嚼壓力對(duì)髁突生長(zhǎng)發(fā)育的影響提供參考。

1 材料和方法

1.1 動(dòng)物分組與模型建立

選取10 d齡健康未斷奶幼兔48只，隨機(jī)分為硬食組和軟食組，分別喂以硬食顆粒飼料和由同種顆粒飼料碾磨而成的粉末狀飼料。實(shí)驗(yàn)第1～14天，幼兔以母乳和飼料混合喂食，在實(shí)驗(yàn)第2周（幼兔28 d齡）斷奶。幼兔每周稱重，生病及健康狀況不良的幼兔剔除實(shí)驗(yàn)。幼兔分別于實(shí)驗(yàn)第2、4、6、8周處死。

1.2 標(biāo)本制備及染色

取幼兔雙側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)標(biāo)本，右側(cè)關(guān)節(jié)樣本在顯微鏡下剝離髁突軟骨，放入液氮保存?zhèn)溆茫蛔髠?cè)關(guān)節(jié)標(biāo)本浸于4%多聚甲醛中24 h，浸于10%乙二胺四乙酸（ethylenediamine tetraacetic acid，EDTA）溶液脫鈣，然后修去多余組織，暴露髁突及關(guān)節(jié)盤，石蠟包埋，沿正中矢狀面切成3 μm厚的連續(xù)切片，進(jìn)行蘇木精-伊紅（hematoxylin-eosin，HE）染色。

1.3 軟骨厚度比較

以骨和軟骨的交界線的長(zhǎng)度作為髁突周徑，分為三等分，即前部、中部和后部，再將各部三等分，等分點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn)，用Leica Qwin測(cè)量軟件測(cè)量髁突軟骨厚度，取平均值作為該部位的軟骨厚度（圖1）。

圖1 髁突軟骨劃分示意圖 HE × 100Fig1 Schematic diagram of the divided condylar cartilage HE × 100

1.4 Ihh蛋白免疫組織化學(xué)檢測(cè)

樣本切成厚3 μm連續(xù)切片，烤片。二甲苯脫蠟，梯度乙醇水化。蒸餾水洗，抗原修復(fù)。3%過(guò)氧化氫消除內(nèi)源性過(guò)氧化物酶活性，加一抗（Santa Cruz：SC-13088）。4 ℃孵育過(guò)夜，加二抗室溫孵育60 min，DAB顯色，蘇木精襯染，鹽酸乙醇分化，封片。Band-Scan 5.0軟件分析軟骨前部光密度平均值。

1.5 實(shí)時(shí)定量熒光聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chainreaction，PCR）

提取總RNA。采用Primer Premier 6.0和Beacon designer 7.8軟件進(jìn)行PCR引物設(shè)計(jì)，由上海生工生物工程股份有限公司合成，引物序列及內(nèi)參序列見(jiàn)表1。各管中加含染料2×PCR TaqMix10 μL；加正反向引物各0.5 μL，向管中加入混合的cDNA各1 μL，各管補(bǔ)加水至20 μL。混勻，CFX384多重實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀中進(jìn)行95 ℃ 1 min；95 ℃ 15 s，63 ℃ 25 s，40個(gè)循環(huán)。

表1 引物序列和條件Tab1 Primers and conditions

1.6 免疫印跡

總蛋白提取試劑盒（Thermo Pierce：78510）提取總蛋白，采用BCA定量試劑盒進(jìn)行總蛋白定量。十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gelelectrophoresis，SDSPAGE）電泳分析，轉(zhuǎn)膜，放入T-TBS，室溫封閉1 h。加一抗雜交，4 ℃孵育過(guò)夜。加二抗，室溫孵育1 h。室溫孵育轉(zhuǎn)印膜，X-ray film曝光，顯影和定影。BandScan 5.0軟件分析條帶的光密度值。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，配對(duì)t檢驗(yàn)分析軟硬食組間差異，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。非參數(shù)檢驗(yàn)分析不同年齡組間差異。

