李靜雅 稅鈺森 郭永文

1.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院 成都 610041；2.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院正畸科 成都 610041

正畸牙齒移動（orthodontic tooth movement，OTM）發(fā)生的組織學(xué)基礎(chǔ)是正畸力作用下牙周膜壓力側(cè)牙槽骨的骨吸收和張力側(cè)的骨沉積。正畸力經(jīng)牙周膜傳遞至牙槽骨，因而牙周膜在OTM過程中起到了至關(guān)重要的橋梁作用。牙周膜牙周韌帶是一種介于牙骨質(zhì)和牙槽骨之間的不同形式的骨膜[1]，在體內(nèi)可以不斷的承受來自外界的咬合力、正畸力等機(jī)械應(yīng)力刺激。因此，牙周膜細(xì)胞（periodontal ligament cells，PDLCs）作為機(jī)械力的感受器和直接效應(yīng)器，在正畸治療期間可將外界力學(xué)信號轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)生物化學(xué)變化，引起牙周組織改建，實現(xiàn)錯位牙的定向移動。 在這個過程中，成骨細(xì)胞不僅是新骨合成的基礎(chǔ)，還參與了破骨細(xì)胞的活化和成熟[2]。機(jī)械力刺激作用于牙周組織后被轉(zhuǎn)化為牽張力等不同力學(xué)信號，牙周膜細(xì)胞作為應(yīng)力敏感細(xì)胞，以整合素-骨架細(xì)胞、離子通道等途徑接受并轉(zhuǎn)導(dǎo)為初級信號，再通過刺激產(chǎn)生的不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活或通路之間交叉對話途徑將初級信號轉(zhuǎn)化為如MAPK、Wnt/βcatenin、轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、Hippo等下游信號，分泌成骨相關(guān)標(biāo)志物核心結(jié)合因子α1（core binding factor alpha 1，Cbfa1）、堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、膠原蛋白Ⅰ（collagen，COL Ⅰ）、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）、骨涎蛋白（Bone sialoprotein，BSP）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）等成骨細(xì)胞標(biāo)志物，分化成骨，最終達(dá)到骨形成、骨吸收、骨改建的平衡，實現(xiàn)矯治力引導(dǎo)下的牙齒定向移動。

有關(guān)機(jī)械應(yīng)力對牙周組織生物學(xué)效應(yīng)的研究一直受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，采用了各種體外加力裝置模擬體內(nèi)的受力狀態(tài)，其中最為廣泛模擬的機(jī)械應(yīng)力之一便是循環(huán)牽張應(yīng)力（cyclic tensile stress，CTS）。研究者多通過施加大小為10%～12%，頻率為0.5 Hz、并給予一定時長的基底形變加力刺激hPDLCs，探究成骨標(biāo)記基因的水平和成骨分化相關(guān)蛋白的表達(dá)情況。然而，以往對于hPDLCs力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的研究多集中于機(jī)械應(yīng)力刺激后胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)或細(xì)胞應(yīng)答產(chǎn)物的表達(dá)變化上，而在hPDLCs對機(jī)械刺激的胞外感應(yīng)-信號轉(zhuǎn)導(dǎo)-細(xì)胞分化的整體過程研究、信號級聯(lián)反應(yīng)調(diào)控成骨分化的探討存在不足。因此，本文將回顧hPDLCs如何響應(yīng)CTS刺激，著重于力學(xué)信號感應(yīng)-信號轉(zhuǎn)導(dǎo)-成骨分化過程的整體研究進(jìn)展，為臨床實施有效正畸牙齒移動、提高正畸效率提供理論基礎(chǔ)，為正畸牙移動相關(guān)機(jī)制研究提供參考。

1 hPDLCs對CTS的初級感應(yīng)

CTS信號的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)首要步驟是對機(jī)械刺激的反應(yīng)。機(jī)械信號通過整合素、細(xì)胞骨架、離子通道細(xì)胞元件傳遞至細(xì)胞質(zhì)膜、肌動蛋白皮質(zhì)網(wǎng)頂端結(jié)構(gòu)，隨后發(fā)生信號轉(zhuǎn)導(dǎo)或被傳送到細(xì)胞內(nèi)引起一系列生物反應(yīng)。

