性别与年龄对正畸牙移动过程中牙周膜与牙髓组织基因表达的影响：一项转录组学分析

《Progress in Orthodontics》：Influence of sex and age on the gene expression of periodontal and pulp tissues during orthodontic tooth movement

本研究针对正畸牙移动(OTM)过程中个体差异机制不清的问题，通过分析已发表的RNA测序(RNA-seq)数据，探讨了性别和年龄对牙髓(DP)和牙周膜(PDL)组织基因表达的影响。研究发现，性别显著影响PDL早期反应（女性破骨反应更活跃），而年龄主要影响DP的钙稳态和DNA修复能力以及PDL后期的再生能力。该研究为制定个性化正畸方案提供了重要的分子生物学依据。

　　

当你看到有人戴着牙套，可能不会想到牙齿内部正上演着一场复杂的生物学“大戏”。正畸牙移动(Orthodontic Tooth Movement, OTM)远不止是牙齿在牙弓上的简单位移，它是一个由正畸力(Orthodontic Force, OF)触发的、涉及牙周组织复杂反应的生物学过程。在这个过程中，牙周膜(Periodontal Ligament, PDL)作为连接牙齿和牙槽骨的关键结构，扮演着“指挥官”的角色，通过改变自身形态、基因表达和蛋白分泌来响应机械负荷。而深居牙齿内部的牙髓(Dental Pulp, DP)组织也并非“置身事外”，它同样会受到正畸力影响，表现为牙髓血流的改变。

然而，临床医生们长期观察到一个有趣的现象：不同患者对正畸治疗的反应速度和效果存在明显差异。女性患者通常对正畸力反应更快，这可能与激素对骨代谢的影响以及女性通常较低的骨密度有关。性激素如雌激素、孕激素和雄激素在骨代谢中扮演重要角色，进而影响OTM。同时，这些激素水平的变化也会影响牙髓血流和炎症反应。另一方面，随着年龄增长，牙周组织会发生一系列结构和功能变化，如Sharpey纤维减少、骨代谢减慢、牙周膜细胞增殖能力下降等，这些变化最终导致成年患者的牙齿移动速度往往慢于青少年患者。牙髓组织也会出现与年龄相关的改变，如血流减少、纤维化增加和钙化。

理解这些差异背后的分子机制，对于制定个性化正畸治疗方案、提高治疗效果和安全性至关重要。特别是考虑到超过70%的正畸患者为女性，且其中许多可能处于怀孕、口服避孕药、哺乳或更年期等特殊激素状态，理解牙科组织对正畸力的性别依赖性反应显得尤为关键。同时，随着社会老龄化的发展和人们对口腔健康重视程度的提高，成年甚至老年正畸患者的比例逐年增加，这也要求我们开发能够适应年龄相关组织变化的高效治疗策略。

尽管已有一些研究通过体外实验或动物模型探索了年龄和性别对牙科组织响应正畸力的影响，但关于人类牙科组织在正畸力作用下转录组变化的临床研究，尤其是在不同性别和年龄群体中的比较，尚属空白。本研究由Zhao等人开展，旨在填补这一空白，他们利用此前已发表的RNA测序数据集，深入分析了性别和年龄如何影响牙髓和牙周膜组织在承受7天和28天正畸力后的基因表达谱。

为了开展这项研究，研究人员使用了此前已发表并公开获取的牙髓和牙周膜组织的RNA测序(RNA-seq)数据集。这些数据来源于需要因正畸需要拔除前磨牙的健康患者。研究人员比较了在正畸治疗前拔除的牙齿（作为对照组）与施加了7天或28天正畸力后拔除的牙齿的牙髓和牙周膜组织的转录组谱。数据分析采用了线性混合模型和负二项模型，并控制了批次效应、性别和年龄的影响，重点检验了正畸力的效应是否依赖于性别和年龄。差异表达基因(Differentially Expressed Genes, DEGs)的判定标准为错误发现率(False Discovery Rate, FDR)小于0.05。对筛选出的差异表达基因进行了基因本体论(Gene Ontology, GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)通路富集分析，以揭示其涉及的生物学过程和信号通路。

性别对牙髓组织转录组模式的影响

研究结果显示，在正畸力作用下，牙髓组织的基因表达谱几乎不受性别因素影响。主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)显示，在不同处理组中，男性和女性的牙髓组织样本的转录组谱高度重叠，没有明显分离。

