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目的:糖尿病和牙周病是两种相互作用、互相影响的常见慢性疾病,我们前期研究结果表明糖尿病的糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)可以抑制人牙周膜干细胞(human periodontal ligament stem cells,HPDLSCs)的增殖与分化;而Wnt信号通路在干细胞的增殖和分化中也发挥着重要的作用,但两者是否在人牙周膜干细胞中存在联系,尚不清楚。本研究旨在对糖基化终末产物及WNT通路相关重组蛋白共同作用于人牙周膜干细胞后wnt经典通路的变化以及糖基化终末产物受体的变化进行探索。
方法:本实验主要采用体外组织块酶消化法获得健康人牙周膜细胞,再用单克隆法提取并纯化,培养至第三代进行实验研究.流式细胞仪对纯化后的牙周膜干细胞进行表型分子鉴定,将细胞随机分成健康组(H-PDLSCs组)和10ug/ml AGEs刺激组(A-PDLSCs组),两组细胞在成骨矿化诱导之后分别再加入DKK-1(100ng/ml),Wnt3a(100ng/ml),一周后碱性磷酸酶染色检测ALP活性;实时定量聚合酶链反应(Real Time Polymerase Chain Reaction,RT-PCR)检测成骨基因ALP、Runx2, wnt经典通路的标志物β-catenin以及糖基化终末产物受体RAGE在基因水平的表达;Western Blot进一步检测总蛋白ALP、Runx2、RAGE以及核蛋白中β-catenin在蛋白水平的表达;
结果:1、本实验采用体外组织块联合酶消化法培养原代细胞,7-9天可见组织块周围有贴壁细胞,细胞大多呈梭形,包体小,包浆较丰满,有极少数椭圆形的细胞存在,21天长至孔板底面积的80%.
2、流式细胞仪进行细胞表面分子鉴定:纯化后的牙周膜干细胞表面分子CD29、CD90、CD146、STRO-1呈阳性表达,阳性率分别为99.9%,98.2%,51.1%,6.6%。
3、成骨诱导后碱性磷酸酶染色:成骨矿化诱导七天后,碱性磷酸酶染色结果显示,H-PDLSCs组较A-PDLSCs组深,加入DKK-1之后,H-PDLSCs颜色最深,加入wnt3a之后,A-HPDLSCs组颜色最浅。ALP定量结果显示,差异有统计学意义(p<0.05)。
4、牙周膜干细胞成骨诱导7天后,相关基因的表达差异:
1.wnt经典通路标志物β-catenin比较:成骨诱导7天后,RT-PCR检测结果显示H-PDLSCs表达明显低于A-PDLSCs组(p<0.05),差异有统计学意义;加入DKK-1之后,H-PDLSCs组的表达也低于A-PDLSCs组(p<0.01),差异显著;加入wnt3a后,H-PDLSCs组与A-PDLSCs组未见明显差异,无统计学意义。Western blot检测结果与RT-PCR一致。差异有统计学意义(p<0.05)
2.成骨基因Runx2、ALP表达:成骨诱导7天之后,RT-PCR检测结果显示H-PDLSCs组明显高于A-PDLSCs组的表达,加入DKK-1之后,H-PDLSCs组的表达高于A-PDLSCs组,当加入wnt3a后,H-PDLSCs组的表达高于A-PDLSCs组(p<0.05)。Western blot检测结果与RT-PCR趋势一致。并且与碱性磷酸酶ALP染色结果趋势相符。差异有统计学意义(p<0.05)。
3.糖基化终末产物受体RAGE的表达比较:成骨诱导7天后,RT-PCR检测结果显示:H-PDLSCs组明显低于A-PDLSCs组(p<0.05);加入DKK-1/wnt3a后,A-PDLSCs组表达仍高于H-PDLSCs(p<0.05)。但H-PDLSCs/A-PDLSCs组加入DKK-1或wnt3a,与未加刺激H-PDLSCs/A-PDLSCs相比,差异不明显,无统计学意义;Western blot检测结果与RT-PCR检测结果趋势一致,差异都具有统计学意义(p<0.05)。
结论::根据实验结果可以得出:成骨诱导条件下,AGEs刺激人牙周膜干细胞后,可以使其糖基化终末产物受体的表达增加;同时激活wnt经典通路,导致PDLSCs骨向分化受到抑制;DKK-1抑制wnt经典通路,可以促进PDLSCs成骨分化,当AGEs与wnt通路抑制剂DKK-1同时刺激牙周膜干细胞时,可以削弱DKK-1对wnt经典通路的抑制,同时也可以减弱DKK-1对PDLSCs成骨能力的促进;wnt3a激活wnit经典通路,抑制成骨,当AGEs与wnt通路激活剂wnt3a共同作用于PDLSCs时,β-catenin表达增高,协同wnt3a激活wnt经典通路,导致PDLSCs成骨能力明显下降;但wnt通路的激活剂或抑制剂对RAGE无明显影响,说明wnt通路可能在AGE-RAGE下游;因此我们推测AGEs可能通过激活RAGE的表达,进而激活wnt经典通路来抑制牙周膜干细胞的成骨分化。