機(jī)械力作用下牙周膜干細(xì)胞調(diào)控骨重塑的研究進(jìn)展

[關(guān)鍵詞] 機(jī)械力； 牙周膜干細(xì)胞； 成骨分化； 破骨細(xì)胞

[中圖分類號(hào)] R78 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/gjkq.2024033

正畸牙移動(dòng)（orthodontic tooth movement， OTM） 取決于力誘導(dǎo)的牙周組織重塑。臨床常見缺乏牙周膜結(jié)構(gòu)的粘連牙及種植體無法移動(dòng)的現(xiàn)象，說明牙周膜在力學(xué)誘導(dǎo)的牙周組織重塑中發(fā)揮重要作用。牙周膜干細(xì)胞（periodontal ligamentstem cell，PDLSC） 作為牙周膜的重要細(xì)胞成分，具有自我更新及多向分化能力，可以促進(jìn)細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)控免疫并維持組織穩(wěn)態(tài)，在傳導(dǎo)機(jī)械刺激和組織重塑中發(fā)揮重要作用。有研究[1]指出：共培養(yǎng)環(huán)境下PDLSC可通過旁分泌途徑促進(jìn)成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞活動(dòng)，提示PDLSC在力誘導(dǎo)的骨重塑中發(fā)揮了重要作用。本綜述系統(tǒng)歸納了機(jī)械力刺激作用下PDLSC內(nèi)調(diào)控骨重塑的相關(guān)變化，為研究PDLSC將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為生物信號(hào)進(jìn)而調(diào)控骨重塑的機(jī)制提供參考。

1 機(jī)械力誘導(dǎo)PDLSC細(xì)胞內(nèi)骨重塑的相關(guān)反應(yīng)

1.1 PDLSC感知機(jī)械力刺激

機(jī)械力在發(fā)育及器官形態(tài)發(fā)生中至關(guān)重要，失重環(huán)境會(huì)導(dǎo)致宇航員出現(xiàn)顯著的骨質(zhì)流失，說明機(jī)械力對(duì)骨穩(wěn)態(tài)的調(diào)控具有重要意義，骨的形成、吸收、適應(yīng)都依賴于機(jī)械信號(hào)[2]。細(xì)胞生物力學(xué)理論認(rèn)為：生理狀態(tài)下人體細(xì)胞可受重力、壓應(yīng)力、牽張應(yīng)力及血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)力等的刺激。對(duì)于PDLSC機(jī)械力刺激，按照施力類型通常分為壓應(yīng)力和牽張應(yīng)力，按照施力形式分為靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)循環(huán)力。不同形式的作用力對(duì)PDLSC的影響不同，而力值大小對(duì)細(xì)胞反應(yīng)也有不同程度的影響。機(jī)械力學(xué)刺激可改變PDLSC的增殖、分化、黏附、遷移、趨化、凋亡、氧化應(yīng)激；還可誘導(dǎo)PDLSC釋放多種骨塑建相關(guān)的細(xì)胞因子。經(jīng)典理論[3]認(rèn)為：PDLSC作為機(jī)械敏感細(xì)胞在機(jī)械力作用下發(fā)生一系列的應(yīng)激反應(yīng)，細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分為4個(gè)不同階段：機(jī)械偶聯(lián)階段、生化偶聯(lián)階段、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)階段和效應(yīng)細(xì)胞產(chǎn)生反應(yīng)階段。施加機(jī)械力刺激后，PDLSC通過細(xì)胞膜表面機(jī)械敏感的通道和受體蛋白完成離子運(yùn)輸和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，并通過第二信使或細(xì)胞骨架將機(jī)械信號(hào)傳遞到細(xì)胞核，或偶聯(lián)胞內(nèi)信號(hào)通路， 改變細(xì)胞狀態(tài)。此外PDLSC內(nèi)機(jī)械敏感基因的表達(dá)、轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控和非編碼RNA的表觀遺傳學(xué)修飾均可受機(jī)械力刺激的影響發(fā)生變化。

1.2"機(jī)械力調(diào)控PDLSC成骨向分化

1.2.1"機(jī)械力激活細(xì)胞膜上的離子通道， 調(diào)控PDLSC成骨向分化 1） 瞬時(shí)受體電位陽離子通道6 （transient receptor potential channel 6，TRPC6）。適當(dāng)?shù)臋C(jī)械牽張力激活PDLSC 中的TRPC6，可以加速PDLSC成骨向分化及其對(duì)破骨細(xì)胞的調(diào)控，調(diào)控牙周組織重塑，而過度的力學(xué)刺激會(huì)導(dǎo)致牙槽骨及牙根吸收[4]。2） 壓電型機(jī)械敏感離子通道組件1 （piezoelectric channel 1，Piezo1） 通道蛋白。牽張應(yīng)力可促進(jìn)Piezo1通道蛋白的表達(dá)，通過第二信使Ca2+的作用激活Notch1信號(hào)通路，促進(jìn)堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、Runt相關(guān)基因2 （runt-related transcriptionfactor 2，RUNX2）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）和骨涎蛋白（bone sialoprotein，BSP） 的表達(dá)，從而增強(qiáng)其成骨能力[5]。