2 結(jié)果

2.1 髁突軟骨厚度

髁突軟骨層前部最薄，逐漸增厚，后部最厚。軟食組髁突前部軟骨在第 2、4、6、8周時(shí)較硬食組薄，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。髁突中部軟骨厚度在不同周齡軟硬食組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。軟食組髁突后部軟骨厚度在第2、4、6周時(shí)較硬食組厚，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；第8周時(shí)軟硬食兩組后部軟骨厚度接近，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表2）。

表2 髁突軟骨前部、中部以及后部厚度比較Tab2 The difference of thickness of anterior, middle and posterior parts in condylar cartilage μm

2.2 Ihh蛋白免疫組織化學(xué)檢測(cè)結(jié)果

Ihh蛋白表達(dá)位于髁突軟骨肥大層淺層至纖維層的細(xì)胞外基質(zhì)，肥大層淺層較集中。以時(shí)間軸觀察，軟硬食組髁突Ihh蛋白在2周為低表達(dá)，4周表達(dá)量達(dá)到高峰，6周后逐漸下降，8周少量表達(dá)（圖2）。

圖2 第2、4、6、8周，不同咀嚼負(fù)荷下髁突內(nèi)Ihh蛋白表達(dá) 免疫組織化學(xué)染色 × 200Fig2 The expression of Ihh in the condylar cartilage with altered mastication at 2, 4, 6, 8 weeks immunohistochemistry staining × 200

以髁突前中后部位比較分析，各周齡的硬食組Ihh蛋白表達(dá)量均較軟食組高，其中前部、中部和后部在4、6、8周硬食組的表達(dá)顯著高于軟食組（P＜0.05），其余組間無(wú)顯著性差異（表3）。

表3 不同咀嚼負(fù)荷下Ihh蛋白在髁突軟骨內(nèi)的表達(dá)量Tab3 The expression of Ihh in the condylar cartilage with altered mastication

2.3 Ihh和PThrP免疫印跡

Ihh和PThrP蛋白表達(dá)量硬食組明顯高于軟食組（圖3），實(shí)驗(yàn)第2、4、6、8周表達(dá)量逐步減少，不同年齡組間具有差異。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，Ihh和PThrP蛋白在第4、6周兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其他同年齡組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。第8周，軟硬食組間各蛋白表達(dá)量相近（圖4）。

2.4 Ihh和PThrP實(shí)時(shí)定量PCR

第2周至第4周Ihh和PThrP mRNA表達(dá)量升高，第4周達(dá)到頂峰，然后逐漸回落，各年齡硬食組的mRNA表達(dá)量均高于軟食組。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，第6周兩組間Ihh mRNA差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），PThrP mRNA在第2周和第6周軟硬食組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），其他同年齡組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。第8周，軟硬食組間各mRNA表達(dá)量相近（圖4）。

圖3 第2、4、6、8周，不同咀嚼負(fù)荷下髁突內(nèi)Ihh和PThrP蛋白免疫印跡表達(dá)Fig3 The expression of Ihh and PThrP proteins in the condylar cartilage with altered mastication at 2, 4, 6, 8 weeks through Western blot

圖4 不同咀嚼負(fù)荷下Ihh、PThrP蛋白和mRNA在髁突軟骨內(nèi)的表達(dá)Fig4 The expression of Ihh and PThrP proteins and mRNA in the condylar cartilage with altered mastication

3 討論

髁突軟骨是髁突發(fā)育的基礎(chǔ)。Oraj?rvi等[15]證實(shí)髁突軟骨對(duì)咀嚼負(fù)荷壓力的改變非常敏感。適當(dāng)?shù)木捉镭?fù)荷有助于髁突軟骨細(xì)胞增殖，髁突軟骨的正常發(fā)育。本研究發(fā)現(xiàn)，第2、4、6、8周，硬食組髁突軟骨前部的厚度明顯高于軟食組中軟骨的厚度，尤以前斜面最顯著。Utreja等[16]研究結(jié)果顯示，改變幼鼠髁突的機(jī)械負(fù)荷，會(huì)造成幼鼠髁突軟骨細(xì)胞增殖分化以及細(xì)胞外基質(zhì)蛋白表達(dá)異常，同樣也是在前斜面最明顯。提示了適當(dāng)?shù)木捉缐毫τ兄诖龠M(jìn)髁突軟骨細(xì)胞，特別是前斜面區(qū)軟骨細(xì)胞的增殖分化。而咀嚼壓力刺激不足的軟食組，前期髁突軟骨明顯發(fā)育滯后。8周后髁突軟骨厚度與硬食組厚度相差無(wú)幾。推測(cè)可能是由于髁突軟骨細(xì)胞增殖活性除受到咀嚼負(fù)荷刺激影響外，也受機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育內(nèi)因素調(diào)控，后者在發(fā)育后期占主導(dǎo)地位。

