王 婷，杜令倩

牙周炎疾病進(jìn)展程度與局部多種調(diào)控因子的變化有關(guān)[5]。作為牙周組織中重要的間充質(zhì)干細(xì)胞，牙周膜干細(xì)胞(periodontal ligament stem cells，PDLSCs)具有自我更新和多向分化能力，卻往往因局部炎癥微環(huán)境導(dǎo)致過(guò)早凋亡，嚴(yán)重影響其增殖能力及成骨能力[6-8]。有研究發(fā)現(xiàn)，Ghrelin可在多種干細(xì)胞中調(diào)控凋亡[9-10]。其能否在PDLSCs中發(fā)揮作用目前尚不可知。

本研究擬探討Ghrelin對(duì)PDLSCs增殖和凋亡的影響及可能的調(diào)控機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)Ghrelin在牙周治療中的應(yīng)用提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

α-MEM培養(yǎng)基(Hyclone，美國(guó))，胰蛋白酶-EDTA消化液、雙抗、油紅O染色液、Calcein-AM/PI活細(xì)胞/死細(xì)胞雙染試劑盒(Solarbio，中國(guó))，Ghrelin(ab120230)、Ghrelin受體GHS-R1α拮抗劑DLS(ab141148)(Abcam，美國(guó))，2%茜素紅染液(雷根生物，中國(guó))，鼠抗人CD29、CD44、CD73、CD31、CD34單克隆抗體(Biolegend，美國(guó))，CCK-8試劑盒(同仁，日本)，Annexin V-FITC/PI凋亡檢測(cè)試劑盒(聯(lián)科生物，中國(guó))，一步法TUNEL原位細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒(Elabscience，中國(guó))，紫外分光光度儀(BMGLabtech，德國(guó))，倒置相差顯微鏡(Olympus，日本)，流式細(xì)胞儀(CytoFLEX，美國(guó))，熒光倒置顯微鏡及照相系統(tǒng)(Leica，德國(guó))。

1.2 Ghrelin和DLS配制

Ghrelin配制：將1 mg Ghrelin溶解于20 mL無(wú)菌水中，配制成50 μg/mL的儲(chǔ)存液，-20 ℃保存?zhèn)溆?。使用時(shí)，將儲(chǔ)存液用培養(yǎng)基按濃度梯度稀釋到50、100、200、400 ng/mL。

DLS配制：將5 mg DLS溶解于2.69 mL無(wú)菌水中，配制成濃度為2 mmol/L的儲(chǔ)存液，-20 ℃保存?zhèn)溆?。使用時(shí)，將儲(chǔ)存液稀釋至20 μmol/L。

1.3 PDLSCs培養(yǎng)

研究方案經(jīng)山東大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院倫理委員會(huì)(NO.20220105)批準(zhǔn)，每位捐贈(zèng)者均知情同意。取臨床上12～20歲拔除的牙周健康無(wú)齲壞的正畸牙或第三磨牙，刮取牙根中1/3處牙周膜組織并切成小塊，經(jīng)含5%雙抗的PBS沖洗3次后，用探針將切碎的小塊組織平鋪于25 cm2培養(yǎng)瓶底，瓶?jī)?nèi)放入4 mL完全培養(yǎng)基(含20% FBS和1%雙抗的α-MEM)，倒置放入培養(yǎng)箱，3～4 h后翻瓶，并于37 ℃、5%CO2飽和濕度條件下培養(yǎng)，每3～4 d換液，連續(xù)培養(yǎng)2周。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的第一代細(xì)胞，通過(guò)有限稀釋法擴(kuò)大培養(yǎng)得到PDLSCs，取P3～P5代的細(xì)胞用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.4 PDLSCs的鑒定

1.4.1 流式細(xì)胞術(shù)分析PDLSCs細(xì)胞表面標(biāo)記抗原 取活性良好的P3代PDLSCs，用含有2% FBS的PBS離心洗滌3次后，將細(xì)胞與鼠抗人CD29、CD44、CD73、CD31和CD34單克隆抗體(濃度均為2.5 μg/mL)在冰上避光孵育1 h；未經(jīng)任何抗體處理的細(xì)胞用作空白對(duì)照。孵育后，用PBS再次洗滌細(xì)胞3次，流式細(xì)胞儀上機(jī)檢測(cè)。

1.4.2 PDLSCs成骨成脂分化 PDLSCs以2×105個(gè)/孔的密度接種在6孔板上，次日分別更換成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)基(含1×10-8mol/L地塞米松、10 mmol/L β-甘油磷酸鈉、50 mg/L維生素C的完全培養(yǎng)基)和成脂誘導(dǎo)培養(yǎng)基(含1 μmol/L地塞米松、10 μg/mL胰島素、0.5 mmol/L IBMX、0.2 mmol/L吲哚美辛的完全培養(yǎng)基)，每3 d換液，分別誘導(dǎo)28 d，PBS沖洗，4%多聚甲醛固定后，分別用2%茜素紅染色液或油紅O染色液染色并于倒置顯微鏡下拍照。