1.1 整合素

整合素是廣泛分布在細(xì)胞表面的異源二聚體受體，在細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）和細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白細(xì)胞骨架之間參與“outside-in”和“inside-out”雙向途徑的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化、凋亡等多種細(xì)胞行為[3-4]。胞外基質(zhì)結(jié)合蛋白作為整合素配體引發(fā)受體聚集，通過銜接蛋白啟動細(xì)胞信號通路，激活胞外至胞內(nèi)的信號途徑。細(xì)胞對CTS等機(jī)械刺激的初級感應(yīng)表現(xiàn)為黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）和富含脯氨酸的酪氨酸激酶與整合素胞質(zhì)末端相互結(jié)合組成整合素相關(guān)信號復(fù)合體，并與細(xì)胞骨架緊密連接引起其結(jié)構(gòu)改變[5]。在外界應(yīng)力的刺激下，整合素活化引起酪氨酸磷酸化，使得MAPK、RhoA、Ras等介導(dǎo)整合素通路下游信號的核心信號蛋白與復(fù)合體結(jié)合，從而誘導(dǎo)細(xì)胞生長、蛋白合成等應(yīng)答反應(yīng)[4]。

其中，F(xiàn)AK作為關(guān)鍵蛋白參與整合素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。FAK的N端與整合素β亞單位的胞內(nèi)區(qū)結(jié)合，C端與整合素β胞漿尾端相互作用[5]，激活新生的黏著斑，促進(jìn)與其他信號分子的連接，引發(fā)其他細(xì)胞骨架蛋白和信號蛋白的酪氨酸磷酸化。P130cas作為FAK的下游效應(yīng)分子[6]，在拉伸力作用下活性增強，作用非催化型酪氨酸激酶受體蛋白活化細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（Ras-ERK）通路，實現(xiàn)力-化學(xué)信號偶聯(lián)。

1.2 細(xì)胞骨架

細(xì)胞骨架（cytoskeleton，CSK）受到應(yīng)力刺激后，會發(fā)生復(fù)雜的形態(tài)及生化改變，細(xì)胞因子等可以在細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)下釋放，引發(fā)機(jī)械信號向胞內(nèi)傳導(dǎo)。各種肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)為細(xì)胞提供機(jī)械支持，并提供通過細(xì)胞質(zhì)的運輸途徑以幫助信號傳導(dǎo)。其中，纖維肌動蛋白（F-actin）構(gòu)成微絲的主要成分，其結(jié)構(gòu)重排、聚合和解聚的動態(tài)變化可反映細(xì)胞的生理功能狀態(tài)。微絲末端或側(cè)方臨近細(xì)胞膜，其運動變化可使細(xì)胞膜呈現(xiàn)特殊形態(tài)，是機(jī)械力刺激胞內(nèi)信號傳導(dǎo)的重要渠道。Wang等[7]研究發(fā)現(xiàn)，CTS可誘導(dǎo)hPDLCs表達(dá)F-actin，Girdin蛋白上調(diào)。Girdin的表達(dá)可直接有助于肌動蛋白細(xì)胞骨架的重塑。細(xì)胞骨架蛋白Talin蛋白可與整合素B亞基胞內(nèi)區(qū)域粘連，同時與肌動蛋白細(xì)胞骨架相連，調(diào)節(jié)整合素功能，并作為肌動蛋白和FAK的重要結(jié)合位點而介導(dǎo)力學(xué)信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)[8]。