具体而言，在施加正畸力28天后，仅发现一个基因（ZNF711）在男女性之间存在差异表达。该基因在女性中表达下调，而在男性中表达上调。这表明，在正畸治疗中，牙髓组织的反应机制在男女性之间是基本一致的。

性别对牙周膜组织转录组模式的影响

与牙髓组织形成鲜明对比的是，牙周膜组织的基因表达表现出显著的性别依赖性差异，尤其是在正畸力施加的早期阶段（7天）。PCA分析清晰地显示，在7天组，男性和女性的牙周膜组织样本在转录组水平上能够被明显区分开。

在此阶段，共鉴定出505个性别相关的差异表达基因。其中，87.92%的基因（444个）在男女性中呈现相反的表达趋势。功能分析表明，这些基因与骨稳态、破骨细胞活性和免疫反应等过程密切相关。例如，与骨吸收相关的基因（如LTB4R, FLNA）在女性中表达上调，提示女性在正畸早期破骨反应更为活跃。而一些与骨形成相关的基因（如GIT1, LTBP4）也在女性中上调，表明骨改建过程在两性中均被激活，但可能涉及不同的分子途径。此外，也观察到免疫反应和细胞增殖相关基因的性别差异。然而，到正畸力施加28天时，性别相关的差异表达基因仅剩4个，说明性别差异主要体现在正畸牙移动的初始阶段。

年龄对牙髓组织转录组模式的影响

研究发现，年龄因素显著影响了牙髓组织对正畸力的反应。在正畸力施加7天后，鉴定出18个与年龄相关的差异表达基因。这些基因主要涉及钙离子(Ca²⁺)稳态的调节（如STIMATE, SYT2, PITPNM2）和DNA损伤修复（如SPIRE2, PSMD1）。

分析显示，维持Ca²⁺稳态的能力随年龄增长而呈现下降趋势，这可能影响牙髓组织的修复潜能。在正畸力施加28天后，发现了10个与年龄相关的差异表达基因，它们与组织的修复和适应能力相关。

这表明，年龄对牙髓组织的影响在正畸治疗的不同阶段有所不同，早期主要影响基本的应激和修复机制，而后期则影响更复杂的适应性反应。

年龄对牙周膜组织转录组模式的影响

年龄对牙周膜组织的影响主要体现在正畸力施加的后期（28天）。在早期（7天），未发现显著的年龄相关差异表达基因。但在28天时，鉴定出181个与年龄相关的差异表达基因。

这些基因的功能主要富集在细胞骨架重排（如CAPZB, FAM171A1）、核糖体生物合成、血管生成（如VEGFB）以及骨再生（如PRDX6）等相关通路。总体趋势表明，随着年龄增长，牙周膜组织的重塑和再生能力相关基因的表达水平有所下降，提示其适应正畸力刺激的能力可能减弱。

本研究通过分析人类牙髓和牙周膜组织在体承受正畸力后的转录组数据，首次在分子水平系统揭示了性别和年龄因素对正畸牙移动生物学过程的影响模式。主要结论包括：第一，牙髓组织对正畸力的反应基本不受性别影响，而牙周膜组织的反应则存在显著的性别差异，尤其在早期阶段，女性表现出更活跃的破骨反应。第二，年龄因素对两种组织均有影响，但对牙髓组织的影响贯穿早期（Ca²⁺稳态、DNA损伤修复）和晚期（修复与适应），而对牙周膜组织的影响则主要集中在晚期，表现为再生能力的潜在下降。这些发现深化了对正畸牙移动个体化差异机制的理解。

该研究的发现具有重要的临床意义。它提示在制定正畸治疗方案时，应考虑患者的性别和年龄因素，以实现真正的个性化治疗。例如，对于女性患者，尤其是在治疗初期，可以考虑使用更为轻柔的力值，以应对其可能更为活跃的骨吸收反应。对于年龄较大的患者，则可能需要更长的治疗时间，并密切关注牙髓和牙周组织的健康状况，因为其组织的修复和适应能力可能相对较弱。通过基于分子证据的个性化力值控制和治疗节奏调整，有望在保证治疗效果的同时，最大程度地降低牙根吸收、牙髓炎症、牙周组织过度反应等并发症的风险，从而提升正畸治疗的整体安全性和效率。本研究发表在《Progress in Orthodontics》上，为未来开发更精准的正畸治疗策略提供了坚实的理论基础和新的研究方向。