C3a-C3aR轴通过巨噬细胞向M1型极化对慢性牙周炎模型小鼠炎症反应和组织损伤的影响

doi:10.13481/j.1671-587X.20220101

吉林大学学报(医学版) ›› 2022, Vol. 48 ›› Issue (1): 1-8.doi: 10.13481/j.1671-587X.20220101

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C3a-C3aR轴通过巨噬细胞向M1型极化对慢性牙周炎模型小鼠炎症反应和组织损伤的影响

任飞龙^1,²,罗环宇^1,²,郑适泽^1,²,范心怡^1,²,任春霞²,孟圆²,赵红²,史册^1,²(),孙宏晨^1,²()

^1.吉林大学口腔医院病理科，吉林长春 130021
^2.吉林省牙发育及颌骨重塑与再生重点实验室，吉林长春 130021

收稿日期:2021-06-30 出版日期:2022-01-28 发布日期:2022-01-17
通讯作者: 史册,孙宏晨 E-mail:shice1004@gmail.com;hcsun@mail.jlu.edu.cn
作者简介:任飞龙（1995－），男，甘肃省庆阳市人，在读硕士研究生，主要从事牙周炎免疫学方面的研究
基金资助:
国家自然科学基金项目(81920108012);吉林省科技厅自然科学基金项目(20200201527JC);吉林省财政厅科技项目(JCSZ2019378-6);吉林省卫健委青年科技骨干培养计划项目(2019Q013);中国博士后科学基金项目(2018T110258)

Effects of C3a-C3aR axis on inflammatory response and tissue damage in chronic periodontitis model mice by promoting M1-type polarization of macrophages

Feilong REN^1,²,Huanyu LUO^1,²,Shize ZHENG^1,²,Xinyi FAN^1,²,Chunxia REN²,Yuan MENG²,Hong ZHAO²,Ce SHI^1,²(),Hongchen SUN^1,²()

^1.Department of Pathology，Stomatology Hospital，Jilin University，Changchun 130021，China
^2.Jilin Provincial Key Laboratory of Tooth Development，Jaw Bone Remodeling and Regeneration，Changchun 130021，China

Received:2021-06-30 Online:2022-01-28 Published:2022-01-17
Contact: Ce SHI,Hongchen SUN E-mail:shice1004@gmail.com;hcsun@mail.jlu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要： 目的

探讨补体C3a在体外对巨噬细胞极化状态的影响和C3a受体（C3aR）敲除对慢性牙周炎模型小鼠牙周组织中巨噬细胞极化状态、牙周组织炎症和软硬组织破坏程度的影响，阐明C3a-C3aR轴在慢性牙周炎发生发展过程中的作用及其可能机制。

方法

根据基因型鉴定筛选出18只8周龄C57BL/6雌性小鼠，以基因型分为C3ar^+/+、C3ar^+/－和C3ar^－/－3组，每组6只。以4-0丝线结扎小鼠上颌左侧第二磨牙建立慢性牙周炎模型，以上颌右侧第二磨牙作为自身对照；于结扎后第11天，通过显微计算机断层扫描（Micro-CT）检测各组小鼠釉牙骨质界（CEJ）至牙槽嵴顶（ABC）的距离，评价牙槽骨吸收情况；HE染色观察各组小鼠牙周组织病理形态表现；免疫组织化学染色检测各组小鼠牙周组织中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和精氨酸酶1（Arg1）蛋白表达水平。体外采用细菌脂多糖（LPS）作用RAW264.7巨噬细胞建立炎症模型。实验分为空白组、LPS组、C3a组和LPS+C3a组，光镜下观察巨噬细胞的极化状态，实时荧光定量PCR（RT-qPCR）法检测各组细胞中M1型巨噬细胞相关因子iNOS、白细胞介素1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）mRNA表达水平。

