二甲基草酰甘氨酸通过PI3K/AKT信号通路调控牙髓干细胞成骨分化的机制研究

本研究针对牙髓间充质干细胞（DPSCs）在常氧条件下功能受损的问题，探索了小分子药物二甲基草酰甘氨酸（DMOG）通过激活PI3K/AKT信号通路增强其成骨分化的机制。实验证实10-100 μmol/L DMOG可显著提升DPSCs的ALP活性、矿化结节形成及血管生成相关因子（VEGF/SDF-1/bFGF/PLGF）表达，为骨再生细胞疗法提供了低剂量高效的新策略。成果发表于《Tissue and Cell》。

　　

在骨组织工程领域，牙髓间充质干细胞（DPSCs）因其易获取性和强成骨潜能成为研究热点。然而临床应用中，DPSCs需在常氧（20% O₂
）条件下培养，与其天然低氧（<5% O₂
）微环境存在显著差异，导致细胞功能衰退。更棘手的是，传统低氧预处理虽能激活低氧诱导因子-1α（HIF-1α），但其半衰期不足5分钟，难以维持稳定疗效。如何通过药物模拟低氧效应，成为突破DPSCs临床应用瓶颈的关键。

西安交通大学口腔医院的研究团队创新性地采用小分子药物二甲基草酰甘氨酸（DMOG），通过抑制脯氨酰羟化酶（PHD）稳定HIF-1α表达，系统探究了其对DPSCs成骨分化的调控机制。研究发现，相较于既往研究采用的500-1000 μmol/L高剂量，仅需10 μmol/L DMOG即可通过PI3K/AKT通路显著增强DPSCs的成骨和血管生成功能，相关成果发表于《Tissue and Cell》。

关键技术方法
研究采用组织块酶消化法分离DPSCs，通过流式细胞术鉴定CD90⁺
/CD105⁺
表型。采用CCK-8检测细胞增殖，ALP活性测定和茜素红染色评估成骨分化，Matrigel血管形成实验分析促血管能力。结合qPCR和Western blot检测HIF-1α、PI3K/p-PI3K、AKT/p-AKT及成骨标志物（Runx-2/OCN等）表达。通过生物信息学预测PIK3CA关键靶点，并采用LY294002抑制剂验证通路机制。

研究结果

3.1. DPSCs的鉴定与DMOG对增殖的影响
原代DPSCs呈纺锤状形态，高表达CD90（97.68%）和CD105（99.65%）。10-50 μmol/L DMOG在24小时内促进增殖，而≥250 μmol/L则显著抑制，确立10 μmol/L为后续实验浓度。

3.3. DMOG增强血管生成活性
10-100 μmol/L DMOG预处理使HUVECs血管总长度增加2.1倍（p<0.01），伴随VEGF、SDF-1基因表达上调。Western blot证实HIF-1α蛋白水平提升1.8倍，揭示DMOG通过HIF-1α-VEGF轴促血管生成。

3.4. 低剂量DMOG促进成骨分化
10 μmol/L DMOG组ALP活性提高3.2倍，矿化结节增加4.5倍（p<0.01）。成骨诱导7天后，Runx-2和OCN基因表达分别上调5.3倍和6.1倍，Collagen-I蛋白水平增加2.8倍，证实DMOG加速成骨进程。

3.5. 生物信息学预测PI3K/AKT通路关键作用
46个DMOG-成骨交叉基因中，PI3K/AKT通路富集最显著（p=3.2×10^-6
）。分子对接显示DMOG与PIK3CA催化亚基通过氢键结合，结合能-7.8 kcal/mol。

3.6. 通路验证实验
LY294002抑制PI3K后，DMOG促血管和成骨效应降低40%-60%，但未完全消除。p-AKT蛋白水平仍保持基础组的1.5倍，提示存在MAPK等替代通路参与调控。

结论与意义
该研究首次阐明10 μmol/L DMOG通过PI3K/AKT/p-AKT级联反应激活DPSCs成骨分化的分子机制，其疗效优于传统高剂量方案。临床转化方面，低剂量策略可规避HIF-1α过表达潜在的致癌风险，为颌骨缺损修复提供更安全的细胞预处理方案。未来研究需结合支架材料构建控释体系，并探索PI3K/AKT与MAPK通路的协同效应。

（注：全文数据均源自原文实验，未添加外部引用；专业术语如首次出现的HUVECs<人类脐静脉内皮细胞>、LY294002等均按原文格式标注）