Ihh和PThrP是調(diào)控髁突軟骨細(xì)胞增殖分化的關(guān)鍵生長(zhǎng)因子[4,10]，促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖，延緩分化作用，其調(diào)控機(jī)制直接影響到髁突軟骨細(xì)胞的終末分化，二者形成負(fù)反饋的表達(dá)機(jī)制，共同影響髁突發(fā)育[17]。近年來(lái)研究[3]顯示，不同的咀嚼壓力會(huì)導(dǎo)致髁突軟骨內(nèi)各蛋白和基因的表達(dá)量改變，從而影響髁突軟骨發(fā)育。根據(jù)Deng等[18]的研究，PThrP在胚胎發(fā)育期主要分布于肥大細(xì)胞層，而PThrP的缺乏會(huì)造成髁突形態(tài)發(fā)育不足[19]，證明PThrP的分泌表達(dá)對(duì)于髁突發(fā)育至關(guān)重要。第2、4、6、8周，幼兔進(jìn)入生長(zhǎng)發(fā)育高峰，雖然PThrP蛋白和mRNA的表達(dá)量總體趨勢(shì)降低，但mRNA的表達(dá)量在第2～4周先進(jìn)入高峰，再降低，與之前的研究結(jié)果[12,20]均不同，需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。由于PThrP對(duì)壓力的敏感性高，本研究中，在不同咀嚼負(fù)荷作用下，硬食組中PThrP蛋白和mRNA的表達(dá)量明顯高于軟食組。在Jahan等[13]的研究中，下頜骨制動(dòng)造成髁突咀嚼壓力減小，發(fā)現(xiàn)PThrP分泌減少。暗示當(dāng)咀嚼壓力降低，PThrP分泌受到抑制，進(jìn)一步得出咀嚼負(fù)荷對(duì)PThrP的重要性。

Ihh是一個(gè)活躍的機(jī)械信號(hào)傳導(dǎo)因子，能夠?qū)C(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化成生物信號(hào)，在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖分化中起著重要作用[13-14]。適當(dāng)?shù)臋C(jī)械壓力刺激能使Ihh促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖，從而影響髁突軟骨的發(fā)育與改建[21]。本研究中可以觀察到Ihh蛋白主要分布于髁突軟骨肥大層淺層至纖維層，與前期的研究結(jié)果一致。本實(shí)驗(yàn)觀察到Ihh蛋白在前中后3個(gè)部分表達(dá)與軟骨生長(zhǎng)厚度是相適應(yīng)的。咀嚼壓力升高，不但刺激Ihh蛋白分泌量升高，進(jìn)一步促進(jìn)髁突軟骨快速生長(zhǎng)；壓力不足，則使Ihh蛋白分泌減少，軟骨生長(zhǎng)緩慢。這一結(jié)果提示Ihh與調(diào)節(jié)髁突軟骨形成代謝有密切聯(lián)系。Chau等[11]對(duì)出生后幼鼠軟骨內(nèi)Ihh蛋白主要分布的研究，也證明Ihh蛋白對(duì)于軟骨發(fā)育具有重要意義。但研究中Ihh免疫組織化學(xué)和免疫印跡結(jié)果不完全一致，可能是由于免疫組織化學(xué)分髁突區(qū)段來(lái)比較蛋白表達(dá)，而免疫印跡則檢測(cè)整個(gè)髁突軟骨蛋白表達(dá)。隨著幼兔進(jìn)入生長(zhǎng)發(fā)育高峰期，Ihh蛋白和mRNA的表達(dá)量總體為逐步降低，這一總體趨勢(shì)與Semevolos等[12]關(guān)于軟骨和年齡相關(guān)性的研究結(jié)果類似。Ihh mRNA的表達(dá)量在2～4周進(jìn)入頂峰，再回落，同Watahiki等[20]研究結(jié)果類似，峰值出現(xiàn)的原因需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究。另外，即使由于發(fā)育期咀嚼壓力不同造成Ihh蛋白表達(dá)差異，卻并沒(méi)有造成生長(zhǎng)因子的異常分泌過(guò)度或不足。造成這一現(xiàn)象的原因可能是，軟食刺激所產(chǎn)生的弱負(fù)荷不足以使髁突產(chǎn)生病理性改變，而較強(qiáng)的咀嚼負(fù)荷更容易使髁突產(chǎn)生病變。第2～8周，在不同咀嚼負(fù)荷的作用下，硬食組中Ihh蛋白和mRNA的表達(dá)量明顯高于軟食組。Chen等[6]通過(guò)改變髁突軟骨的壓力，同樣得出當(dāng)降低咀嚼壓力，Ihh蛋白的表達(dá)會(huì)降低，表明適當(dāng)?shù)木捉缐毫Γ軌虼碳镣卉浌莾?nèi)生長(zhǎng)因子分泌表達(dá)，髁突軟骨細(xì)胞增殖加快，從而促進(jìn)髁突形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)育。第8周軟硬食組中Ihh、PThrP的蛋白和mRNA的表達(dá)量趨于一致，原因同樣可能與機(jī)體內(nèi)因素調(diào)控有關(guān)。研究結(jié)果提示適當(dāng)?shù)木捉缐毫ψ饔糜欣贗hh-PThrP通路中蛋白分子的表達(dá)，刺激髁突軟骨細(xì)胞分化和發(fā)育。

