骨保护素对大鼠正畸牙齿移动过程中破骨细胞分化和p38-MAPK信号通路的影响

doi:10.13481/j.1671-587x.20200618

摘要/Abstract

摘要： 目的

研究骨保护素对大鼠正畸牙齿移动过程中破骨细胞分化和p38-丝裂原活化蛋白激酶（p38-MAPK）信号通路的影响，探讨骨保护素在正畸治疗中抑制牙齿移动的可能机制。

方法

将128只大鼠随机分为对照组和骨保护素组，每组64只。于开始建模前3 d，骨保护素组大鼠于左上颌第一磨牙鄂侧黏骨膜下注射重组人骨保护素（0.05 mg·kg^－1），对照组大鼠在相同部位注射等量生理盐水。采用弹簧牵引法建立正畸大鼠模型。检测加力1、2、3和4周时2组大鼠第一磨牙移动距离，抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）染色检测2组大鼠牙周组织中破骨细胞数，免疫组织化学染色法检测2组大鼠压力侧牙周组织中p-p38表达水平，Western blotting法检测2组大鼠牙周组织中核因子κB受体活化因子（RANK）和基质金属蛋白酶9（MMP-9）蛋白表达水平。

结果

加力1周时，2组大鼠牙齿移动距离、破骨细胞数和p-p38 表达水平与对照组比较差异无统计学意义（P>0.05）；加力2、3和4周时，骨保护素组大鼠牙齿移动距离、破骨细胞数和p-p38 表达水平小于对照组（P<0.05或P<0.01）；骨保护素组大鼠牙槽骨组织中RANK和MMP-9蛋白表达水平低于对照组（P<0.01）。牙周组织中破骨细胞数（r=0.654）、RANK（r=0.576）和MMP-9（r=0.583）蛋白表达水平与p-p38蛋白表达水平均呈正相关关系（P<0.05）。

结论

骨保护素可抑制大鼠正畸牙齿移动过程中破骨细胞生成和分化、抑制p38 MAPK信号通路激活，从而抑制正畸牙齿移动，发挥增强支抗作用。

关键词: 骨保护素, 正畸治疗, 牙移动, 破骨细胞, p38 丝裂原活化蛋白激酶

Abstract: Objective

To study the effects of osteoprotein on the osteoclast differentiation and p38-mitogen-activated protein kinase （p38-MAPK） signal pathway during the orthodontic tooth movement in the rats，and to explore the possible mechanism of osteoprotein in inhibiting the tooth movement during orthodontic treatment.

Methods

A total of 128 rats were randomly divided into control group and osteoprotectin group， and there were 64 rats in each group.Three days before modeling， the rats in osteoprotectin group were injected with recombinant human osteoprotectin （0.05 mg·kg^－1） submucosally on the left maxillary first molar，and the rats in control group were injected with the same amount of saline at the same site.The orthodontic models of rats were established by spring traction method.The moving distances of first molar of the rats at the 1st week，the 2nd week，the 3rd week， and the 4th week after stressing were measured.Tartrate-resistant acid phosphatase （TRAP） staining was used to determine the number of osteoclasts of the rats in two groups；immunohistochemical staining was used to determine the expression level of p-p38 on the pressure side of periodontal tissue of the rats in two groups；Western blotting method was used to determine the expression levels of receptor activators nuclear factor kappa B （RANK） and matrix metalloproteinase-9 （MMP-9） proteins in periodontal tissue of the rats in two groups.

Results

There were no significant differences in the tooth movement distances， osteoclast number and p-p38 expression levels of the rats between two groups at the 1st week after stressing； at the 2nd week， the 3rd week， and the 4th week after stressing， the tooth movement distances， osteoclast number and p-p38 expression levels of the rats in osteoprotegein group were lower than those in control group （P<0.05 or P<0.01）； the expression levels of RANK and MMP-9 proteins in alveolar bone tissue of the rats in osteoprotegein group were lower than those in control group （P<0.01）.The number of osteoclasts（r=0.654）， the expression levels of RANK（r=0.576） and MMP-9（r=0.583） proteins in periodontal tissue of the rats were positively correlated with the expression level of p-p38 protein（P<0.05）.

Conclusion

Osteoprotectin can inhibit the generation and differentiation of osteoclasts during the orthodontic tooth movement in the rats， and inhibit the activation of p38-MAPK signal pathway， thereby inhibit the orthodontic tooth movement and enhance the anchoring effect.

Key words: osteoprotectin, orthodontic treatment, tooth movement, osteoclasts, p38 mitogen activated protein kinase

中图分类号:

R783.5

娄颖,马欣. 骨保护素对大鼠正畸牙齿移动过程中破骨细胞分化和p38-MAPK信号通路的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2020, 46(6): 1221-1226.