(2)提高高技術(shù)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的創(chuàng)新能力，注重創(chuàng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)創(chuàng)新技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之所以獲得快速的成長(zhǎng)，主要依靠的是創(chuàng)新技術(shù)的迅猛發(fā)展。創(chuàng)新主體要想在眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出，其關(guān)鍵就是創(chuàng)新技術(shù)。

1.5 細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)(CCK-8比色法)

PDLSCs以5×103個(gè)/孔的細(xì)胞密度接種到96孔板中，于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。待細(xì)胞貼壁后，分別更換濃度為0(對(duì)照組)、50、100、200、400 ng/mL Ghrelin的培養(yǎng)基(含0.1% FBS)。分別孵育24 h和48 h后，于避光條件下每孔加入10 μL CCK-8檢測(cè)液，培養(yǎng)箱中避光孵育2.5 h，酶標(biāo)儀檢測(cè)450 nm 波長(zhǎng)處的OD值。上述實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.6 細(xì)胞活死染色

將PDLSCs以3×104個(gè)/孔的細(xì)胞密度接種到24孔板中，次日待細(xì)胞貼壁后更換培養(yǎng)液，按照以下分組處理。對(duì)照組：加入不含F(xiàn)BS的α-MEM培養(yǎng)液；100 ng/mL、200 ng/mL和400 ng/mL Ghrelin組：分別加入100、200、400 ng/mL Ghrelin不含F(xiàn)BS的α-MEM培養(yǎng)液。各組饑餓培養(yǎng)48 h后，按照試劑盒說(shuō)明書行活死細(xì)胞染色，即去除培養(yǎng)基后，用試劑盒內(nèi)的緩沖液清洗2～3次，每孔加入200 μL染色工作液，避光孵育15 min后去除染色液，熒光顯微鏡觀察活死細(xì)胞熒光染色情況并拍照。Image J軟件分析活死細(xì)胞數(shù)量并計(jì)算細(xì)胞存活率，細(xì)胞存活率=活細(xì)胞數(shù)÷全部細(xì)胞數(shù)×100%。

1.7 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞凋亡

PDLSCs以2.5×105個(gè)/孔的細(xì)胞密度接種到6孔板中，24 h細(xì)胞貼壁后，采用饑餓誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡模型[11]。Nc組：加入10% FBS的α-MEM；對(duì)照組、200 ng/mL Ghrelin組、400 ng/mL Ghrelin組：分組處理同1.6；200 ng/mL Ghrelin + DLS組：需提前加入20 μmol/L DLS，預(yù)處理30 min后再加入200 ng/mL Ghrelin。各組均于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h后，用不含EDTA的胰酶消化收集細(xì)胞，以預(yù)冷的PBS沖洗3次，按照Annexin V-FITC/PI凋亡檢測(cè)試劑盒說(shuō)明書，每孔加入500 μL Binding buffer、5 μL AnnexinV-FITC和10 μL PI重懸混勻細(xì)胞，避光孵育15 min后，上機(jī)檢測(cè)。

1.8 TUNEL染色

取生長(zhǎng)活性狀態(tài)良好的P3代PDLSCs，以4×104個(gè)/孔的密度接種到24孔板中。接種前，孔板中提前放入大小適宜的細(xì)胞爬片，待24 h后細(xì)胞貼壁，按1.7分組處理。細(xì)胞培養(yǎng)72 h后，按照TUNEL試劑盒染色說(shuō)明書操作。去除培養(yǎng)液，PBS漂洗2遍，4%多聚甲醛室溫固定20 min，0.2% TritonX-100于37℃通透10 min。取出爬片放入濕盒，滴加標(biāo)記工作液于37℃避光反應(yīng)1 h。PBS漂洗3次，DAPI復(fù)染，避光孵育5 min，PBS漂洗后，干燥，用含抗熒光淬滅劑的封片劑封片，熒光顯微鏡觀察熒光染色情況并拍照。

1.9 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)均用“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，采用方差分析，P<0.05時(shí)認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 PDLSCs鑒定

2.1.1 細(xì)胞表面抗原 流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)結(jié)果顯示，本實(shí)驗(yàn)分離培養(yǎng)的PDLSCs表面陽(yáng)性表達(dá)間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)表面標(biāo)記物CD29、CD44和CD73，而造血干細(xì)胞標(biāo)記物CD31和CD34呈陰性表達(dá)(圖1)。這表明PDLSCs與MSCs具有相似的表型。

