骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞Wnt5a-Ror2信號(hào)調(diào)控顳下頜關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)病模型大鼠軟骨下骨的改建.pdf

1、顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病(temporomandibular joint disorder,TMD)是口腔臨床的常見疾病。顳下頜關(guān)節(jié)(temporomandibular joint,TMJ)骨關(guān)節(jié)病(osteoarthrosis,OA)是TMD中最嚴(yán)重的類型。OA主要表現(xiàn)為軟骨的退變和軟骨下骨的異常改建。軟骨下骨的改建參與了 OA的病理進(jìn)程。由成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞活性異常增強(qiáng)引起的軟骨下骨骨轉(zhuǎn)換增加是 OA的主要標(biāo)志之一。由于早期 OA在臨床上難

2、以診斷,因此動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為研究 OA早期病理變化提供了可能。我課題組建立的前牙單側(cè)反牙合(unilateral anterior crossbite,UAC)模型可導(dǎo)致TMJ髁突OA樣改變。
　　在以往的研究中,我們發(fā)現(xiàn),UAC可致大鼠TMJ髁突軟骨下骨骨量丟失,伴破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)、成骨細(xì)胞活性先減弱(實(shí)驗(yàn)2W)后增強(qiáng)(實(shí)驗(yàn)4W)。在本實(shí)驗(yàn)中,我們通過TRAP和免疫組織化學(xué)染色檢測(cè)大鼠TMJ髁突軟骨下骨中破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的數(shù)量。結(jié)果

3、顯示,UAC可致大鼠 TMJ髁突軟骨下骨中破骨細(xì)胞數(shù)量在2W時(shí)減少(P<0.05),在4W和8W時(shí)增多(P<0.05),而成骨細(xì)胞數(shù)量在2W、4W和8W時(shí)均減少(P<0.05)。破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞數(shù)量和活性的不匹配導(dǎo)致大鼠TMJ髁突軟骨下骨的異常改建。成骨細(xì)胞活性的增強(qiáng)不足以彌補(bǔ)破骨細(xì)胞活性顯著增強(qiáng)引起的骨吸收,最終導(dǎo)致軟骨下骨骨量的丟失。
　　由于UAC大鼠TMJ髁突軟骨下骨中破骨細(xì)胞活性從實(shí)驗(yàn)2W開始增強(qiáng),而成骨細(xì)胞活性從4W

4、開始增強(qiáng)。因此,我們對(duì)實(shí)驗(yàn)2W和4W組進(jìn)一步進(jìn)行了細(xì)胞和分子水平的研究。
　　骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)具有向成骨細(xì)胞分化的潛能,在骨修復(fù)中起重要作用。那么,UAC是否通過降低 BMSCs的數(shù)量導(dǎo)致大鼠TMJ髁突軟骨下骨中成骨細(xì)胞數(shù)量減少?流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)顯示,UAC在4W時(shí)可致大鼠TMJ髁突軟骨下骨骨髓細(xì)胞中BMSCs比例降低(P<0.001),這可能是4W時(shí)大鼠 TMJ髁突

5、軟骨下骨中成骨細(xì)胞數(shù)量減少的原因。此外,UAC是否通過改變BMSCs本身的成骨能力導(dǎo)致大鼠 TMJ髁突軟骨下骨中成骨細(xì)胞活性的改變?我們體外培養(yǎng)2W和4W組大鼠TMJ髁突軟骨下骨中的BMSCs,并對(duì)其增殖、成骨分化和趨化能力進(jìn)行進(jìn)一步研究。結(jié)果顯示,2W時(shí),BMSCs的增殖、成骨分化和趨化能力降低,伴Runx2 mRNA的表達(dá)和Rankl/Opg比例降低,這可能是2W時(shí)大鼠TMJ髁突軟骨下骨中成骨細(xì)胞數(shù)量和活性降低的原因。而4W時(shí),BM

6、SCs的增殖、成骨分化和趨化能力增高,伴Runx2 mRNA的表達(dá)和Rankl/Opg比例升高,這可能是4W時(shí)TMJ髁突軟骨下骨中成骨細(xì)胞活性增強(qiáng)的原因。以上結(jié)果說明UAC可通過改變軟骨下骨局部BMSCs的成骨能力調(diào)控大鼠TMJ髁突軟骨下骨的骨形成。
　　破骨前體細(xì)胞與成骨細(xì)胞系細(xì)胞之間的細(xì)胞-細(xì)胞相互接觸對(duì)破骨細(xì)胞的形成是必須的。由于位置上的接近性,BMSCs在破骨前體細(xì)胞的分化中可能較成熟成骨細(xì)胞更為重要。并且,BMSCs能夠