1.3 離子通道

細(xì)胞可通過機(jī)械敏感離子通道的激活感知和響應(yīng)外力的作用[9]。OTM過程中CTS以高振幅鈣瞬變和周期性、低振幅震蕩的形式施加于ECM及整合素后，刺激牽張激活（stretch-activated，SA）的離子通道打開導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流。在成骨細(xì)胞中已證實牽張力作用下通過Ser/Thr激酶通路或FAK和PYK2磷酸化激活A(yù)TP-依賴的SA通道，并認(rèn)為是成骨細(xì)胞MAPK級聯(lián)激活的遠(yuǎn)端上游物質(zhì)[10]。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加可促進(jìn)多種生物因子生成，并作為第二信使在CTS的即刻早期基因表達(dá)中起重要作用。

2 基質(zhì)金屬蛋白和CTS的機(jī)械信號轉(zhuǎn)換

OTM過程中hPDLCs不斷受到CTS等機(jī)械刺激，而CTS必須由生物力學(xué)信號轉(zhuǎn)化為生化信號才能誘導(dǎo)細(xì)胞應(yīng)答?；|(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）參與牙周膜組織細(xì)胞外基質(zhì)代謝，通過降解細(xì)胞外基質(zhì)發(fā)揮作用，參與正畸力所致的牙周改建[11]，在OTM的組織改建過程、組織形態(tài)發(fā)生和組織修復(fù)中起到核心作用。Apajalahti等[12]測定OTM的牙周改建初期齦溝液MMP-1、MMP-8表達(dá)增強。研究發(fā)現(xiàn)，在鈣離子信號作用下實現(xiàn)力學(xué)信號傳至胞內(nèi)通過力-化學(xué)信號轉(zhuǎn)換，使蛋白酶合成分泌改變，hPDLSCs的MMP-10、MMP-13表達(dá)增高。且MMP-13的活性可影響MMP和MMPs組織抑制物（tissue inhibitor of matrix metalloproteinase，TIMPs）的平衡[13]，而TIMPs對MMPs有特異性的抑制作用，可保護(hù)細(xì)胞外基質(zhì)不被降解和重塑。因此MMP/TIMP的改變可影響hPDLC細(xì)胞外基質(zhì)成分的降解，暴露細(xì)胞表面可調(diào)節(jié)細(xì)胞生物活動的隱蔽位點，釋放基質(zhì)內(nèi)潛在的生長因子，參與hPDLCs的骨形成與骨重建。Tantilertanant等[14]依照先前實驗證實CTS可使hPDLCs分泌白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-1和IL-6，并以自分泌或旁分泌的形式影響MMP-1、MMP-3等合成，抑制TIMPs。CTS可以通過調(diào)節(jié)MMPs和TIMP的表達(dá)，實現(xiàn)機(jī)械-生物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

3 CTS激活的hPDLCs胞內(nèi)信號通路

機(jī)械力刺激作用于牙周組織后，hPDLCs以整合素-骨架細(xì)胞、離子通道等途徑接受并轉(zhuǎn)導(dǎo)為初級信號，再通過對機(jī)械力刺激產(chǎn)生的不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路將初級信號轉(zhuǎn)化為下游信號。目前已發(fā)現(xiàn)多種信號通路參與其中，如MAPK、Wnt/βcatenin、TGF-β、Hippo等信號通路。這些通路共同參與成骨分化的調(diào)節(jié)，其中Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（runt-related transcription factor 2，Runx2）和激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）是成骨分化過程中重要的轉(zhuǎn)錄因子。它們的活性可以通過上述信號通路增加。

3.1 MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其相關(guān)通路

3.1.1 MAPK通路 絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）屬于絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）激酶，可介導(dǎo)多種刺激的反應(yīng)，發(fā)揮廣泛的組織特異性功能[15]。MAPK通路包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、c-Jun氨基末端激酶/應(yīng)激活化蛋白激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、p38MAPK通路。