圖1 流式細(xì)胞儀檢測(cè)牙周膜干細(xì)胞表面相關(guān)抗原

2.1.2 牙周膜干細(xì)胞具有多向分化能力 PDLSCs經(jīng)成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)28 d后，鏡下觀察顯示細(xì)胞呈現(xiàn)復(fù)層生長(zhǎng)，茜素紅染色可見(jiàn)散在的紅色礦化結(jié)節(jié)形成，證明PDLSCs具有成骨分化能力。成脂誘導(dǎo)培養(yǎng)28 d后經(jīng)油紅O染色，鏡下可見(jiàn)多個(gè)脂滴形成，證明細(xì)胞具有成脂分化的能力(圖2)。

A：PDLSCs成骨分化；B：PDLSCs成脂分化

2.2 Ghrelin促進(jìn)PDLSCs增殖

CCK-8檢測(cè)結(jié)果顯示，與未加Ghrelin的對(duì)照組相比，50、100、200、400 ng/mL濃度Ghrelin分別作用24 h和48 h后，均未對(duì)PDLSCs細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞毒性。100 ng/mL和200 ng/mL的Ghrelin可以明顯促進(jìn)PDLSCs增殖(P<0.05)(圖3)。

與對(duì)照組相比，*：P<0.05

2.3 Ghrelin抑制饑餓誘導(dǎo)的PDLSCs死亡

活死細(xì)胞染色結(jié)果顯示，PDLSCs經(jīng)無(wú)血清饑餓誘導(dǎo)48 h后，多數(shù)細(xì)胞存活(熒光呈綠色)，少數(shù)細(xì)胞死亡(熒光呈紅色)。對(duì)照組、100 ng/mL組、200 ng/mL組、400 ng/mL組的細(xì)胞存活率分別為(89.04±0.80)%、(97.04±0.04)%、(97.84±0.41)%、(91.26±1.05)%。與對(duì)照組相比，100、200、400 ng/mL Ghrelin處理組的細(xì)胞存活率明顯提高(P<0.05)，Ghrelin對(duì)饑餓誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡具有保護(hù)作用(圖4)。

圖4 細(xì)胞饑餓誘導(dǎo)后活/死細(xì)胞染色

2.4 Ghrelin抑制饑餓誘導(dǎo)的PDLSCs凋亡

2.4.1 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)PDLSCs凋亡 對(duì)照組(無(wú)FBS)較Nc組(含10% FBS)細(xì)胞凋亡率明顯增高(P<0.000 1)，本研究成功建立饑餓誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡模型。與對(duì)照組相比，200 ng/mL和400 ng/mL的Ghrelin均可以明顯降低細(xì)胞凋亡率，且200 ng/mL Ghrelin抑制凋亡作用更好(P<0.05)。為探究Ghrelin發(fā)揮保護(hù)作用的機(jī)制，本研究增加Ghrelin受體拮抗劑DLS預(yù)處理組。結(jié)果表明，DLS預(yù)處理后明顯逆轉(zhuǎn)了Ghrelin對(duì)細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用(P<0.001)(圖5)。

A：對(duì)照組；B：200 ng/mL Ghrelin組；C：400 ng/mL Ghrelin組；D：200 ng/mL Ghrelin+DLS組；E：Nc組；F：統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果；*：P<0.05；**：P<0.01；***：P<0.001；****：P<0.000 1

2.4.2 TUNEL染色檢測(cè)PDLSCs凋亡 TUNEL染色結(jié)果表明，無(wú)血清饑餓誘導(dǎo)72 h后，與Nc組(含10% FBS)相比，PDLSCs的TUNEL染色陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)顯著增加。與對(duì)照組相比，細(xì)胞經(jīng)200 ng/mL和400 ng/mL Ghrelin作用后，其TUNEL染色陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)明顯減少，但Ghrelin抑制細(xì)胞凋亡的作用可被受體拮抗劑DLS所逆轉(zhuǎn)，這提示Ghrelin抑制凋亡的作用與Ghrelin結(jié)合PDLSCs表面受體GHS-R1α有關(guān)(圖6)。

圖6 TUNEL染色檢測(cè)細(xì)胞凋亡

3 討 論

PDLSCs因具備高增殖、自我更新和多向分化能力，被認(rèn)為是恢復(fù)牙周組織再生最具有可行性的種子細(xì)胞。但實(shí)際應(yīng)用中，PDLSCs常因衰老及炎癥作用而發(fā)生早期凋亡，失去其在組織再生應(yīng)用中的價(jià)值。Ghrelin在唾液及齦溝液中呈高表達(dá)。健康人群齦溝液中Ghrelin濃度在(19 129±13 280)pg/mL，是血液及唾液的500余倍；Ghrelin表達(dá)量隨炎癥變化而變化[12]，牙周炎患者齦溝液中Ghrelin表達(dá)降低[13]，血液中Ghrelin的表達(dá)升高[14]，提示Ghrelin可能參與維持牙周組織穩(wěn)態(tài)，Ghrelin表達(dá)失調(diào)與牙周炎癥相關(guān)。PDLSCs作為牙周組織中重要的間充質(zhì)干細(xì)胞，Ghrelin對(duì)其增殖及凋亡作用的研究未見(jiàn)報(bào)道。

