人牙周膜成纤维细胞的生物力学研究

人牙周膜成纤维细胞的生物力学研究

人牙周膜成纤维细胞是牙周膜中的主要细胞，参与调节牙周组织的改建和再生。临床上咬合创伤、正畸治疗及各种修复体行使功能时，各种作用力通过牙体传递到牙周，引起牙周膜的一系列生物学改变。因而作为牙周膜的主要功能细胞—牙周膜成纤维细胞（Human Periodontal liqament Fibroblasts，hPDLFs）的体外生物力学研究，对临床治疗起着重要的指导意义。该研究从hpDLFs 的生长特征、蛋白质合成、标志性酶及细胞因子、信号转导方面对目前的hpDLfs的生物力学研究做一综述。

标签：牙周膜成纤维细胞；生物力学；研究

人牙周膜成纤维细胞是牙周膜中的主要细胞，该细胞具有合成降解胶原，受诱导多向分化的能力，而且还通过合成分泌多种因子与酶，参与调节牙周组织的改建和再生。临床上咬合创伤、正畸治疗及各种修复体行使功能时，各种作用力通过牙体传递到牙周，引起牙周膜的一系列生物学改变。因而作为牙周膜的主要功能细胞—牙周膜成纤维细胞（Human Periodontal liqament Fibroblasts，hPDLFs）的体外生物力学研究，对临床治疗起着重要的指导意义。该研究从hpDLFs 的生长特征、蛋白质合成、标志性酶及细胞因子、信号转导方面对目前的hpDLfs的生物力学研究做一综述。

1 hPDLFs的生长增值

加载装置的不同、应用大小、应力频率的不同，hPDLFs增殖活性的改变也不尽相同。王永等[1]对hPDLFs施加机械牵张力，结果发现一定力值范围的机械张力能促进hPDLFs增殖活性，过大力值的牵张力反而抑制细胞增殖。周继祥等[2]利用自行设计的膜式动态张应力-体外细胞研究体系对hPDLFs分别进行静张应力及不同频动范围动态张应力加载，结果发现不同张应力对hPDLFs的增值活性影响明显不同，静张应力有明显的促hPDLFs增值作用而动态张应力有一定的抑制作用。体外加力时间的不同[3]，同样也影响到细胞的增殖，在一定时间范围内，周期性张应力可促进hPDLFs的增殖，但随着时间的延长，增殖会受到抑制。在众多研究中，加力方式、加力大小、加力时间的不同，均会引起hPDLFs 增殖或抑制等不同的变化，牙周膜受力的复杂性决定了体外模拟实验的多样性。

2 hPDLFs胶原纤维及蛋白质合成

人牙周膜成纤维细胞具有合成、分泌胶原蛋白功能，其胶原纤维合成情况可以反映牙周膜细胞外基质的新陈代谢。Howard等[4]研究发现5%的拉伸应变条件下，I型胶原合成增加而10%应变则无明显影响，说明hPDLFs对不同的机械力刺激产生不同的反应，从而影响了细胞外基质的合成，以适应外力的刺激。同样赵志河[5]研究发现不同频动范围的动态张应力对hPDLFs胶原纤维合成的影响截然不同，适当频动范围的动态张应力更有效的促进胶原纤维的合成而静态张应力作用并不能增加hPDLFs的胶原纤维合成。2种作用力对胶原纤维合成影响

差异可能是导致细胞形变的不同引起的[6]。对体外培养的hPDLFs施以动态张应力，较小的张应力使hPDLFs纤连蛋白mRNA表达随加力时间延长逐渐增加，较大张应力使hPDLFs纤连蛋白表达先增加后减少[7]。体内环境下胶原纤维和蛋白是细胞外基质的重要组成部分，hPDLFs受力时，细胞外基质会产生相应的破坏和改建，并通过膜蛋白传导到细胞内。

3 hPDLFs的细胞因子及酶

碱性磷酸酶（alkalline phosphates，ALP）是参与骨组织钙化过程中关键性蛋白酶。Alp活性较高则表示该组织具有较强的钙化及成骨功能。PDLFs具有较高水平的ALP活性，其碱性磷酸酶活性是牙龈成纤维的10倍。Yamaguchi M[8]等研究发现人牙周膜细胞在在同期性外力的作用下（24%elongation），ALP活动显著降低，并且发现ALP活性的降低主要靠PGE2和IL-1调节的。张宇[9]等利用液压加载系统对hPDLFs施加压力发现，hPDLFs对压力具有一定的耐受性，但当压力增加到一定程度时，随着作用时间延长造成ALP活性降低，压力较大会短时间内造成ALP活性降低运以说明过大的咬合力或矫治力，将会影响ALP 活性降低，影响牙周组织钙化，并导致牙周组织的一系列病变。

牙周膜细胞是具有异质性的细胞群，受到刺激或加入某些诱导条件下，细胞会分化成具有成骨特性的细胞，从而引起牙槽骨的吸收和形成。hPDLFs是正畸牙移动过程中受力的直接效应细胞，因而在牙槽骨改建中起着关键的作用。骨桥蛋白（osteopontin，OPN）是基质矿化的调节基因，OPNmRNA在成骨细胞分化的早期即开始表达，可以作为成骨样细胞分化的早期标志。骨钙素（osteocalcin，OC）是细胞外基质蛋白，它是成骨细胞成熟的标志。研究发现，hPDLFs在受到机械牵张力刺激作用下，OPN和OC均增殖，提示hPDLFs在机械力诱导下向成骨样细胞分化，从而在机械力介导的牙槽骨改建中发挥重要的作用[10-11]。

基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP）是一类水解基底膜和细胞外基质的蛋白水解酶家族。MMP通过降解胶原而参与牙周组织的力学改建。彭庭莉[12]等对hPDLFs施加动态张应力，观察其MMP的分泌情况，结果发现hPDLFs受到动态张应力作用后MMP-9表达有不同程度的增加，当细胞受到5KpaN-0-N5Kpa动态作用力后表达明显增加。该结果提示，恰当的张应力作用可以明显促进MMP-9生成，从而加速牙周膜的改进，这对临床选择最适矫治力提供了可靠的依据。MMP-2能降解IV型胶原纤维，该纤维是基底细胞膜的主要成分。正畸过程中，牙周组织吸收和重建，MMP-2起着重要的作用。对hPDLFs 施加持续机械张应力可诱导MMP-2表达的增加，从而影响牙周细胞外基质的代谢[13]。在机械力刺激下，hPDLFs能够合成并分泌多种细胞因子，从而调节参与了牙周组织的改建和修复。TGF-β1作为损伤修复过程中的重要生物介质，对牙周软硬组织再生修复都有重要作用。TGF-β1能促进hPDLFs的增殖，能促进蛋白质和RNA的合成[14]，还能促进hPDLFs产生细胞外基质，因而研究外力作用对hPDLFs的TGF-β1表达的影响，具有极其重要的意义。汤楚华等[15]采用液压细胞加载装置对hPDLFs施加不同等级的压力，结果发现，hPDLFs合成TGF-β1受到机械压力的调控，在一定载荷范围内，hPDLFs合成TGF-β1量随着压力增大而降低。该研究提示机械压力可能通过对hPDLFs 的TGF-β1表达的影