Cbfa1即Runx2，屬Runx家族，是調(diào)控成骨細(xì)胞特異性基因的主控基因，在誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化的級聯(lián)效應(yīng)中發(fā)揮信號作用。細(xì)胞外受體信號通過PKC-Src信號或整合素-FAK激活ERK1/2通路后誘導(dǎo)Runx2核激活[15-16]。Runx2的基因啟動子區(qū)域OSE2序列是Runx2蛋白的功能結(jié)合位點，與許多Runx2下游靶標(biāo)OCN、OPN、COL I等基因啟動子序列類似，故Runx2被認(rèn)為是整合各種信號影響分化的交匯點。因此，Runx2能直接刺激細(xì)胞成骨分化，促進(jìn)成骨前體細(xì)胞合成和礦化相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄。Ren等[17]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)是磷酸化的Runx2并非Runx2作為ERK1/2途徑的下游因子，促進(jìn)hPDLCs的成骨細(xì)胞分化。

在MAPK信號中，ERK1/2是各種機(jī)械傳感器激活反應(yīng)最顯著的激酶，已被證實參與了牙根形成和再生過程中細(xì)胞的增殖和分化[18]。Li等[19]驗證了CTS可通過活化ERK/Elk1通路參與牙周膜細(xì)胞的成骨分化。研究證實，CST可呈時間依賴性促進(jìn)hPDLCs力生長因子（mechano-growth factor，MGF）的表達(dá)，MGF可通過激活MEK/ERK1/2信號通路參與成骨分化。Liu等[20]指出CTS的機(jī)械刺激可提高h(yuǎn)PDLSCs中半胱氨酸-g-裂解酶（CSE）的mRNA表達(dá)，hPDLSCs中CSE產(chǎn)生H2S激活p38和ERK通路并上調(diào)Runx2、ALP和OCN的表達(dá)，促進(jìn)成骨分化。

除此之外，在OTM過程中，牙周膜受擠壓而緊縮，牙周間隙變窄，血管受壓，膠原纖維和基質(zhì)也出現(xiàn)降解吸收從而導(dǎo)致牙周組織缺血，氧分壓下降，局部形成一個低氧的微環(huán)境。有研究表明局部缺氧的微環(huán)境是骨改建啟動的重要因素之一[21]。Li等[22]對hPDLCs給予2% O2的缺氧處理24 h后施加CTS發(fā)現(xiàn)，缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1，HIF-1α）、OPN、Runx2和Osterix表達(dá)都有顯著上調(diào)，通過MAPK通路增強hPDLSCs的增殖及分化能力。

3.1.2 Rho/ROCK信號轉(zhuǎn)導(dǎo) Rho/ROCK途徑已被證明對機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要，可協(xié)同影響機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的早期事件，調(diào)節(jié)多種下游信號[23]，依賴Rho/ROCK的細(xì)胞骨架重組存在于各種應(yīng)力刺激下的細(xì)胞和組織中。Kletsas等[24]指出ROCK位于MAPKs的上游，在CTS誘導(dǎo)的PDLCs中結(jié)合了MAPK級聯(lián)的激活控制機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)早期分子。然而衰老的hPDLFs中ALP的表達(dá)明顯降低[25]，表明細(xì)胞衰老會減弱CTS誘導(dǎo)下的hPDLFs激活MAPK通路發(fā)生成骨分化的能力。除此之外，ROCK的失活可致應(yīng)力纖維和黏著斑的功能喪失[26]。

3.1.3 c-Fos信號通路 c-Fos被認(rèn)為在牙周膜成纖維細(xì)胞的增殖和分化中起作用。成骨細(xì)胞分化關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子AP-1是由Fos和Jun亞蛋白家族成員組成的二聚體轉(zhuǎn)錄因子，是細(xì)胞對外界刺激的早期反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。在CTS下MAPK作為上游調(diào)節(jié)因子上調(diào)早期基因c-Fos和c-Jun的表達(dá)。但在施力6 h后，MAPK的激活狀態(tài)及基因表達(dá)恢復(fù)到基礎(chǔ)水平[27]。PDLFs通過ERK誘導(dǎo)c-Fos合成刺激AP-1的活性，通過JNK磷酸化c-Jun蛋白的激活結(jié)構(gòu)域提高AP-1的活性，增加COLⅠ表達(dá)[2,28]。但值得注意的是，F(xiàn)ranceschi等[29]提出p38激酶可將機(jī)械信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞核中使c-Fos和c-Jun上調(diào)，但不受AP-1和COLⅠ的表達(dá)影響。這提示CTS可激活p38相關(guān)的成骨細(xì)胞分化，但其下調(diào)機(jī)制獨立于ERK1/2成骨分化機(jī)制。