1.2.2 機(jī)械力通過調(diào)節(jié)細(xì)胞應(yīng)激調(diào)控PDLSC 成骨向分化 1） 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是真核細(xì)胞的保護(hù)性反應(yīng)，牽張力可誘導(dǎo)PDLSC中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應(yīng)激反應(yīng)，介導(dǎo)激活pERK-eIF2α-ATF4信號(hào)通路，從而促進(jìn)PDLSC的成骨向分化[6]。2） 氧化應(yīng)激。核紅細(xì)胞2相關(guān)因子2 （nuclear factor erythroid-2 relatedfactor 2，Nrf2） 是抗氧化基因的重要轉(zhuǎn)錄激活劑，發(fā)揮著重要的抗氧化保護(hù)效應(yīng)[7]，它的激活促進(jìn)周期性牽張應(yīng)力誘導(dǎo)的PDLSC成骨向分化[8]。

1.2.3 機(jī)械力調(diào)控發(fā)育、分化等相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控PDLSC 成骨向分化 1） 干細(xì)胞相關(guān)基因EYA1（eya transcriptional coactivator and phosphatase 1）及SALL1 （spalt like transcription factor 1）。EYA1是器官特異性干細(xì)胞的保守關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，SALL1 也被認(rèn)為是干細(xì)胞標(biāo)志物[9]。EYA1 和SALL1是潛在的重要牽張應(yīng)力敏感基因，以頻率依賴性方式參與循環(huán)拉伸誘導(dǎo)的PDLSC成骨分化[10]。2） 低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白（low-densitylipoprotein receptor，LRP） 6。LRP6是胚胎心臟發(fā)育所必需的蛋白， 是經(jīng)典Wnt 通路的LRP5/LRP6/Frizzled共受體的關(guān)鍵組分，在機(jī)械力刺激后的PDLSC中被激活。LRP6缺陷抑制了PDLSC中力依賴性成骨分化和增殖[11]。3） 細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)因子1（cellular communication network factor 1，CCN1）。CCN家族在組織纖維化損傷后的修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用，CCN1作為抑制因子可抑制組織纖維化的發(fā)生。研究[12] 表明： 機(jī)械牽張力刺激誘導(dǎo)PDLSC 向細(xì)胞外環(huán)境釋放CCN1， 從而增強(qiáng)RUNX2和ALP的表達(dá)，并促進(jìn)礦化結(jié)節(jié)的形成。

1.2.4 機(jī)械力調(diào)控血管生成相關(guān)基因表達(dá)介導(dǎo)PDLSC成骨向分化 1） Gli1 （glioma-associated" oncogenehomolog 1） 基因與血管空間分布密切相關(guān)，在成血管調(diào)控及牽張應(yīng)力調(diào)控PDLSC成骨調(diào)控中具有重要作用[13]。2） 血管生成素樣因子（angiopoietinlikes，ANGPTL） 是具有調(diào)節(jié)血管生成作用的分泌性糖蛋白家族。ANGPTL2、3、4主要通過調(diào)整糖脂代謝并影響血管生成等影響動(dòng)脈硬化產(chǎn)生，壓應(yīng)力可誘導(dǎo)ANGPTL4的表達(dá)升高，且參與調(diào)控PDLSC的成骨向分化[14]，但具體機(jī)制尚不清楚。

1.2.5 機(jī)械力通過非編碼RNA調(diào)控PDLSC成骨向分化 1） 與腫瘤增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移相關(guān)的非編碼RNA。①miR-146a與自身免疫性疾病和腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)，循環(huán)牽張應(yīng)力下，PDLSC中miR-146a和miR-34a下調(diào)，從而增強(qiáng)ALP活性和成骨標(biāo)志物的表達(dá)；同時(shí)miR-34a、miR-146a通過調(diào)控CUG三聯(lián)體重復(fù)RNA結(jié)合蛋白1 （CUG triplet repeatRNA binding protein 1） 類家族成員3 （CUGBPelav-like family member 3，CELF3） 的表達(dá)，抑制周期性牽張力誘導(dǎo)的PDLSC成骨分化[15]。②長(zhǎng)鏈非編碼RNA （long non-coding RNA， lncRNA）HHIP-AS1在非小細(xì)胞肺癌增殖、遷移和侵襲中發(fā)揮重要作用。壓應(yīng)力作用下，PDLSC中HHIP-AS1下調(diào)，促進(jìn)成骨分化潛能，抑制PDLSC的遷移和趨化能力[16]。③miR-503-5p與腫瘤增殖密切相關(guān)，在大鼠牙移動(dòng)過程中對(duì)牽張力側(cè)牙槽骨形成起負(fù)性調(diào)控作用[17]。2） 其他微小RNA。miR-3198受壓應(yīng)力刺激上調(diào)，受牽張應(yīng)力作用下調(diào)，且miR-3198下調(diào)牙周膜細(xì)胞中骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG） 的表達(dá)[18]，抑制了PDLSC的成骨向分化能力。miR-21在機(jī)械牽張應(yīng)力誘導(dǎo)的PDLSC成骨分化中起促進(jìn)作用，但具體作用仍值得進(jìn)一步探索[19]。