本研究成功分離培養(yǎng)PDLSCs，根據(jù)齦溝液Ghrelin濃度及前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究濃度選取50～400 ng/mL用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。CCK-8結(jié)果表明50～400 ng/mL的Ghrelin均未表現(xiàn)出細(xì)胞毒性作用，并且當(dāng)濃度在100、200 ng/mL時(shí)可以明顯促進(jìn)細(xì)胞增殖。Miao等[15]發(fā)現(xiàn)Ghrelin可以通過(guò)促進(jìn)胰島素樣生長(zhǎng)因子-1的表達(dá)來(lái)促進(jìn)3T3-L1細(xì)胞的增殖，其促增殖效應(yīng)與本研究結(jié)果相一致。另外，Ghrelin對(duì)干細(xì)胞的促增殖作用還可能與G1期阻滯抑制有關(guān)[16]。

細(xì)胞類型不同，Ghrelin對(duì)細(xì)胞凋亡作用的影響不同。Ghrelin對(duì)卵母細(xì)胞、原癌細(xì)胞具有促進(jìn)凋亡作用，對(duì)心肌細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞具有抑制凋亡作用[17-20]。本研究檢測(cè)了Ghrelin對(duì)饑餓誘導(dǎo)的PDLSCs細(xì)胞死亡和凋亡的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ghrelin可以明顯提高相關(guān)細(xì)胞存活率，減少細(xì)胞凋亡率，表明Ghrelin可能對(duì)PDLSCs發(fā)揮重要的保護(hù)作用，其作用可能與Ghrelin與GHS-R1α結(jié)合激活下游ERK通路及PI3K/AKT通路，進(jìn)而抑制Caspase3活化有關(guān)[21]。Ghrelin在全身多處器官如心臟[22]、腎臟[23]和腦[24]等中發(fā)揮保護(hù)作用，與其激活受體GHS-R1α有關(guān)[25]。GHS-R1α在牙齦上皮細(xì)胞、牙齦下結(jié)締組織以及牙周膜等牙周組織中均高度表達(dá)[12]。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，牙周膜細(xì)胞及牙齦細(xì)胞表面的GHS-R1α受體也會(huì)通過(guò)炎癥刺激短期表達(dá)升高來(lái)實(shí)現(xiàn)牙周保護(hù)作用[26]。凋亡是細(xì)胞面臨饑餓和氧化應(yīng)激、損傷等時(shí)最常見(jiàn)的細(xì)胞死亡形式，Ghrelin對(duì)PDLSCs的凋亡作用直接影響著Ghrelin的臨床應(yīng)用。本研究中，200 ng/mL較400 ng/mL Ghrelin抑制凋亡的作用更明顯。一方面可能與200 ng/mL的濃度能更好地促進(jìn)細(xì)胞增殖有關(guān)；另一方面可能因?yàn)镚hrelin作為配體的量過(guò)多，超過(guò)GHS-R1α可結(jié)合的量，引起ERK和PI3K信號(hào)通路負(fù)反饋調(diào)控機(jī)制激活[27]。本研究發(fā)現(xiàn)Ghrelin對(duì)細(xì)胞凋亡的抑制作用可以被GHS-R1α拮抗劑阻斷，表明Ghrelin和細(xì)胞表面受體GHS-R1α結(jié)合參與抑制細(xì)胞凋亡過(guò)程。有研究報(bào)道Ghrelin通過(guò)激活GHS-R1α/AMPK/Sirt1/PGC-1α/UCP2信號(hào)通路抑制神經(jīng)元的凋亡，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，Ghrelin/GHS-R1α在PDLSCs發(fā)揮的抗凋亡效應(yīng)是否與激活了此信號(hào)通路相關(guān)，有待于進(jìn)一步的研究[28]。

綜上，Ghrelin可以促進(jìn)PDLSCs增殖、抑制其凋亡，對(duì)PDLSCs發(fā)揮保護(hù)作用，可能與Ghrelin受體GHS-R1α的表達(dá)升高相關(guān)。局部施加具有抗炎、抗凋亡、促增殖作用的Ghrelin用于牙周炎的治療是具有可行性的，但Ghrelin抑制凋亡的作用機(jī)制及其體內(nèi)應(yīng)用安全性仍有待進(jìn)一步研究。