Yamaguchi等[30]指出負(fù)荷刺激可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞生物合成活性，其中c-Fos基因表達(dá)呈雙相模式，即在機(jī)械刺激后30 min上調(diào)，24 h下調(diào)。這種雙相模式可能反映了骨細(xì)胞反應(yīng)的發(fā)育階段，早期表達(dá)與增殖活性有關(guān)，后來表達(dá)增強與分化程度更高的表型相關(guān)。這可能由于牙周膜成纖維細(xì)胞并不是同質(zhì)的，可能由不同的亞群組成，具有獨特的表型和不同的功能，因而造成了相關(guān)結(jié)果的差異性表現(xiàn)[31]。

3.1.4 PTH1R信號通路 甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白（parathyroid hormone-related protein，PTHrP）是一種局部因子，通過與其受體甲狀旁腺激素Ⅰ型受體（parathyroid hormone type 1 receptor，PTH1R）相互作用，介導(dǎo)骨骼發(fā)育等[32-33]。因PTHrP-PTH1R系統(tǒng)的異常會影響牙齒萌出和牙根形成，因此PTH1R在牙根發(fā)育和牙周膜組織的機(jī)械反應(yīng)性中起重要作用。Li等[32]實驗發(fā)現(xiàn)CTS可呈時間依賴性使PTH1R以及Runx2、Osterix、Col Ⅰ和OPN表達(dá)增加。PTH1R信號通路在CTS誘導(dǎo)成牙骨質(zhì)細(xì)胞分化過程中起調(diào)控作用，且ERK1/2主要作為下游細(xì)胞內(nèi)信號分子參與。

3.2 Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其相關(guān)通路

3.2.1 Wnt/β-catenin信號通路 Wnt信號已被證實參與細(xì)胞增殖和骨礦化[34]，對于PDLC環(huán)境穩(wěn)態(tài)和對損傷的反應(yīng)至關(guān)重要。Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是由配體蛋白Wnt和膜蛋白受體結(jié)合激發(fā)的一組多下游通道的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。典型的Wnt/β-catenin信號通路，可激活核內(nèi)靶基因的表達(dá)[35]。表現(xiàn)為無Wnts信號時，β-catenin在胞漿和胞核內(nèi)均維持低濃度水平。機(jī)械負(fù)荷可刺激脫磷酸的β-catenin在細(xì)胞質(zhì)中的短暫累積及細(xì)胞核的轉(zhuǎn)運[34]。當(dāng)Wnt信號啟動時，Wnts與Frizzled特異性結(jié)合活化蛋白Dsh，后通過G蛋白耦聯(lián)受體抑制細(xì)胞內(nèi)GSK-3β對β-catenin的降解活性，β-catenin在胞質(zhì)內(nèi)逐漸累積進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并與TCF/LEF-1轉(zhuǎn)錄因子共同作用激活和調(diào)控Runx2等靶基因的轉(zhuǎn)錄[35-36]。

有學(xué)者以β-catenin為靶點上調(diào)或下調(diào)其表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在外源性CTS下，ALP的活性在加力0～12 h時段明顯增強，BMP-2、Runx2的表達(dá)也發(fā)生上調(diào)，證實了Wnt/β-catenin信號通路參與了PDLSCs早期的應(yīng)力條件下成骨。Chang等[37]研究了miR-195-5p在CTS刺激下原代hPDLCs的差異表達(dá)，可通過介入Wnt通路抑制hPDLCs骨形成。其中WNT家族成員3A（Wnt3A）、成纖維細(xì)胞生長因子2（fibroblast growth factor2，F(xiàn)GF2）和骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體1A（bone morphogenetic protein receptor 1A，BMPR1A）是miR-195-5p的直接靶標(biāo)，三者作為成骨活性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因子，發(fā)現(xiàn)可被miR-195-5P的過表達(dá)顯著抑制，阻礙PDLCs的骨分化。