1.2.6 機(jī)械力誘導(dǎo)PDLSC 氣體遞質(zhì)釋放調(diào)控PDLSC成骨向分化 牽張力刺激下，PDLSC 中一氧化氮和一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS） 的表達(dá)水平升高，可促進(jìn)PDLSC的成骨分化，該過程可能由PI3K/Akt/β-catenin信號(hào)通路介導(dǎo)[20]。

1.2.7 機(jī)械力誘導(dǎo)PDLSC 自噬調(diào)控自身成骨向分化 研究[21]發(fā)現(xiàn)：機(jī)械牽張力刺激下自噬水平的升高能有效促進(jìn)PDLSC的成骨向分化，說明自噬在正畸力誘導(dǎo)的PDLSC成骨分化中具有重要作用，為正畸治療促進(jìn)牙周組織重塑、加速牙齒移動(dòng)提供了研究基礎(chǔ)。

2 機(jī)械力作用下PDLSC 通過調(diào)控骨骼系統(tǒng)細(xì)胞活動(dòng)影響骨重塑

成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、骨細(xì)胞作為骨骼系統(tǒng)的主要組成部分，在骨重塑中占據(jù)中心環(huán)節(jié)，其自身可對(duì)外界力學(xué)刺激發(fā)生反應(yīng)，還受到PDLSC在機(jī)械力下的調(diào)控作用。此外PDLSC具有成骨向分化潛能，也在骨重塑的骨形成過程中占重要地位。

2.1 機(jī)械力作用下PDLSC通過調(diào)控成骨細(xì)胞活動(dòng)影響骨重塑

成骨細(xì)胞在骨發(fā)育、生長(zhǎng)和維持中起重要作用[22]。PDLSC-成骨細(xì)胞信號(hào)通常包括骨形成的刺激因子和抑制因子的表達(dá)，許多骨改建調(diào)節(jié)因子可通過影響成骨細(xì)胞的核因子-κB受體激活蛋白配體（receptor activator of nuclear factor- κB ligand，RANKL） 和OPG表達(dá)調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的生成[23]。另有研究[1]發(fā)現(xiàn)：PDLSC可促進(jìn)共培養(yǎng)的成骨前細(xì)胞MC3T3-E1的ALP活性，增強(qiáng)ALP、BSP、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）mRNA和蛋白的表達(dá)以及礦化基質(zhì)的沉積，但具體機(jī)制尚不清楚。此外有研究[24] 發(fā)現(xiàn)： PDLSC來源的細(xì)胞外囊泡（extravesicles，EVs） 可有效增強(qiáng)牽張力作用下成骨細(xì)胞內(nèi)成骨相關(guān)蛋白的表達(dá)。

2.2 機(jī)械力作用下PDLSC與骨細(xì)胞相互作用影響骨重塑

骨細(xì)胞作為骨骼系統(tǒng)的主要組成部分，是最豐富的成骨細(xì)胞譜系細(xì)胞，約占成熟骨組織細(xì)胞的95%，在骨重塑中起重要作用[25]。機(jī)械力作用下，骨細(xì)胞與PDLSC之間存在相互作用關(guān)系。機(jī)械牽張力作用下，骨細(xì)胞來源的外泌體通過miR-181b-5p/PTEN/AKT信號(hào)通路促進(jìn)PDLSC增殖，通過BMP2/RUNX2通路促進(jìn)PDLSC成骨分化，是一種潛在的牙周穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制[26]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)[27]證明：咬合力刺激通過激活Wnt信號(hào)通路上調(diào)PDLSC中Gli1的表達(dá)，而骨細(xì)胞的產(chǎn)物會(huì)通過骨硬化蛋白的表達(dá)負(fù)向調(diào)節(jié)這一過程。目前有關(guān)PDLSC產(chǎn)物對(duì)骨細(xì)胞作用的研究尚有欠缺，仍需進(jìn)一步探究。

2.3 機(jī)械力作用下PDLSC調(diào)控破骨細(xì)胞分化

2.3.1 機(jī)械力激活PDLSC細(xì)胞膜上的機(jī)械敏感通道調(diào)控破骨細(xì)胞分化 1） 瞬時(shí)受體電位離子通道4 （transient receptor potential vanilloid 4，TRPV4）機(jī)械敏感通道。瞬時(shí)受體電位（transient receptorpotential，TRP） 通道調(diào)節(jié)口腔內(nèi)穩(wěn)態(tài)，在外部刺激向細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用[28]。TRPV4是一種與機(jī)械刺激和骨代謝相關(guān)的鈣通道。在體外靜壓力下，PDLSC表面的TRPV4通道可被激活，并與細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控蛋白激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK） 信號(hào)通路偶聯(lián)，導(dǎo)致RANKL及白細(xì)胞介素（interleukin，IL） -6、IL-8等炎癥相關(guān)因子釋放增加，促進(jìn)破骨細(xì)胞分化[29]。2） α7煙堿型乙酰膽堿受體（α7 nicotinic acetylcholinereceptor，α7 nAChR） 機(jī)械通道。煙堿型乙酰膽堿受體是配體門控的離子通道蛋白，介導(dǎo)突觸間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。a7 nAChR是一種特殊異構(gòu)體，可調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的生成[30]。它可以被尼古丁特異性激活，上調(diào)牙周膜細(xì)胞中炎癥因子的釋放，在吸煙的牙周炎患者中研究較廣[31]。機(jī)械循環(huán)壓縮應(yīng)力可以通過上調(diào)PDLSC上的α7 nAChR激活典型Wnt信號(hào)通路來誘導(dǎo)破骨細(xì)胞效應(yīng)[32]。