Ying LOU,Xin MA. Effects of osteoprotectin on osteoclast differentiation and p38-MAPK signaling pathway during orthodontic tooth movement in rats[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2020, 46(6): 1221-1226.

图/表 6

表1

表2

表3

图3

表4

表5

参考文献 19

1	LI Y N， JACOX L A， LITTLE S H， et al. Orthodontic tooth movement： The biology and clinical implications［J］. Kaohsiung J Med Sci， 2018， 34（4）： 207-214.
2	WANG Y F， LIU M M， DENG S J， et al. Osteoprotegerin deficiency causes morphological and quantitative damage in epithelial rests of Malassez［J］. J Mol Histol， 2018， 49（3）： 329-338.
3	KLEIN Y， FLEISSIG O， STABHOLZ A， et al. Bone regeneration with bovine bone impairs orthodontic tooth movement despite proper osseous wound healing in a novel mouse model［J］. J Periodontol， 2019， 90（2）： 189-199.
4	FUNAKUBO N， XU X H， KUKITA T， et al. Pmepa1 induced by RANKL-p38 MAPK pathway has a novel role in osteoclastogenesis［J］. J Cell Physiol， 2018， 233（4）： 3105-3118.
5	陈雁南，裴帆，李晓智，等. 局部注射骨保护素与二磷酸盐对大鼠正畸牙移动的影响［J］. 解放军医学杂志， 2011， 36（11）： 1200-1202， 1206.
6	LI Y N， JACOX L A， LITTLE S H， et al. Orthodontic tooth movement： The biology and clinical implications［J］. Kaohsiung J Med Sci， 2018， 34（4）： 207-214.
7	KOEHNE T， KAHL-NIEKE B， AMLING M， et al. Inhibition of bone resorption by bisphosphonates interferes with orthodontically induced midpalatal suture expansion in mice［J］. Clin Oral Investig， 2018， 22（6）： 2345-2351.
8	KACPRZAK A， STRZECKI A. Methods of accelerating orthodontic tooth movement： a review of contemporary literature［J］. Dent Med Probl， 2018， 55（2）： 197-206.
9	WOLF M， AO M， CHAVEZ M B， et al. Reduced orthodontic tooth movement in Enpp1 mutant mice with hypercementosis［J］. J Dent Res， 2018， 97（8）： 937-945.
10	CHEN X， WANG Z Q， DUAN N， et al. Osteoblast-osteoclast interactions［J］. Connect Tissue Res， 2018， 59（2）： 99-107.
11	PEGO E R， FERNÁNDEZ I， NÚÑEZ M J. Molecular basis of the effect of MMP-9 on the prostate bone metastasis： a review［J］. Urol Oncol， 2018， 36（6）： 272-282.
12	PUTTARAVUTTIPORN P， WONGSUWANLERT M， CHAROEMRATROTE C， et al. Effect of incisal loading during orthodontic treatment in adults： a randomized control trial［J］. Angle Orthod， 2018， 88（1）： 35-44.
13	胡顺金，曹媛茹，王东，等. 蓉黄颗粒对非透析肾虚湿热证慢性肾脏病矿物质和骨异常患者血清OPG、RANKL水平的影响［J］. 中国免疫学杂志， 2018， 34（5）： 693-698.
14	HU Q， ZHOU J， XU X，et al.Effect of EMD on the orthodontically induced root resorption repair process in rats［J］.J Orofac Orthop，2018，79（2）：83-95.
15	CHOI J H， HAN Y， KIM Y A， et al. Platycodin D inhibits osteoclastogenesis by repressing the NFATc₁ and MAPK signaling pathway［J］. J Cell Biochem， 2017， 118（4）： 860-868.
16	CAREY H A， BRONISZ A， CABRERA J， et al. Failure to target RANKL signaling through p38-MAPK results in defective osteoclastogenesis in the microphthalmia cloudy-eyed mutant［J］. J Cell Physiol， 2016， 231（3）： 630-640.
17	LEE K， CHUNG Y H， AHN H， et al. Selective regulation of MAPK signaling mediates RANKL-dependent osteoclast differentiation［J］. Int J Biol Sci， 2016， 12（2）： 235-245.
18	ZHANG S， WANG X， LI G， et al. Osteoclast regulation of osteoblasts via RANK‑RANKL reverse signal transduction in vitro ［J］. Mol Med Rep， 2017， 16（4）： 3994-4000.
19	ZHAO H Y， LIU X Z， ZOU H， et al. Osteoprotegerin induces podosome disassembly in osteoclasts through calcium， ERK， and p38 MAPK signaling pathways［J］. Cytokine， 2015， 71（2）： 199-206.