而Yu等[38]研究得出CTS增加hPDLCs成骨潛能的特征是抑制了典型的Wnt途徑，并發(fā)現(xiàn)尼古丁與CTS聯(lián)合應(yīng)用于hPDLCs條件下，前者通過與α7煙堿型乙酰膽堿受體結(jié)合，信號傳導(dǎo)使抑制狀態(tài)的β-catenin被激活，激活了Wnt途徑，阻止了CTS誘導(dǎo)hPDLCs成骨潛能的增強。Xu等[34]發(fā)現(xiàn)超負(fù)荷刺激PDLC后Wnt應(yīng)答反應(yīng)立即增強，并且提高有絲分裂活性。隨著時間的推移，Wnt應(yīng)答反應(yīng)數(shù)量減少并趨于穩(wěn)定。由此可推測Wnt信號通路在應(yīng)力刺激早期可促進(jìn)PDLSCs的增殖，后期則維持干細(xì)胞活性，抑制其分化。對此出現(xiàn)的矛盾結(jié)論，De Boer等[39]指出對于人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，典型的Wnt信號通路既有骨誘導(dǎo)作用，又有骨抑制作用，這取決于信號傳遞的程度。同作為間充質(zhì)干細(xì)胞，hPDLCs在應(yīng)力刺激下Wnt信號通路出現(xiàn)的不同應(yīng)答反應(yīng)仍需進(jìn)一步深入探究。

3.2.2 KLF5-FGF信號通路 鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子5又稱Krupple樣因子5（Kruppel-like factor 5，KLF5），在牙發(fā)育過程中存在著時空特異性表達(dá)[40]，表現(xiàn)為在小鼠牙發(fā)育過程KLF5可介導(dǎo)成牙本質(zhì)分化，過表達(dá)KLF5可促進(jìn)小鼠牙乳頭細(xì)胞的礦化[41-42]。作為KLF5的下游靶基因[43]，成纖維細(xì)胞生長因子結(jié)合蛋白（fibroblast growth factor binding protein，F(xiàn)GF-BP）可促進(jìn)FGF2的表達(dá)，后者能夠上調(diào)Runx2的表達(dá)。同時過表達(dá)FGF2能夠促進(jìn)β-catenin的核累積，激活Wnt/β-catenin信號通路[44]。因此KLF5可通過影響FGF2-Wnt/β-catenin信號通路參與牙周組織的骨重建。研究證實，CTS可呈時間依賴性誘導(dǎo)hPDLCs中KLF5 mRNA和蛋白表達(dá)，且FGF2、P-GSK-3β（ser 9）、β-catenin蛋白均表達(dá)上調(diào)。過表達(dá)FGF2可以部分逆轉(zhuǎn)沉默KLF5對其的抑制效應(yīng)。因此KLF5可通過FGF2-GSK-3β/βcatenin信號通路調(diào)控人牙周膜細(xì)胞的成骨分化，KLF5-FGF信號通路與Wnt/β-catenin信號通路在此過程中存在交互作用。