2.3.2 機(jī)械力激活PDLSC 細(xì)胞膜表面受體蛋白調(diào)控破骨細(xì)胞分化 1） 整合素和鈣黏蛋白。整合素是介導(dǎo)細(xì)胞與外部環(huán)境連接的跨膜受體[33]，可與細(xì)胞外基質(zhì)中的其他細(xì)胞或配體結(jié)合，同時(shí)附著于細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞骨架上，傳遞機(jī)械力，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路[34]。整合素復(fù)合體在PDLSC的壓力機(jī)械信號(hào)接收和轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮作用[35]。avβ3整合素受體在OTM過程中被激活，并與骨吸收功能相關(guān)[36]。整合素-黏著斑激酶通路可以調(diào)控壓力誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colonystimulatingfactor，M-CSF）、腫瘤壞死因子-α （tumornecrosis factor-α，TNF-α）、RANKL和OPG的表達(dá)[35]。2） Toll樣受體（Toll like receptor，TLR）。TLR具有Ⅰ型整合膜模式識(shí)別受體的特征，TLR配體激活間充質(zhì)干細(xì)胞通常會(huì)導(dǎo)致促炎和抗炎反應(yīng)，二者之間的平衡取決于TLR配體的類型和濃度[37]。OTM早期TLR4和IL-1β水平升高，說明TLR參與了早期炎癥反應(yīng)[37]。也有研究[38] 發(fā)現(xiàn)激活TLR4可抑制機(jī)械壓力誘導(dǎo)的IL-6和IL-8的產(chǎn)生。因此，該受體在牙周膜細(xì)胞機(jī)械力誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中的雙重作用值得進(jìn)一步探討。3） 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 （glucose transporter type 1， GLUT1）。GLUT1是一種存在于各種細(xì)胞表面的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在糖尿病牙周炎發(fā)展機(jī)制中具有重要作用。OTM中GLUT1轉(zhuǎn)錄被激活，體外實(shí)驗(yàn)[39]中壓應(yīng)力激活了PDLSC中的GLUT1，GLUT1敲低抑制了RAW264.7的破骨分化。在大鼠牙齒移動(dòng)模型研究[40]中，壓力側(cè)檢測(cè)到GLUT1的表達(dá)，且GLUT1抑制劑降低了破骨細(xì)胞的活性，同時(shí)顯著降低了小鼠模型的OTM速率。進(jìn)一步研究[40] 指出：GLUT1的作用與促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK） / ERK信號(hào)通路相關(guān)，并且對(duì)c-Fos信號(hào)通路的激活也有影響。上述研究表明：GLUT1的轉(zhuǎn)錄激活在機(jī)械壓應(yīng)力刺激與骨重塑之間發(fā)揮重要的橋梁作用。

2.3.3 機(jī)械力通過調(diào)節(jié)PDLSC 細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應(yīng)激和代謝從而調(diào)控破骨細(xì)胞分化 1） 生長(zhǎng)分化因子（growth differentiation factor， GDF） 15。GDF15是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β （transforming growth factor-β，TGF-β） 超家族成員，與細(xì)胞機(jī)械反應(yīng)和破骨細(xì)胞活性調(diào)控有關(guān)[41]。壓應(yīng)力可以通過Yes相關(guān)蛋白（yes-associated protein，YAP） 信號(hào)分子促進(jìn)牙周膜細(xì)胞中GDF15的表達(dá)[42]，激活核因子-κB （nuclearfactor-κB，NF-κB） 信號(hào)通路，促進(jìn)ERK磷酸化及炎癥因子的釋放，增加RANKL/OPG比例，促進(jìn)RAW264.7破骨分化[43]。此外牽張力也可上調(diào)成骨細(xì)胞中GDF15的表達(dá)，從而促進(jìn)成骨相關(guān)基因的表達(dá)。由此可見，GDF15對(duì)OTM中的成骨和破骨有雙重作用。GDF15作為壓力誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化的重要介質(zhì)，在OTM期間PDLSC介導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成中發(fā)揮重要作用，同時(shí)對(duì)破骨細(xì)胞形成的雙重調(diào)節(jié)作用也使其能夠調(diào)節(jié)過度的炎癥反應(yīng)。2） FOXM1 （Forkhead box protein M1） 轉(zhuǎn)錄因子。FOXM1特異性表達(dá)于增殖期細(xì)胞中，與細(xì)胞生長(zhǎng)密切相關(guān)，也是Forkhead家族41個(gè)因子中唯一在應(yīng)激條件下表達(dá)發(fā)生顯著變化的因子。抑制FOXM1表達(dá)可增加RANKL/OPG比值并促進(jìn)破骨細(xì)胞分化。人牙周膜細(xì)胞受壓應(yīng)力刺激后，F(xiàn)OXM1表達(dá)降低，促進(jìn)破骨細(xì)胞分化[44]。3） 轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)締合域（transcriptional enhanced associatedomain，TEAD） 轉(zhuǎn)錄因子。TEAD蛋白是Hippo信號(hào)通路的下游效應(yīng)子，可調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和干細(xì)胞功能。機(jī)械壓應(yīng)力降低PDLSC中的TEAD1表達(dá)，降低OPG表達(dá)，從而抑制成骨，促進(jìn)破骨細(xì)胞分化[45]。有研究[46]指出：機(jī)械壓力可提高牙周膜細(xì)胞外泌體中TEAD1的表達(dá)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞的M1極化，誘發(fā)炎癥反應(yīng)。由此可見，TEAD轉(zhuǎn)錄因子作為一種新的機(jī)械信號(hào)響應(yīng)性轉(zhuǎn)錄因子，在牙周膜細(xì)胞機(jī)械壓力信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。