7、促進(jìn)破骨前體細(xì)胞向骨表面遷移。為此,我們檢測(cè)了體外培養(yǎng)的大鼠TMJ髁突軟骨下骨中BMSCs在破骨前體細(xì)胞的趨化和分化中的作用。結(jié)果顯示,UAC可致BMSCs在2W時(shí)抑制破骨前體細(xì)胞的遷移(P<0.001),這可能是2W時(shí)大鼠TMJ髁突軟骨下骨中破骨細(xì)胞數(shù)量減少的原因。而在4W時(shí)UAC可促進(jìn)BMSCs誘導(dǎo)的破骨前體細(xì)胞的遷移(P<0.001)和分化(P<0.05),伴BMSCs中CXCL12蛋白水平和Rankl/Opg mRNA比例的升高

8、,這可能是4W時(shí)大鼠TMJ髁突軟骨下骨中破骨細(xì)胞數(shù)量和活性增高的原因。以上結(jié)果說明UAC可通過改變軟骨下骨局部BMSCs誘導(dǎo)的破骨前體細(xì)胞的遷移和分化調(diào)控大鼠TMJ髁突軟骨下骨的骨吸收。
　　Real-time PCR結(jié)果顯示,UAC可致體外培養(yǎng)的大鼠TMJ髁突軟骨下骨中BMSCs在4W時(shí)高表達(dá)Wnt5a和Ror2。文獻(xiàn)報(bào)道,Wnt5a在細(xì)胞功能的調(diào)控方面發(fā)揮著重要的作用,包括細(xì)胞的遷移,以及成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的形成等。這就提示我

9、們,Wnt5a/Ror2通路可能參與了BMSCs介導(dǎo)的軟骨下骨改建的調(diào)控。結(jié)果顯示,外源性Wnt5a可促進(jìn)GFP-BMSCs的成骨分化及其誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞的趨化和分化。抑制GFP-BMSCs中Ror2的表達(dá),可下調(diào)Runx2、Cxcl12的表達(dá)和Rankl/Opg比例,并抑制GFP-BMSCs的成骨分化(P<0.001)及與其共培養(yǎng)的RAW264.7細(xì)胞的遷移(P<0.01)。此外,JNK抑制劑 SP600125將Wnt5a引

10、起的GFP-BMSCs向成骨細(xì)胞的分化降低到四組(JNK、Ca2+/NFAT、TGF-β和NF-κB抑制組)中的最低水平(P<0.001)。而文獻(xiàn)報(bào)道,JNK通路能夠通過增強(qiáng)Runx2的活性,促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞的分化。Ca2+/NFAT抑制劑Cyclosporin A能將Wnt5a刺激的BMSCs誘導(dǎo)的破骨前體細(xì)胞的遷移降低到對(duì)照水平以下(P<0.001),并抑制破骨前體細(xì)胞向破骨細(xì)胞的分化(P<0.05)。文獻(xiàn)報(bào)道,成骨細(xì)胞中C

11、a2+/NFAT通路通過調(diào)控趨化因子的表達(dá),促進(jìn)破骨前體細(xì)胞的募集。而 RANKL可激活破骨前體細(xì)胞中的Ca2+/NFAT通路促進(jìn)破骨細(xì)胞形成。以上結(jié)果說明BMSCs中的Wnt5a/Ror2信號(hào)一方面可通過上調(diào)Runx2的表達(dá)促進(jìn)其自身的成骨分化,另一方面可通過上調(diào)Cxcl12和Rankl的表達(dá)促進(jìn)BMSCs誘導(dǎo)的破骨前體細(xì)胞的趨化和分化。從而增強(qiáng)TMJ髁突軟骨下骨的骨轉(zhuǎn)換并最終導(dǎo)致骨量的丟失。
　　綜上所述,UAC可造成大鼠TM

12、J髁突軟骨下骨BMSCs本身成骨能力及BMSCs誘導(dǎo)的破骨前體細(xì)胞的趨化和分化能力的改變,進(jìn)而影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的細(xì)胞學(xué)行為。BMSCs中Wnt5a/Ror2通路可能參與了該過程。UAC造成的大鼠TMJ髁突軟骨下骨的異常改建,使得成骨細(xì)胞形成的新骨不足以修復(fù)破骨細(xì)胞吸收的骨量,最終導(dǎo)致了TMJOA早期軟骨下骨骨吸收的表型。本研究從細(xì)胞學(xué)和分子學(xué)水平闡述了異常生物力致大鼠TMJ髁突軟骨下骨異常改建的機(jī)理,為TMJOA的發(fā)生提供了新的解