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白血病抑制因子对牙膜细胞成骨影响

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[摘要]目的:探究白血病抑制因子(leukemiainhibitoryfactor,LIF)对人牙周膜细胞(humanperiodontalligamentcells,HPDLCs)成骨分化能力的影响。方法:分离培养HPDLCs,分别为空白对照组、标准骨诱导组和加入重组人白血病抑制因子(recombinanthumanleukemiainhibitoryfactor,rhLIF)的骨诱导组。7d后碱性磷酸酶(alkalinephos-phatase,ALP)染色及活性检测,21d后矿化结节染色和定量分析,实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测第5dHPDLCs中成骨相关基因ALP、骨涎蛋白(bonesialoprotein,BSP)和骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)的mRNA表达量。结果:7d后,标准骨诱导组ALP染色呈深蓝色,LIF刺激后,染色明显变浅,活性显著下降(P<0.01)。21d后,标准组HPDLC有大量矿化结节形成,而LIF组明显减少(P<0.05),qRT-PCR结果显示标准组ALP、BSP和OCN的表达显著提高(P<0.01),而LIF刺激后,表达明显降低(P<0.01)。结论:LIF可抑制HPDLC的成骨向分化。

[关键词]白血病抑制因子;牙周膜细胞;成骨

牙周膜细胞(periodontalligamentcells,PDLC)是一组具有异型性的细胞群,包含具有分化潜能的牙周干细胞,可分化为成骨细胞、成牙骨质细胞、成纤维细胞等[1]。PDLC的成骨向分化后,具有成骨细胞的表型和特性[2]。因而,PDLC在牙槽骨的改建中扮演重要角色,PDLC成骨向分化是牙槽骨改建的前提之一。白血病抑制因子(leukemiainhibitoryfactor,LIF)属于IL-6细胞因子家族中的一员,是一种多功能的细胞因子,其广泛存在于成纤维细胞、上皮细胞、胚胎干细胞、骨髓基质细胞、成骨细胞和破骨细胞之中。近年来的研究发现,LIF能调节骨代谢,既参与了骨形成过程[3,4],又参与了骨吸收过程[5,6],在调节骨组织改建中发挥重要作用。因此,LIF是否在PDLC成骨向分化中发挥作用,从而参与牙周组织改建。本实验将利用体外培养人牙周膜细胞(humanperiodontalligamentcells,HPDLCs)模型,观察LIF对HPDLC成骨向分化的影响,初步探讨其在牙周组织改建和再生中可能的作用。

材料和方法

1HPDLC的分离培养与鉴定选取

10~14岁儿童因正畸需要而拔除的健康前磨牙,取牙周组织块进行贴壁培养。从第4d开始,每3d换液1次。同时,倒置荧光显微镜下观察,当组织块边缘游出的细胞增多且密集到一定程度时,进行传代,选用第3~5代培养的细胞用于实验。本实验经深圳市盐田区人民医院医学伦理委员会批准。形态学鉴定:倒置显微镜下观察细胞由组织块边缘游出的情况,观察细胞形态及传代后细胞生长状况。免疫学鉴定:取生长状态良好的第4代HPDLCs接种于置有盖玻片的6孔培养板中,待细胞长至80%时取出玻片,4%多聚甲醛固定,用免疫组化SP法进行波形丝蛋白和细胞角蛋白染色。

2LIF对HPDLC成骨向分化的影响

2.1矿化诱导

取第3代HPDLCs,用胰蛋白酶消化后,以5×104个/mL的浓度接种于24孔板中,每孔液量为1mL。分别为空白对照组、标准骨诱导组和加入重组人白血病抑制因子(recombinanthumanleukemiainhibitoryfactor,rhLIF)的骨诱导组,每3d换液1次。

2.2碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)染色

矿化诱导液培养7d后PBS液冲洗,用70%乙醇固定1h,PBS冲洗3遍。然后用ALP染色试剂盒避光染色30min后,用双蒸水冲洗,终止反应。

2.3ALP活性检测

三组细胞均培养7d后用PBS清洗,然后用1%TritonX-100裂解细胞。采用PNPP法进行测定,用PNP做标准曲线,计算ALP活性,溶胞产物中蛋白含量用BCA蛋白测试盒测定。

2.4矿化结节染色及定量分析

培养21d后,PBS冲洗,用70%乙醇固定1h。然后进行茜素红染色及定量分析。

2.5实时荧光定量

PCR(qRT-PCR)检测培养5d后,用Trizol提取总RNA,逆转录合成cDNA,引物序列如表1。用SYBRGreenKit检测ALP、BSP和OCN的表达。

结果

1免疫学鉴定

所培养的细胞经SP免疫细胞化学检测呈抗波形丝蛋白阳性,抗角蛋白阴性,符合成纤维样细胞的特征。证明细胞来源于中胚层,且无上皮源性细胞混杂,阴性对照组均未见阳性染色结果(图1)。

2LIF对HPDLC成骨向分化的影响

2.1LIF抑制HPDLC的ALP活性矿化诱导

7d后,ALP染色呈深蓝色,而加入外源性LIF刺激后,染色明显变浅(图2A)。从ALP活性检测中可看出,矿化诱导7d后,HPDLC的ALP活性比对照组明显增强,但加入外源性LIF刺激后,ALP活性显著下降(图2B)。