2.3.4 機(jī)械力通過非編碼RNA調(diào)控破骨細(xì)胞的分化 近年來關(guān)于非編碼RNA調(diào)控牙移動(dòng)及牙周炎機(jī)制的研究較多。正畸患者的齦溝液中檢測(cè)到多種微小RNA的差異表達(dá)[47]，且非編碼RNA在破骨細(xì)胞的分化和成熟中具有重要的調(diào)控作用[48]。壓力作用下， lncRNA FER1L4 表達(dá)上調(diào)增加了PDLSC中自噬小體的形成和自噬活性的增強(qiáng)，提示lncRNA在正畸治療中發(fā)揮了牙周組織重塑過程中調(diào)節(jié)自噬機(jī)制的作用[49]。還有研究[50]發(fā)現(xiàn)：lnc-RNA分化拮抗非蛋白編碼RNA （differentiation antagonizingnon-protein coding RNA，DANCR） 在壓應(yīng)力下表達(dá)增加，并參與Jagged1誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成及牙根吸收。

2.3.5 機(jī)械力誘導(dǎo)PDLSC 釋放破骨細(xì)胞生成誘導(dǎo)因子調(diào)控破骨細(xì)胞分化 1） RANKL/OPG比例的改變。機(jī)械力作用可通過各種方式激活PDLSC中NF-κB信號(hào)通路，并促進(jìn)RANKL分子的釋放，通過該途徑調(diào)控破骨細(xì)胞分化。2） 炎癥因子IL和TNF-α等的分泌。促炎反應(yīng)多數(shù)通過這一途徑調(diào)控破骨細(xì)胞分化。3） 氣體介質(zhì)H2S。力學(xué)刺激下，PDLSC可釋放H2S調(diào)控破骨細(xì)胞的生成，PDLSC中硫化物的產(chǎn)生有助于其分泌單核細(xì)胞趨化蛋白1 （monocyte chemotactic protein 1，MCP1） 和RANKL/OPG系統(tǒng)受體激活劑的表達(dá)。這些因子的分泌和表達(dá)控制了巨噬細(xì)胞的遷移和破骨細(xì)胞分化[51]。機(jī)械負(fù)載刺激的PDLSC產(chǎn)生H2S 通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子 1 （signal transducerand activatorof transcription 1， STAT1） 信號(hào)通路促進(jìn)巨噬細(xì)胞M1極化，這有助于骨重塑和牙移動(dòng)過程[52]。

2.3.6 機(jī)械力誘導(dǎo)PDLSC分泌外泌體蛋白ANXA3促進(jìn)破骨細(xì)胞分化 有研究[53]發(fā)現(xiàn)：外泌體作為細(xì)胞間交流的重要成分，在壓應(yīng)力作用下促進(jìn)PDLSC調(diào)控破骨細(xì)胞分化的過程，但其上游通路仍值得進(jìn)一步深入研究。

2.3.7 機(jī)械力通過調(diào)控PDLSC 自噬調(diào)控破骨細(xì)胞分化 自噬是一種細(xì)胞自我保護(hù)及穩(wěn)態(tài)維持的機(jī)制，通常在細(xì)胞中低水平表達(dá)維持細(xì)胞器穩(wěn)態(tài)。機(jī)械壓應(yīng)力刺激增加了PDLSC中自噬蛋白LC3的表達(dá)，從而增加了M1巨噬細(xì)胞和破骨細(xì)胞的數(shù)量，以及壓力側(cè)牙周膜內(nèi)M1/M2巨噬細(xì)胞的比例[54]，間接促進(jìn)了破骨前體細(xì)胞的破骨向分化。機(jī)械力作用下PDLSC調(diào)控骨骼系統(tǒng)細(xì)胞活動(dòng)的示意圖見圖1。

3 機(jī)械力作用下PDLSC 中調(diào)控骨重塑相關(guān)的信號(hào)通路

3.1 機(jī)械力刺激下PDLSC中調(diào)控成骨分化信號(hào)通路

1）MAPK信號(hào)通路。MAPK信號(hào)通路是常見的機(jī)械敏感相關(guān)信號(hào)通路，與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。MAPK信號(hào)通路參與OTM，與破骨細(xì)胞的骨吸收和成骨細(xì)胞的骨形成有關(guān)[55]。機(jī)械壓力作用通過黏著斑激酶和整合素激活牙周膜細(xì)胞內(nèi)MAPK信號(hào)通路[56]，MAPK激活可減弱破骨細(xì)胞生成，降低OTM患者的TNF-α和NF-κB的表達(dá)，促進(jìn)成骨分化，抑制破骨細(xì)胞生成。

