NAD+/Nrf2信号通路通过调控BMSCs氧化水平促进机械应力下的成骨分化

为解决机械应力下骨髓间充质干细胞(BMSCs)氧化应激与成骨分化失衡的难题，山东大学口腔医学院团队揭示了NAD+/Nrf2信号通路的关键调控作用。研究发现周期性牵张应力(CSS)通过上调NAD+水平促进Nrf2核转位，维持BMSCs氧化还原稳态，从而增强其成骨活性。该成果为加速正畸牙移动(OTM)提供了新靶点，发表于《Progress in Orthodontics》。

　　

牙齿错颌畸形被世界卫生组织列为三大口腔疾病之一，严重影响患者的口颌功能与生活质量。正畸治疗作为主要解决方案，其核心在于机械力诱导的骨改建过程。然而，这一过程中骨髓间充质干细胞(BMSCs)如何应对机械应力引发的氧化应激，并维持成骨分化能力的分子机制尚不明确。尤其值得注意的是，作为细胞能量代谢核心的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)是否参与调控这一过程，成为领域内亟待破解的科学谜题。

山东大学口腔医学院的研究团队在《Progress in Orthodontics》发表的重要研究，首次系统揭示了NAD+/Nrf2信号轴在机械应力下调控BMSCs氧化平衡与成骨分化的双重作用。研究人员通过建立体外周期性牵张应力(CSS)模型和体内正畸牙移动(OTM)大鼠模型，结合NAD+前体NMN和抑制剂FK866的干预实验，发现机械应力会时间依赖性增加BMSCs内活性氧(ROS)水平，而适度升高的ROS可促进早期成骨标志物Runx2和ALP表达。但当外源性过氧化氢(H₂O₂)人为提高ROS水平时，BMSCs的成骨能力反而受到抑制，这种"氧化悖论"现象暗示存在内源性抗氧化保护机制。

研究采用的关键技术包括：Flexcell张力系统模拟机械应力、流式细胞术检测ROS水平、NAD+/NADH检测试剂盒分析代谢变化、siRNA基因沉默技术靶向NAMPT/Nrf2、免疫荧光追踪Nrf2核转位，以及microCT三维重建评估大鼠牙移动距离。特别值得注意的是，研究团队创新性地将系统性NMN注射与局部FK866给药相结合，为NAD+代谢调控提供了体内外双重证据。

在"CSS增加ROS水平并促进BMSCs成骨分化"部分，研究显示10%拉伸应变使BMSCs内ROS在24小时内持续升高，同时Runx2和ALP的mRNA表达在12小时达到峰值。蛋白质印迹和ALP染色证实，这种适度的氧化应激可激活成骨分化程序。然而"H₂O₂诱导的ROS升高损害BMSCs成骨分化"实验揭示，当ROS超过生理阈值时，成骨相关标志物表达显著下调，说明氧化还原平衡对骨形成具有双向调控作用。

关于"NAD+调控BMSCs氧化水平并促进CSS下的成骨分化"，研究发现机械应力可上调NAD+合成限速酶NAMPT，同时抑制消耗酶CD38表达。通过siRNA沉默NAMPT导致NAD+水平下降时，BMSCs出现ROS蓄积和成骨能力受损；而补充NAD+前体NMN则能逆转这些效应。在OTM模型中，NAMPT在受力7天后显著高表达，印证了NAD+代谢参与体内骨改建过程。

在机制探索方面，"NAD+通过Nrf2核定位调控BMSCs氧化水平"的发现尤为关键。研究证实NAD+缺失不影响Nrf2总蛋白量，但会阻碍其核转位过程。当敲低Nrf2后，抗氧化基因Gpx4和Cat表达下调，导致ROS清除障碍和成骨分化受损，这解释了NAD+维持氧化稳态的分子基础。

动物实验显示，"NAD+前体促进骨改建并加速OTM"：NMN组大鼠的牙移动距离较对照组增加42%，牙槽骨中ALP、RUNX2等成骨标志物及破骨酶CTSK表达均显著升高。相反，NAMPT抑制剂FK866局部注射则抑制了这些生物学过程，证实NAD+代谢可同时调控成骨与破骨活动。

这项研究的重要意义在于：首次阐明机械应力下NAD+/Nrf2轴是BMSCs维持氧化还原稳态的"分子开关"，为理解力-化偶联提供了新视角。临床转化方面，通过营养干预(如NMN补充)或生活方式调整提升NAD+水平，可能成为加速正畸治疗的安全策略。此外，该发现对骨折愈合、骨质疏松等骨代谢疾病的治疗也具有启示价值。研究团队特别指出，未来需进一步探索NAD+调控Nrf2核转位的精确机制，以及长期机械刺激对干细胞功能的累积效应。