正畸压缩通过组蛋白 H3 高乙酰化增强巨噬细胞 M2 极化

在正畸牙齿移动（OTM）期间，压缩力会导致牙周膜（PDL）的动态负荷和缺氧，从而导致急性无菌性炎症和随后的牙槽骨重塑。各种免疫细胞，如巨噬细胞、白细胞和单核细胞，被募集到PDL并参与急性炎症。根尖区牙根外吸收（EARR）是口腔正畸治疗中最常见的风险之一，可能导致牙齿过度移动，最终导致牙齿脱落。最近的研究发现，巨噬细胞促炎极化与EAAR呈正相关，需要进一步的研究来调查确切的机制。

大量报道表明，牙周膜细胞（PDLCs）和骨细胞在OTM期间会出现生物力学和生物学反应。然而，正畸力对巨噬细胞的直接影响尚不清楚，尽管巨噬细胞的机械敏感性已被证实多年。阐明巨噬细胞对压力反应的机制有助于我们了解与机械应力相关的各种病理变化，例如咬合力引起的牙周破坏，过度机械应力引起的肺部炎症以及与血流停滞相关的动脉硬化。

巨噬细胞在先天免疫中有两种不同的表型：M1巨噬细胞主要参与促炎反应，M2巨噬细胞主要参与抗炎反应。在正畸力诱导的牙根吸收中观察到牙周组织中巨噬细胞M1极化的上调，因此，可能压缩力有助于M1极化并间接抑制了牙骨质修复。据报道，脂联素可促进M2极化和减轻炎症，并防止牙齿移动，因此，可能它可以干预压缩力对巨噬细胞的影响。此外，巨噬细胞可以通过多种机制接收机械信号。最近的一份报告显示，H3组蛋白乙酰化受rough matrix的调控，其将机械感觉与巨噬细胞的炎症反应相结合。因此，有理由假设压缩应力作用于H3组蛋白乙酰化以诱导极化。

鉴于此，德国尤斯图斯·李比希吉森大学医学院口腔正畸学系、牙周病学系联合浙江大学医学院附属口腔医院的一项研究调查了巨噬细胞对正畸力的反应机制，以及这种反应与正畸牙根吸收的相关性。相关内容发表在 International Journal of Molecular Sciences 期刊，题为“Orthodontic Compression Enhances Macrophage M2 Polarization via Histone H3 Hyperacetylation ”。

首先，将巨噬细胞置于1 g/cm2 大小的压缩力下，或用不同浓度的脂联素（adiponectin）处理。24小时后，各组巨噬细胞均未发生形态学改变（图1 a）。划痕测定结果显示，1 g/cm2的压缩力缩短了巨噬细胞的迁移距离（图1 b、c），说明压缩力抑制巨噬细胞迁移，但即使脂联素在浓度高达10μg/mL 时，也没有检测到其影响（图1 b、d）。

图1 巨噬细胞受到压缩力或脂联素的刺激。

施加1 g/cm2 的压缩力后，检测了诱导性一氧化氮合酶（Nos2）、白细胞介素1β（Il1b）、白细胞介素10（Il10）和精氨酸酶1（Arg1）的表达。结果显示，Nos2、Il10和Arg1的基因表达均升高，表明压缩力促进巨噬细胞极化标志物的表达。值得注意的是，Nos2是第一个对机械压缩作出反应的标志物，从6小时开始呈现增加趋势，所有其他标志物Il1b，Arg1和Il10都是在24小时后增强。为了阐明脂联素对力激活的巨噬细胞的影响，在收集和分析巨噬细胞之前，用压缩力和/或10 μg/mL脂联素处理巨噬细胞24小时。结果表明，脂联素对任何标志物都没有影响，无论它们是否受压。

接下来，经过校正 p 值和使用差异倍数后，共鉴定出28个差异表达基因（DEGs），其中21个上调，7个下调。为了确认脂联素可能的作用靶点，将脂联素和与DEGs对应的28种蛋白质都映射到STRING上。STRING表明，血清淀粉样蛋白A3（Saa3）、载脂蛋白E（ApoE）和白细胞介素1β（IL-1β）与脂联素直接相关。然后通过测定基因中的Saa3和ApoE的表达水平来验证结论。qRT-PCR结果显示，压缩力诱导巨噬细胞上调Saa3和ApoE，但脂联素对它们没有影响。

压缩刺激显著提高了H3组蛋白乙酰化水平（图2 a）。然后，使用500 nM I-BET762来阻止乙酰化读取器识别组蛋白。qRT-PCR结果表明，I-BET762本身不影响巨噬细胞细胞因子的表达。然而，它通过压缩显著抑制了Arg1和Il10的增强表达（图2 f、g）。同时，它对ApoE，Saa3，Nos2和Il1b的上调没有影响（图2 b-e）。这表明，H3组蛋白乙酰化介导压缩力诱导的M2极化。

图2 压缩力通过促进H3组蛋白乙酰化诱导M2极化。

最后，为了进一步研究免疫细胞对牙骨质的调节作用，利用力激活的巨噬细胞培养基或1 g/cm2的静水压力处理成牙骨质细胞24 小时。出乎意料的是，尽管成牙骨质细胞迁移和骨保护素（OPG）通过压缩力直接受到抑制，但它们都没有对巨噬细胞培养基产生反应。此外，在施加压缩力后，成牙骨质细胞中 Piezo1表达增加。因此，利用特异性抑制剂GSMTX4同时培养成牙骨质细胞。与对照组相比，独立施用GSMTX4未触发成牙骨质细胞的反应，但显著减弱了压缩力引起的迁移抑制和OPG降低。

图3 图形概要
压缩力增强H3组蛋白乙酰化，促进M2极化。

总之，该研究表明压缩力会损害巨噬细胞的迁移，并显著增强其极化标志物的表达。具体来说，它在免疫反应的后期通过H3组蛋白高乙酰化促进M2极化。此外，虽然力激活的巨噬细胞对成牙骨质细胞没有影响，但压缩力通过影响Piezo1直接抑制成牙骨质细胞牙骨质形成和迁移。

参考文献：Wang Y, Groeger S, Yong J, Ruf S. Orthodontic Compression Enhances Macrophage M2 Polarization via Histone H3 Hyperacetylation. Int J Mol Sci. 2023 Feb 4;24(4):3117. doi: 10.3390/ijms24043117. PMID: 36834533; PMCID: PMC9958841.
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36834533/

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