Group	Movement distance
Group	(week) 1	2	3	4
Control	0.268±0.017	0.558±0.037	0.882±0.043	1.225±0.051
Osteoprotectin	0.256±0.015	0.481±0.032	0.741±0.037	0.983±0.045
t	1.497	4.452	7.030	10.064
P	0.157	<0.01	<0.01	<0.01

Group	Number of osteoclasts
Group	(week) 1	2	3	4
Control	3.08±0.31	3.61±0.28	5.10±0.34	3.74±0.21
Osteoprotectin	2.93±0.27	3.25±0.30	4.53±0.32	3.31±0.23
t	1.032	2.481	3.453	3.905
P	0.318	0.025	0.004	0.001

Group	Expression level of p-p38
Group	(week) 1	2	3	4
Control	4.903±1.137	15.247±1.203	22.135±1.346	18.694±1.275
Osteoprotectin	4.612±1.142	8.062±1.198	11.627±1.298	9.538±1.302
t	0.511	11.970	15.895	14.211
P	0.617	<0.01	<0.01	<0.01

Group	RANK				MMP-9
Group	(week)1	2	3	4	(week)1	2	3	4
Control	0.15±0.04	0.42±0.05	0.56±0.08	0.49±0.08	0.13±0.04	0.37±0.04	0.53±0.07	0.44±0.07
Osteoprotectin	0.11±0.04	0.18±0.03	0.38±0.06	0.34±0.06	0.10±0.03	0.21±0.02	0.36±0.06	0.31±0.05
t	2.000	11.642	5.091	4.243	1.697	10.119	5.215	4.274
P	0.064	<0.01	<0.01	0.01	0.110	<0.01	<0.01	0.001

[1]	马运锋,韩小飞. 丹参多酚酸酯调控SMAD2/FKBP1A/NF-κB轴对骨质疏松症大鼠破骨细胞分化和骨吸收的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 111-121.
[2]	赵竹兰,张庆宇,夏德庚,仲杨,张天翼,黄玉,张莉,马宁. 重度侵袭性牙周炎正畸种植修复联合治疗的临床修复效果1例报告及文献复习[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(5): 1292-1297.
[3]	时函, 王洁, 武影, 陈扬熙. 双相磷酸钙作用下牙周组织缺损再生的Beagle犬正畸牙移动的骨改建功能[J]. 吉林大学学报(医学版), 2019, 45(05): 1025-1030.
[4]	刘少伟, 姜欢, 王晓龙, 李梦红, 陈玉, 唐中元, 胡敏. 兔抗破骨细胞蛋白质酪氨酸磷酸酶多克隆抗体的制备和应用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(03): 661-666.
[5]	李希宁, 陈晓春, 朱云飞, 曹泾楠, 邹忆婷, 杜霄, 王旗春. PERK信号通路对实验性绝经后骨质疏松雌性大鼠成骨细胞分化的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(02): 260-264.
[6]	王俊妹, 孙千月, 吴哲, 李彤, 李婧. 银杏叶提取物对破骨细胞分化和骨吸收的作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2017, 43(06): 1130-1136.
[7]	赵欢, 史册, 张雪, 李媛, 刘杰, 李杏, 胡月, 孙宏晨. 激活素受体样激酶2调控骨重塑的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2017, 43(06): 1278-1281.
[8]	杨竹君, 侯旭, 于文雯, 闫阔, 申玉芹, 孙新华. MT01对实验性牙移动大鼠牙周组织中TLR9、TRAF6和IL-6表达水平的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2017, 43(04): 752-756.
[9]	王思涵, 姜欢, 于航, 刘少伟, 李梦红, 王六一, 杨军星, 胡敏. 不同浓度熊果酸对破骨细胞增殖分化的作用及其意义[J]. 吉林大学学报(医学版), 2017, 43(02): 236-240.
[10]	姚金丹, 韩光红, 胡敏. IL-17对破骨细胞中MMP-9表达水平的影响及其意义[J]. 吉林大学学报(医学版), 2016, 42(03): 462-466.
[11]	崔跃, 姜欢, 崔聪聪, 胡敏. 局部注射熊果酸对大鼠正畸牙移动和牙根吸收的减缓作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2016, 42(02): 231-235.
[12]	刘娟娟, 李鹏, 董伟, 冯晓洁, 温黎明, 孙红, 戚孟春. 唑来膦酸对破骨细胞分化中钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ和Ⅳ基因表达的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2016, 42(01): 19-23.
[13]	张彦秋, 王春生, 王坤正, 蒋朝龙. 长期应用糖皮质激素对大鼠骨组织中HMGB1、RAGE、OPG和RANKL表达的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(05): 907-913.
[14]	魏晓曦, 齐慧川, 李雨桐, 王玉琢, 胡敏. 正常年轻成年人正面像上下颌角点的分布规律和定位方法[J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(02): 416-419.
[15]	孙宏晨, 方滕姣子, 李道伟, 朱阳, 宫海环, 张雪, 马珊珊. 微小RNA对骨重塑和炎症性骨吸收调控的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2015, 41(01): 195-199.