2） TGF-β信號(hào)通路。TGF-β是細(xì)胞外基質(zhì)重塑和維持組織穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵分子，壓應(yīng)力可抑制PDLSC中TGF-β1和TGF-β3的表達(dá)，同時(shí)抑制牙周膜膠原的表達(dá)[57-58]。有研究[59]指出：抑制TGF-β信號(hào)通路可以減少小鼠破骨細(xì)胞的數(shù)量，增加成骨細(xì)胞相關(guān)因子的表達(dá)。

3） Ca2+- 鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶（Ca2+-calmodulin-dependent protein kinase， CaMK） 通路。CaMK家族包含一系列在骨重塑中起關(guān)鍵作用的蛋白，CaMK信號(hào)通路參與成骨細(xì)胞分化[60]。基因表達(dá)譜的微陣列篩選顯示CAMK通路在牙周膜細(xì)胞機(jī)械反應(yīng)中具有潛在作用[61]。此外，長(zhǎng)期靜壓力作用可通過CaMK Ⅱ途徑增加PDLSC中的OPG表達(dá)[62]。

3.2 機(jī)械力刺激下PDLSC中調(diào)控破骨細(xì)胞分化的信號(hào)通路

1） NF-κB信號(hào)通路。牙周膜細(xì)胞中NF-κB配體在靜壓力作用下顯著上調(diào)，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化[63]。由PDLSC分泌的RANKL可與核因子-κB受體激活蛋白（receptor activator for nuclear factor?κB，RANK） 結(jié)合，募集腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6（tumor necrosis factor receptor-associated factor 6，TRAF6） 并導(dǎo)致下游信號(hào)通路（包括NF-κB、c-Fos和MAPK） 激活，是破骨細(xì)胞分化的重要介質(zhì)[64]。

2） AKT信號(hào)通路。有研究[54]表明：壓力誘導(dǎo)的PDLSC自噬可以通過抑制AKT信號(hào)通路促進(jìn)M1巨噬細(xì)胞極化，從而促進(jìn)炎癥骨重塑。

3） αvβ3整合素/ERK信號(hào)通路。壓力可誘導(dǎo)缺氧相關(guān)蛋白骨膜素的表達(dá)，通過激活αvβ3整合素-ERK信號(hào)通路促進(jìn)牙周細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶-2的表達(dá)[65]。

4） 糖原合成激酶3β （glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β） /β-catenin信號(hào)通路。GSK-3β/β-catenin信號(hào)通路參與OTM，GSK-3β可減弱Wnt信號(hào)通路的作用，抑制骨形成，促進(jìn)壓力側(cè)骨吸收和破骨細(xì)胞形成[66] 。

5） Rho激酶信號(hào)通路。機(jī)械壓應(yīng)力通過Rho激酶途徑影響PDLSC中OPN的表達(dá)，參與骨吸收和重塑[67]。

3.3 機(jī)械力刺激下PDLSC中與成骨分化及破骨分化調(diào)控均相關(guān)的信號(hào)通路

1）Wnt信號(hào)通路。Wnt信號(hào)通路是胚胎、器官發(fā)育的重要信號(hào)通路之一。Wnt/β-catenin通路是機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要組成部分，可調(diào)控骨重塑相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，被稱為成骨細(xì)胞分化的中樞調(diào)節(jié)因子[68]。Wnt5a信號(hào)通路參與OTM過程中張力側(cè)的骨形成[69]。此外，Wnt信號(hào)通路在破骨細(xì)胞分化中也發(fā)揮作用，機(jī)械力加載1 h后PDLSC的成骨分化顯著增強(qiáng)，但12 h后，Wnt/β-catenin通路被激活，RANKL/OPG比值升高，促進(jìn)了破骨細(xì)胞分化[70]。因此，Wnt信號(hào)通路的激活既參與成骨也參與破骨調(diào)控，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2） Notch信號(hào)通路。Notch信號(hào)通路交聯(lián)免疫系統(tǒng)與骨骼系統(tǒng)，在OTM動(dòng)物模型研究[59]中，壓力側(cè)檢測(cè)到Notch2和Jagged1 （Notch的配體之一）的表達(dá)，壓力作用上調(diào)PDLSC中Jagged1的表達(dá)，激活Notch信號(hào)通路促進(jìn)RANKL及IL-6分泌，降低OPG表達(dá)，刺激破骨細(xì)胞形成。然而也有研究[59]報(bào)道：Notch信號(hào)可增強(qiáng)PDLSC的成骨分化。這些結(jié)果的差異可能是由于細(xì)胞施加的力刺激不同所致。