结果

与C3ar^+/+和C3ar^+/－组比较，C3ar^－/－组小鼠CEJ至ABC的距离明显缩短（P<0.01），炎症细胞浸润减少，附着丧失水平降低，牙槽骨吸收减少， iNOS蛋白表达水平明显降低（P<0.01），Arg1蛋白表达水平明显升高（P<0.01）。体外研究中，空白组细胞形态呈圆形，C3a组、LPS组和LPS+C3a组细胞多伸出伪足呈梭形，且LPS+C3a组细胞呈聚集性生长；与空白组比较，LPS组、C3a组和LPS+C3a组细胞中iNOS和TNF-α mRNA表达水平均明显升高（P<0.05），LPS和LPS+C3a组细胞中IL-1β mRNA表达水平明显升高（P<0.05）。

结论

在慢性牙周炎小鼠模型中，C3a-C3aR轴可能通过巨噬细胞向M1型极化，促进慢性牙周炎的炎症反应和组织损伤。

关键词: 牙周炎, 补体系统, 补体C3a, 巨噬细胞极化, 补体C3a受体

Abstract: Objective

To investigate the effects of complement 3a （C3a） on the polarization of macrophages in vitro and the effects of complement 3a receptor （C3aR） knockout on the polarization of macrophages in periodontal tissue of mice with chronic periodontitis， the periodontal inflammation and damage degrees of soft and hard tissues， and to clarify the role of C3a-C3aR axis in the occurrence and development of chronic periodontitis and its possible mechanism.

Methods

Eighteen 8-week-old female C57BL/6 mice were screened and divided into three groups by genotype： C3ar^+/+ group，C3ar^+/－group and C3ar^－/－group （n=6）， respectively. The chronic periodontitis models were established by ligating the left maxillary second molars of mice with 4-0 silk thread， and the right maxillary second molars were used as controls. On the 11th day after ligation， the alveolar bone resorption was evaluated； the distance from the cementum enamel junction （CEJ） to the alveolar bone crest （ABC） was detected by Micro-CT；the pathomorphology of the periodontal tissue of the mice in various gorups was observed by HE staining. The levels of inducible nitric oxide synthase （iNOS） and arginase 1 （Arg1） in periodontal tissue of the mice in various groups were detected by immunohistochemical staining. In vitro，the RAW264.7 macrophages were used to establish the inflammatory model by treated with lipopolysaccharide （LPS）；the experiment was divided into blank group， LPS group， C3a group and LPS+C3a group. The polarization of macrophages was observed under light microscope， and the expression levels of iNOS， interleukin-1β （IL-1β） and tumor necrosis factor-α （TNF-α） mRNA were detected by Real-time fluorescence quantitative PCR （RT-qPCR） method.

Results

Compared with C3ar^+/+ and C3ar^+／－groups， the distance between CEJ and ABC of the mice in C3ar^-/- group was significantly decreased （P<0.01）， inflammatory cell infiltration was decreased； the level of attachment loss was decreased，and the alveolar bone absorption was decreased； the expression level ofiNOS protein was decreased （P<0.05）， whereas the expression level of Arg1 protein was increased （P<0.01）.In the in vitro study， the cells in blank group were round in shape， the cells in C3a group， LPS group and LPS+C3a group were spindled， and the cells in LPS+C3a group showed aggregative growth. The expression levels of iNOS， IL-1β and TNF-α mRNA in LPS group， C3a group and LPS+C3a group were higher than those in blank group （P<0.05）；the expression level IL-1β mRNA in the cells in LPS group and LPS+C3a group were significantly increased（P<0.05）.

Conclusion

In the mouse models of chronic periodontitis， the C3a-C3aR axis may promote the inflammatory response and tissue damage of chronic periodontitis through the polarization of macrophages to M1 type.

Key words: Periodontitis, Complement system, Complement C3a, Colarization of macrophages, Complement C3a receptor

中图分类号:

R781.42

任飞龙,罗环宇,郑适泽,范心怡,任春霞,孟圆,赵红,史册,孙宏晨. C3a-C3aR轴通过巨噬细胞向M1型极化对慢性牙周炎模型小鼠炎症反应和组织损伤的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 1-8.

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图/表 6

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表1

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C3a-C3aR轴通过巨噬细胞向M1型极化对慢性牙周炎模型小鼠炎症反应和组织损伤的影响

Effects of C3a-C3aR axis on inflammatory response and tissue damage in chronic periodontitis model mice by promoting M1-type polarization of macrophages

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