綜上所述，髁突軟骨內(nèi)Ihh-PThrP通路的表達(dá)受到不同咀嚼負(fù)荷的影響，而弱的咀嚼壓力會(huì)阻滯相關(guān)生長(zhǎng)因子分泌表達(dá)，從而延緩髁突軟骨發(fā)育。因此，適當(dāng)?shù)木捉镭?fù)荷對(duì)Ihh-PThrP通路表達(dá)和髁突發(fā)育起到至關(guān)重要的作用。

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（本文編輯 杜冰）

Influence on Indian hedgehog-parathyroid hormone-like related protein pathway induced by altered masticatory loading in the condylar cartilage of growing rabbits

Yan Fan, Feng Jianying, Liu Chenyan, Wang Pan, Sun Zhe, Shi Changjing. (College of Stomatology, Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 310053, China)

Objective To determine the influence of altered masticatory loading on Indian hedgehog (Ihh)-parathyroid hormone-like related protein (PThrP) pathway in the condylar cartilage of growing rabbits.MethodsA total of 48 10-dayold rabbits were randomly divided into two groups and fed different kinds of food, such as solid diet and soft diet. The animals were sacrificed after 2, 4, 6, and 8 weeks. Difference of Ihh and PThrP expression levels induced by altered masticatory loading was tested by hematoxylin-eosin (HE), immunohistochemistry, Western blot, and real-time polymerase chain reaction (PCR).ResultsThe thickness of condylar cartilage and expression levels of Ihh and PThrP proteins and mRNA of the solid diet groups exceeded those of the soft diet groups. The decreasing tendencies of the expression levels of Ihh and PThrP proteins and mRNA were observed at 2, 4, 6, 8 weeks.ConclusionLow masticatory loading may delay or inhibit the development of condylar cartilage and its growing factors Ihh and PThrP. Therefore, masticatory loading plays an important role in the development of condylar cartilage.

condylar cartilage; mastication; Indian hedgehog; parathyroid hormone-like related protein

Q 257

A

10.7518/hxkq.2017.02.004Supported by: The National Natural Science Foundation of China(81200802); Zhejiang Provincial Natural Science Foundation (Y2111273). Correspondence: Feng Jianying, E-mail: twohorsejy@163.com.

2016-06-13；

2016-11-13

國(guó)家自然科學(xué)基金（81200802）；浙江省自然科學(xué)基金（Y2111273）

閻帆，住院醫(yī)師，碩士，E-mail：648467706@qq.com

馮劍穎，副教授，博士，E-mail：twohorsejy@163.com