機(jī)械力作用下PDLSC中調(diào)控骨重塑的應(yīng)激反應(yīng)見圖2。

4 免疫調(diào)節(jié)及神經(jīng)調(diào)節(jié)在機(jī)械力作用下PDLSC調(diào)控骨重塑中發(fā)揮的作用

4.1 機(jī)械力作用下PDLSC經(jīng)由免疫相關(guān)活動(dòng)發(fā)揮骨重塑作用

PDLSC具有免疫調(diào)節(jié)的基本特征。OTM是機(jī)械力誘導(dǎo)的無菌性炎癥，免疫細(xì)胞和免疫相關(guān)因子均參與力誘導(dǎo)的骨重塑過程，而免疫調(diào)節(jié)在該過程中發(fā)揮重要作用。機(jī)械力作用PDLSC可通過免疫細(xì)胞間接調(diào)控骨重塑過程。一方面，PDLSC可通過分泌炎癥因子對(duì)正畸力作出反應(yīng)；另一方面，PDLSC可通過調(diào)控淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的活動(dòng)發(fā)揮骨重塑作用，但目前只有少數(shù)研究[71]；指出參與其中的細(xì)胞包括淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等，提示骨改建與免疫系統(tǒng)調(diào)控密切相關(guān)，但缺乏PDLSC在OTM中明確的免疫調(diào)節(jié)活性研究，其在力學(xué)作用下對(duì)免疫細(xì)胞的直接作用研究證據(jù)仍需加強(qiáng)。

4.1.1 促炎作用 PDLSC可對(duì)正畸力產(chǎn)生反應(yīng)，通過分泌各種免疫介質(zhì)如炎癥因子調(diào)控骨重塑。機(jī)械壓應(yīng)力刺激下PDLSC還可使巨噬細(xì)胞M1向極化， 該過程中有氣體介質(zhì)H2S的參與， 并通過STAT1信號(hào)通路發(fā)揮作用，有助于骨重塑及牙齒移動(dòng)過程[52]。同時(shí)有研究[53] 指出： 力刺激下的PDLSC自噬可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的M1極化，該過程通過AKT信號(hào)通路發(fā)揮作用，從而促進(jìn)炎癥性骨重塑和OTM過程。還有研究[72]指出：機(jī)械壓應(yīng)力刺激下牙周膜細(xì)胞中IL-6和TGF-β的表達(dá)發(fā)生變化，與CD4+T細(xì)胞共培養(yǎng)后可促進(jìn)其Th17向分化，發(fā)揮促炎反應(yīng)，該過程與Notch1信號(hào)通路的調(diào)控相關(guān)。機(jī)械力作用下，牙周膜成纖維細(xì)胞還可通過釋放RANKL激活CD4+T細(xì)胞，從而導(dǎo)致OTM過程中的骨吸收[73]。體內(nèi)研究[74]也表明：OTM過程中，壓力側(cè)牙周膜可招募T/B淋巴細(xì)胞促進(jìn)骨吸收。

4.1.2 抗炎作用 在OTM過程中，PDLSC通過釋放包括高遷移率族蛋白B1 （high mobility groupprotein，HMGB1） 在內(nèi)的介質(zhì)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)潛能，這些介質(zhì)作為牙周修復(fù)的一種途徑，改變了巨噬細(xì)胞的遷移和分化[75]。機(jī)械牽張力作用下，牙周膜成纖維細(xì)胞可以產(chǎn)生OPG抑制巨噬細(xì)胞的破骨向分化[68]。但關(guān)于PDLSC在機(jī)械力下通過巨噬細(xì)胞實(shí)現(xiàn)抗炎的作用有待進(jìn)一步探索。有研究[76]指出：靜壓力作用下，PDLSC與T淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)后，短時(shí)間內(nèi)淋巴細(xì)胞凋亡水平增加，破骨細(xì)胞活動(dòng)受抑制；作用12 h后，凋亡水平下降，促進(jìn)破骨細(xì)胞分化。由于PDLSC對(duì)機(jī)械力的響應(yīng)取決于機(jī)械力的類型及力值大小[77]，必須考慮這些因素的影響。