2.2LIF抑制HPDLC的矿化结节形成

茜素红染色后可见,矿化诱导后HPDLC有大量矿化结节形成,而加入LIF处理的HPDLC中少有矿化结节形成。其qRT-PCR定量分析显示,LIF处理过的HPDLC矿化诱导后的吸光光度值显著低于未经LIF处理的阳性对照组(P<0.05),说明LIF显著抑制了HPDLC的矿化(图3)。

2.3LIF抑制HPDLC的成骨相关基因的表达

矿化诱导后ALP、BSP和OCN的表达比对照组有显著提高(P<0.01),但外源性LIF刺激后,ALP、BSP和OCN的表达却明显降低(P<0.01)(图4)。

讨论

本研究中,LIF作用后,HPDLC的成骨向分化水平显著降低,提示LIF抑制了HPDLC的成骨向分化。且LIF降低HPDLC活性的结果和LIF可降低MC3T3-E1细胞中ALP活性和Ⅰ型胶原mRNA的表达[6]相一致。而LIF抑制HPDLC矿化结节的形成及ALP、BSP和OCN基因的表达的结果,与Malaval等[4]的研究结果相一致:在从出生21d的大鼠颅盖骨中分离培养的细胞的骨向分化过程中,LIF剂量依赖性的抑制矿化结节的形成;同时,LIF降低了ALPmRNA的表达和活性,且明显抑制BSP和OCN的表达。然而,也有实验表明,LIF可以直接刺激成骨细胞的增殖、分化,以及诱导ALP的表达[7]。与本实验结果相差异,是由于所选用的细胞来自不同的细胞体系,来自不同的个体。也有可能与细胞性质不同,或实验用细胞的差异相关,如细胞来自生长期的不同阶段、取材的部位不一致、或固有的分化能力就有所不同。LIF本身这种促骨形成的矛盾提示,LIF对骨祖细胞的分化增殖以及骨形成的作用非常复杂。与特定的细胞分化阶段有关。跟骨祖细胞所处的分化阶段不同、细胞培养所处的环境不一样及细胞系来源的不同,受体转化机制有关。Malaval等[4]研究发现,白血病抑制因子受体(leukemiainhibitoryfactorreceptor,LIFR)和致癌蛋白M受体(oncostatinMreceptor,OSMR)在骨祖细胞的表型和分化中起着不同的作用,极有可能是通过不同的信号转导通路。Falco-ni等[8]研究证实成骨细胞的分化与透明质酸(haluron-icacid,HA)的表达水平密切相关,LIF通过刺激透明质酸合成酶2(hyaluronansynthase2,HAS2),来合成高分子量的HA,进而抑制成骨细胞的生长。而PDLC作为牙周组织中的优势细胞,可通过增殖和分化[9],参与牙周膜和牙槽骨的改建。LIF作为IL-6家族的主要成员,可由机体许多组织诱导产生并具有广泛的生物学活动。IL-6、LIF、OSM这些IL-6家族中的细胞因子,可刺激破骨细胞的形成并调节其功能,有学者[10]发现IL-6家族的细胞因子能通过gp130和上调STAT转录因子的活性来刺激基质细胞与成骨细胞中RANKL的表达。在以往证明PDLC可表达成骨细胞特征的基础上,Kanzaki等[11]从基因和蛋白水平证明了PDLC表达OPG和RANKL,并受到1α,25(OH)2维生素D3的调节[12]。OPG和RANKL是由成骨细胞产生的直接控制破骨细胞生成的功能因子。目前认为成骨细胞通过OPG和RANKL影响破骨细胞的生成[13,14]。因此,当发生牙周炎或受外界环境刺激时,PDLC分泌产生的LIF可能促进成骨样PDLC分泌大量的RANKL,而RANKL识别破骨前体细胞上的RANK,使破骨细胞分化成熟而引起骨吸收进而抑制HPDLC成骨向分化。本课题组前期实验表明,LIF通过JAK2/STAT3信号通路抑制牙髓细胞向成牙本质样细胞的分化[15],其可能的机理是IL-6家族(和LIF同家族)可激活人乳腺癌细胞中STAT3的活性和Twist的表达[16],而Twist是一个强的成骨细胞分化的抑制子,Twist-1基因敲除小鼠身上ALP活性增加、I型胶原和DSPP表达显著增高、早期牙本质基质的形成和髓腔中髓石的形成明显增多[17]。因此,LIF也有可能通过这条机理抑制PDLC的矿化。另一方面也有可能与LIF的保持细胞多功能分化潜能和允许其自我更新的特性有关。LIF在人骨髓基质干细胞中也对干细胞的分化有负调节作用,在未分化的骨髓基质细胞中LIF有更高水平的表达。且在本课题组的相关实验中发现,在HPDLC传代培养过程中,外源性LIF刺激下的HPDLC中Stro-1和CD146这两个干细胞标记的阳性表达率比正常HPDLC高。说明LIF对HPDLC的多分化具有负调节作用。而HPDLC和骨髓基质细胞、牙髓细胞及胚胎干细胞一样具有自我更新和维持多分化潜能的能力。因此,LIF对HPDLC骨向分化的抑制作用可能跟LIF保持HPDLC多功能分化潜能和允许其自我更新的特性有关。

作者:梁又德 傅润英 刘根 游新 宋大为 单位:深圳市第七人民医院口腔中心

白血病抑制因子对牙膜细胞成骨影响责任编辑:张雨    阅读:人次