3.3 TGF-β/BMP信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

TGF-β/BMP信號通路參與骨組織的發(fā)生、發(fā)育和成熟。轉(zhuǎn)化生長因子β受體1（transforming growth factor beta receptor，TGFbR1）編碼的跨膜蛋白與其他受體形成異源二聚體，與TGF-β結(jié)合，介導(dǎo)與細(xì)胞增殖相關(guān)的下游基因的轉(zhuǎn)錄[45]。其中，TGF-β細(xì)胞因子超家族的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子之一Smads7可對TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)起抑制作用。同時Smad7作為TGF-β的下游基因[46]，TGF-β在啟動信號傳導(dǎo)早期上調(diào)可抑制因子Smad7的表達(dá)，因此形成了TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)環(huán)路，保證TGF-β對細(xì)胞分化的精細(xì)調(diào)控。CTS等機(jī)械力作用可使TGFbR1表達(dá)下降、Smad7的表達(dá)升高，抑制TGF-β信號通路傳導(dǎo)，參與牙周組織骨改建的精確調(diào)控。另外，De Crescenzo等[45]證實，胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）參與TGF-β/BMP通路的調(diào)控。IGF可在骨吸收時大量增加發(fā)揮骨吸收和骨形成的偶聯(lián)作用，對骨形成有很強的促進(jìn)作用，提示機(jī)械作用牙周膜細(xì)胞后可能通過IGF-1基因的高表達(dá)調(diào)控促成骨效應(yīng)的基因表達(dá)而調(diào)控牙周組織的改建。

有趣的是，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)TGF-β/BMP-2-Smads復(fù)合物通過識別Runx2羧基端Smad結(jié)合區(qū)域/核基質(zhì)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號結(jié)合位點區(qū)域起作用，激活Runx2誘導(dǎo)COL I、OCN、BSP的表達(dá)。另外，TGF-β刺激成骨細(xì)胞可顯著表達(dá)Runx2，并誘導(dǎo)MMP-13基因的表達(dá)，說明MMP-13是TGF-β/Runx2在成骨細(xì)胞和軟骨細(xì)胞中的靶物質(zhì)[47]。

3.4 Hippo信號通路

Hippo信號通路是一條高度保守的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，在胚胎發(fā)育、干細(xì)胞自我更新和組織再生中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。Hippo通路已被證實對細(xì)胞外界刺激的高度敏感性，并且其下游效應(yīng)因子YAP、TAZ在機(jī)械化學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中起著決定性作用[48]。當(dāng)Hippo信號通路被激活時，YAP/TAZ被磷酸化并結(jié)合到細(xì)胞質(zhì)，然后通過泛素化降解。當(dāng)通路沉默時，YAP/TAZ保持活躍，并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中發(fā)揮轉(zhuǎn)錄共激活因子的功能。Yang等[49]研究證實了CTS引起的細(xì)胞骨架重塑可誘導(dǎo)Hippo信號通路激活，顯著刺激TAZ的細(xì)胞核積累及其與Runx2的結(jié)合，參與hPDLCs的成骨分化[50]。Sun等[51]研究發(fā)現(xiàn)YAP和TAZ蛋白通過不同機(jī)制參與了機(jī)械刺激的應(yīng)答，其中包括Hippo-YAP途徑和Hippo-TAZ-Runx2途徑。前者猜測與細(xì)胞增殖和凋亡相關(guān)，后者中Runx2作為僅TAZ的下游因子參與OTM過程中的骨組織改建。除此之外，ROCK介導(dǎo)的TAZ可促進(jìn)CTS誘導(dǎo)的hPDLCs成骨作用，以及調(diào)低TAZ會抵消CTS誘導(dǎo)的成骨分化和Wnt相關(guān)蛋白表達(dá)[28]，間接說明TAZ可能參與調(diào)控Wnt信號相關(guān)基因的表達(dá)，但不能確定其是否是作為上游元件參與Wnt通路的成骨過程。

3.5 SMO/PTCH-Hh-GLI信號通路

Steinert等[52]已證實，Hedgehog（Hh）信號通路在牙胚發(fā)育過程中介導(dǎo)了牙胚發(fā)育早期上皮與間充質(zhì)之間、上皮與上皮之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Hh通路通過兩個跨膜蛋白Patched（PTCH）和Smoothened（SMO）介導(dǎo)，在無Hh情況下，PTCH與SMO結(jié)合，抑制其活性。但當(dāng)存在Hh時，便與PTCH解除，激活的SMO可活化轉(zhuǎn)錄因子，激活Hh靶基因的表達(dá)，信號傳導(dǎo)和靶基因的轉(zhuǎn)錄功能[53]。研究表明，過表達(dá)SMO與正常SMO的PDLSCs在應(yīng)力加載12 h后ALP、Runx2的表達(dá)量均最為明顯，隨后其表達(dá)量出現(xiàn)下降。說明Hh信號通路對成骨分化的作用早期表現(xiàn)為促進(jìn)，晚期表現(xiàn)為抑制。這對后續(xù)實驗、臨床治療加力時間點的選擇具有一定的指導(dǎo)意義。

