骨髓間充質(zhì)干細胞Wnt5a-Ror2信號調(diào)控顳下頜關節(jié)骨關節(jié)病模型大鼠軟骨下骨的改建.pdf

1、顳下頜關節(jié)紊亂病(temporomandibular joint disorder,TMD)是口腔臨床的常見疾病。顳下頜關節(jié)(temporomandibular joint,TMJ)骨關節(jié)病(osteoarthrosis,OA)是TMD中最嚴重的類型。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的病理進程。由成骨細胞和破骨細胞活性異常增強引起的軟骨下骨骨轉(zhuǎn)換增加是 OA的主要標志之一。由于早期 OA在臨床上難

2、以診斷,因此動物實驗為研究 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,伴破骨細胞活性增強、成骨細胞活性先減弱(實驗2W)后增強(實驗4W)。在本實驗中,我們通過TRAP和免疫組織化學染色檢測大鼠TMJ髁突軟骨下骨中破骨細胞和成骨細胞的數(shù)量。結(jié)果

3、顯示,UAC可致大鼠 TMJ髁突軟骨下骨中破骨細胞數(shù)量在2W時減少(P<0.05),在4W和8W時增多(P<0.05),而成骨細胞數(shù)量在2W、4W和8W時均減少(P<0.05)。破骨細胞和成骨細胞數(shù)量和活性的不匹配導致大鼠TMJ髁突軟骨下骨的異常改建。成骨細胞活性的增強不足以彌補破骨細胞活性顯著增強引起的骨吸收,最終導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胞活性從實驗2W開始增強,而成骨細胞活性從4W

4、開始增強。因此,我們對實驗2W和4W組進一步進行了細胞和分子水平的研究。
　　骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)具有向成骨細胞分化的潛能,在骨修復中起重要作用。那么,UAC是否通過降低 BMSCs的數(shù)量導致大鼠TMJ髁突軟骨下骨中成骨細胞數(shù)量減少?流式細胞術檢測顯示,UAC在4W時可致大鼠TMJ髁突軟骨下骨骨髓細胞中BMSCs比例降低(P<0.001),這可能是4W時大鼠 TMJ髁突

5、軟骨下骨中成骨細胞數(shù)量減少的原因。此外,UAC是否通過改變BMSCs本身的成骨能力導致大鼠 TMJ髁突軟骨下骨中成骨細胞活性的改變?我們體外培養(yǎng)2W和4W組大鼠TMJ髁突軟骨下骨中的BMSCs,并對其增殖、成骨分化和趨化能力進行進一步研究。結(jié)果顯示,2W時,BMSCs的增殖、成骨分化和趨化能力降低,伴Runx2 mRNA的表達和Rankl/Opg比例降低,這可能是2W時大鼠TMJ髁突軟骨下骨中成骨細胞數(shù)量和活性降低的原因。而4W時,BM

6、SCs的增殖、成骨分化和趨化能力增高,伴Runx2 mRNA的表達和Rankl/Opg比例升高,這可能是4W時TMJ髁突軟骨下骨中成骨細胞活性增強的原因。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。
　　破骨前體細胞與成骨細胞系細胞之間的細胞-細胞相互接觸對破骨細胞的形成是必須的。由于位置上的接近性,BMSCs在破骨前體細胞的分化中可能較成熟成骨細胞更為重要。并且,BMSCs能夠

7、促進破骨前體細胞向骨表面遷移。為此,我們檢測了體外培養(yǎng)的大鼠TMJ髁突軟骨下骨中BMSCs在破骨前體細胞的趨化和分化中的作用。結(jié)果顯示,UAC可致BMSCs在2W時抑制破骨前體細胞的遷移(P<0.001),這可能是2W時大鼠TMJ髁突軟骨下骨中破骨細胞數(shù)量減少的原因。而在4W時UAC可促進BMSCs誘導的破骨前體細胞的遷移(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時大鼠TMJ髁突軟骨下骨中破骨細胞數(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誘導的破骨前體細胞的遷移和分化調(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時高表達Wnt5a和Ror2。文獻報道,Wnt5a在細胞功能的調(diào)控方面發(fā)揮著重要的作用,包括細胞的遷移,以及成骨細胞和破骨細胞的形成等。這就提示我

9、們,Wnt5a/Ror2通路可能參與了BMSCs介導的軟骨下骨改建的調(diào)控。結(jié)果顯示,外源性Wnt5a可促進GFP-BMSCs的成骨分化及其誘導的RAW264.7細胞的趨化和分化。抑制GFP-BMSCs中Ror2的表達,可下調(diào)Runx2、Cxcl12的表達和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)。而文獻報道,JNK通路能夠通過增強Runx2的活性,促進BMSCs向成骨細胞的分化。Ca2+/NFAT抑制劑Cyclosporin A能將Wnt5a刺激的BMSCs誘導的破骨前體細胞的遷移降低到對照水平以下(P<0.001),并抑制破骨前體細胞向破骨細胞的分化(P<0.05)。文獻報道,成骨細胞中C

11、a2+/NFAT通路通過調(diào)控趨化因子的表達,促進破骨前體細胞的募集。而 RANKL可激活破骨前體細胞中的Ca2+/NFAT通路促進破骨細胞形成。以上結(jié)果說明BMSCs中的Wnt5a/Ror2信號一方面可通過上調(diào)Runx2的表達促進其自身的成骨分化,另一方面可通過上調(diào)Cxcl12和Rankl的表達促進BMSCs誘導的破骨前體細胞的趨化和分化。從而增強TMJ髁突軟骨下骨的骨轉(zhuǎn)換并最終導致骨量的丟失。
　　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誘導的破骨前體細胞的趨化和分化能力的改變,進而影響成骨細胞和破骨細胞的細胞學行為。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,使得成骨細胞形成的新骨不足以修復破骨細胞吸收的骨量,最終導致了TMJOA早期軟骨下骨骨吸收的表型。本研究從細胞學和分子學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理,為TMJOA的發(fā)生提供了新的解