機(jī)械力作用下PDLSC經(jīng)免疫系統(tǒng)調(diào)控骨重塑的示意圖見圖3。

4.2 神經(jīng)系統(tǒng)參與OTM過程調(diào)節(jié)骨重塑

近年來，OTM神經(jīng)調(diào)節(jié)成為新興研究熱點(diǎn)，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。隨著神經(jīng)元引導(dǎo)分子（nervegrowth factor，NGM） 對(duì)骨骼發(fā)育和骨穩(wěn)態(tài)功能的研究不斷深入，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)NGM介導(dǎo)的神經(jīng)系統(tǒng)和骨骼之間存在相互作用[78]，神經(jīng)系統(tǒng)中各種神經(jīng)肽和受體均參與了骨重塑過程[79]。OTM過程中，牙周膜壓力側(cè)有多種神經(jīng)通路調(diào)控PDLSC表面受體及配體的表達(dá)。機(jī)械壓力通過升高細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度上調(diào)原代培養(yǎng)的牙周膜細(xì)胞中的β2腎上腺素受體（β2 adrenergic receptor，ADRB2） 表達(dá)，增加RANKL/OPG比例，促進(jìn)外周血單核細(xì)胞分化為破骨細(xì)胞[80]。在OTM過程中，PDLSC作為響應(yīng)機(jī)械力的主要傳感器， 其RANKL 和骨硬化蛋白（sclerostin，SOST） 的表達(dá)可以被β腎上腺素受體阻斷劑所抑制，表明交感神經(jīng)系統(tǒng)（sympatheticnervous system， SNS） 可以調(diào)控PDLSC 影響OTM[79]。還有研究[81]表明：感覺神經(jīng)標(biāo)志物P物質(zhì)（substance P，SP） 具有上調(diào)牙周膜細(xì)胞中RANKL和血紅素加氧酶-1表達(dá)并下調(diào)OPG表達(dá)的作用。綜上，神經(jīng)系統(tǒng)通過多種途徑參與調(diào)節(jié)成骨、破骨細(xì)胞分化以及OTM期間牙周膜細(xì)胞的代謝，包括中樞和外周循環(huán)中神經(jīng)肽的作用、神經(jīng)源性無菌性炎癥的介導(dǎo)以及牙周膜細(xì)胞表面受體表達(dá)的調(diào)節(jié)。然而，神經(jīng)肽和神經(jīng)系統(tǒng)如何誘導(dǎo)牙周膜炎癥并因此影響牙槽骨重建的詳細(xì)機(jī)制仍不清楚，進(jìn)一步的探索有助于更深入地理解OTM中神經(jīng)調(diào)節(jié)的機(jī)制，調(diào)控加速OTM進(jìn)程[82]。

5 細(xì)菌性炎癥微環(huán)境對(duì)機(jī)械力作用下PDLSC調(diào)控骨重塑的影響

牙周炎是牙周組織進(jìn)行性破壞的慢性感染性疾病，細(xì)菌感染及伴隨的宿主免疫反應(yīng)形成獨(dú)特的微環(huán)境，對(duì)牙周膜中駐留的PDLSC產(chǎn)生影響。炎癥微環(huán)境中，PDLSC的分化和再生能力受到抑制。炎癥條件下，PDLSC中組蛋白去乙?；敢种苿╤istone deacetylase inhibitor， HDAC9） 會(huì)降低PDLSC在炎癥條件下的成骨分化能力，具體機(jī)制表現(xiàn)為HDAC9和miR-17結(jié)合形成一個(gè)抑制環(huán)，對(duì)miR-17的抑制加重了炎癥環(huán)境中PDLSC鈣化結(jié)節(jié)的丟失，并阻斷了HDAC抑制劑在挽救成骨中發(fā)揮的作用[83]。牙周炎微環(huán)境會(huì)造成PDLSC生物學(xué)功能的損傷和力學(xué)敏感性異常，有研究[84]認(rèn)為這種差異與m6A甲基轉(zhuǎn)移酶修飾相關(guān)。機(jī)械力刺激下，炎癥微環(huán)境來源的PDLSC中m6A修飾存在差異，可以通過靶向JAK1信號(hào)通路調(diào)節(jié)間充質(zhì)干細(xì)胞的多向分化潛能[84]。炎癥來源的PDLSC對(duì)靜態(tài)牽張力更加敏感，炎癥PDLSC的增殖及成骨分化減弱，表觀遺傳調(diào)控在這一過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用[85]。牙周炎患者的PDLSC表現(xiàn)出較低的免疫抑制活性[86]，因此探討PDLSC在OTM期間的免疫調(diào)節(jié)行為，可能會(huì)進(jìn)一步闡明OTM與牙周炎的相互作用。應(yīng)激條件下，如炎癥微環(huán)境，可以通過上調(diào)PDLSC細(xì)胞內(nèi)自噬水平促進(jìn)成血管因子的表達(dá)，促進(jìn)血管再生[87]，因此探索炎癥微環(huán)境下PDLSC對(duì)機(jī)械刺激的反應(yīng)可為牙周疾病的防治提供一定的研究基礎(chǔ)。

6"結(jié)語

綜上所述，機(jī)械力作用下PDLSC一方面直接調(diào)控骨骼系統(tǒng)的細(xì)胞活動(dòng)調(diào)控骨重塑，另一方面通過調(diào)控免疫活動(dòng)間接調(diào)控骨重塑，神經(jīng)調(diào)節(jié)也參與了機(jī)械力激活PDLSC的過程。但現(xiàn)存研究尚有許多不足：就研究模型而言，PDLSC的體外機(jī)械力加載模型尚未建立標(biāo)準(zhǔn)；就PDLSC感知機(jī)械刺激而言，仍有許多機(jī)械敏感受體的下游通路尚不清楚；就PDLSC調(diào)控骨重塑而言，PDLSC經(jīng)同一基因及相同信號(hào)通路對(duì)骨重塑的調(diào)控存在差異。以上問題都需要更多的研究來探討，但目前階段的研究仍揭示出神經(jīng)調(diào)節(jié)及非編碼RNA在PDLSC感知機(jī)械刺激中發(fā)揮的重要作用，以及免疫系統(tǒng)活動(dòng)在PDLSC調(diào)控骨重塑中的作用，這為機(jī)械力誘導(dǎo)骨重塑的研究提供了一定基礎(chǔ)。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。