3.6 PERK/eIF2α/ATF4信號通路

蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase R-like ER kinase，PERK）是位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的Ⅰ型跨膜蛋白，其主要功能是感受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應(yīng)激信號（endoplasmic reticulum stress，ERS）。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)受到機(jī)械外力等應(yīng)激時，早期階段PERK即被激活，導(dǎo)致真核細(xì)胞起始因子2α（eukaryotic initiation factor 2α，eIF2α）磷酸化，具有選擇性優(yōu)勢的轉(zhuǎn)錄激活因子4（activating transcription factor 4，ATF4）翻譯增加。ATF4作為PERK下游的因子參與調(diào)控成骨相關(guān)基因的表達(dá)[54]。Yang等[55]研究發(fā)現(xiàn)CTS誘導(dǎo)hPDLCs發(fā)生ERS，PERK的過表達(dá)增加eIF2α的磷酸化和ATF4的表達(dá)，誘導(dǎo)直接靶標(biāo)BSP、OCN的上調(diào)，證實了ERS介導(dǎo)的PERK/eIF2α/ATF4信號通路參與了CTS作用下PDLCs的成骨細(xì)胞分化。

3.7 Notch1信號通路

Notch1信號通路是一種進(jìn)化上高度保守的細(xì)胞間信號通路，激活Notch1信號通路可促進(jìn)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖，維持干細(xì)胞特性，抑制其成骨分化[56]。Notch1跨膜受體與位于另一細(xì)胞膜表面人重組Jagged1蛋白配體蛋白結(jié)合，通過γ外分泌酶剪切釋放Notch1通路關(guān)鍵蛋白激活Notch1通路，實現(xiàn)對細(xì)胞分化、增殖與遷移的調(diào)控作用。有學(xué)者通過CTS作用于PDLSCs條件下抑制Notch1信號通路，發(fā)現(xiàn)早期成骨標(biāo)志ALP和BMP-2的表達(dá)量隨加力時間的增加呈明顯遞增趨勢，證明Notch1信號通路在PDLSCs分化起始階段抑制其成骨分化，維持分化功能。

4 結(jié)論

PDLCs作為機(jī)械力的感受器和直接效應(yīng)器，在正畸治療中可將矯治力學(xué)信號轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)信號，引起牙周組織改建，實現(xiàn)錯位牙的定向移動。了解PDLSCs如何將CTS力學(xué)信號轉(zhuǎn)換為生物-化學(xué)信號并成骨分化的分子機(jī)制，有利于我們在臨床正畸治療中通過優(yōu)化機(jī)械力的頻率、強度等，為正畸臨床中高效健康的牙移動提供理論支持。現(xiàn)有研究表明，當(dāng)機(jī)械力刺激作用于細(xì)胞，由整合素-細(xì)胞骨架-離子通道感應(yīng)接受并轉(zhuǎn)導(dǎo)為初級化學(xué)信號，再通過激活相應(yīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路或通路之間交叉對話途徑將初級化學(xué)信號進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為下游信號，調(diào)控hPDLCs基因表達(dá)及蛋白合成進(jìn)而調(diào)控其成骨分化過程，促進(jìn)骨改建。盡管已有不少學(xué)者研究了CTS對hPDLCs成骨分化的作用，但這個過程極為復(fù)雜且精密，其中的具體機(jī)制仍未闡明，機(jī)械應(yīng)力刺激下牙周組織骨重塑過程中各環(huán)節(jié)及各信號通路參與調(diào)控的分子機(jī)制以及相互關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。