衰老相关炎症微环境通过线粒体功能损伤和巨噬细胞极化抑制人牙周膜干细胞成骨分化的机制研究

《BMC Oral Health》：Interleukin-1β disrupts macrophage mitochondrial protein homeostasis and PDLSC osteogenic differentiation

　　

摘要

背景

衰老是一个复杂的、多维度的生物过程，其特征是线粒体蛋白质稳态失调和升高的与 SASP 相关的炎症因子（IL-1β）。本研究探讨了在衰老相关炎症微环境中，巨噬细胞极化抑制人牙周膜干细胞（PDLSCs）成骨分化的生物机制。

方法

建立了 PDLSCs 和 THP-1 衍生巨噬细胞的 Transwell 间接共培养系统。通过用 IL-1β (6.25 ng/mL) 处理共培养系统来模拟炎症微环境，而 IL-4/IL-13 (各 20 ng/mL) 用于诱导 M2 巨噬细胞极化。通过检测活性氧（ROS）水平、ATP 含量和线粒体复合体 V 活性来评估线粒体功能。使用定量实时 PCR (qRT-PCR) 定量线粒体蛋白质稳态相关基因的表达。通过碱性磷酸酶（ALP）染色/活性测定、茜素红 S 染色以及 qRT-PCR 检测成骨标志物（RUNX2、OCN）来评估 PDLSCs 的成骨分化。

结果

IL-1β 处理显著增加了巨噬细胞和 PDLSCs 中的 ROS 水平，并降低了 ATP 含量和线粒体复合体 V 活性。qRT-PCR 结果显示，IL-1β 下调了巨噬细胞中 TIMM50、DNAJC19、XPNPEP3 和 HTRA2 的表达，而上调了 MIPEP 的表达；在 PDLSCs 中，只有 TIMM50 和 DNAJC19 被显著下调。成骨分化实验表明，IL-1β 诱导的 M1 巨噬细胞极化显著降低了 PDLSCs 中的 ALP 染色强度/活性、钙结节形成以及 RUNX2 和 OCN 的 mRNA 表达。然而，IL-4/IL-13 诱导的 M2 极化并未逆转这些抑制作用或增强成骨分化。

结论

通过 IL-1β 处理建立的衰老相关炎症微环境损害了线粒体功能并改变了线粒体蛋白质稳态相关基因的表达，随后调节了巨噬细胞极化并抑制了 PDLSCs 的成骨分化。这些发现为 SASP 介导的衰老过程中牙周再生能力下降提供了机制基础。