PIEZO1通过Ca2?/YAP-TAZ通路介导正畸张力作用下牙周韧带干细胞中的牙槽骨重塑过程

《Journal of Translational Medicine》：PIEZO1 mediates orthodontic tension force-induced alveolar bone remodeling via the Ca2?/YAP-TAZ pathway in periodontal ligament stem cells

　　

摘要

背景

在正畸牙齿移动过程中，牙周韧带干细胞（PDLSCs）调控着牙槽骨的重塑，但将张力转化为促进成骨作用和抑制破骨细胞活性的分子机制仍不清楚。本研究旨在阐明PIEZO1在PDLSCs中的双重机械敏感性作用，即通过Ca2?/YAP-TAZ/OPG-RANKL信号轴同时促进成骨作用和抑制破骨细胞的生成。

方法

分离出人类PDLSCs，检测其间充质细胞标志物，并使用Flexcell系统使其暴露于周期性张力（10%应变，0.5 Hz）下。通过GsMTx4或siRNA抑制PIEZO1的表达，利用活细胞共聚焦显微镜分析Ca2?的流动情况。通过RT-qPCR和Western blot检测成骨相关基因（RUNX2、OSX）和破骨细胞相关基因（RANKL、OPG）以及YAP/TAZ的信号表达。为了进行体内验证，建立了使用40克NiTi弹簧的大鼠正畸模型。通过微CT量化牙齿移动和张力作用侧的牙槽骨重塑情况，同时通过免疫组化和TRAP染色评估成骨细胞和破骨细胞的活性。

结果

张力激活了PIEZO1通道，导致Ca2?迅速内流并随后YAP/TAZ在细胞核中积累。YAP/TAZ的激活在转录水平上调了RUNX2和OSX的表达，从而重新编程PDLSC的分泌谱，使骨保护素（OPG）相对于RANKL占据主导地位，显著降低了RANKL/OPG的比例，从而抑制了破骨细胞的分化。通过药物抑制PIEZO1（GsMTx4）或基因敲低可以阻止Ca2?内流，防止YAP/TAZ进入细胞核，并破坏RANKL/OPG的平衡，从而在体外和体内都解耦了成骨作用和破骨细胞的抑制作用。

结论

本研究揭示了由PIEZO1引发的基本机械转导级联反应：Ca2?内流促使YAP/TAZ进入细胞核，进而转录激活成骨分化并重新编程抗破骨细胞的分泌谱。阐明这一机制为PIEZO1作为调节骨重塑平衡和减轻正畸治疗过程中病理性骨丢失的有希望的治疗靶点提供了依据。