齊慧川，張 祎，胡 敏

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科，吉林 長(zhǎng)春 130021)

實(shí)驗(yàn)性正畸牙移動(dòng)過(guò)程中EphB4/ephrinB2促成骨作用的研究進(jìn)展

ProgressresearchonEphB4/ephrinB2contributiontoosteogenesisduringexperimentalorthodontictoothmovement

齊慧川，張 祎，胡 敏

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科，吉林 長(zhǎng)春 130021)

正畸治療過(guò)程中，對(duì)牙齒施加相對(duì)緩慢而持久的輕力可通過(guò)牙周膜組織傳導(dǎo)至牙槽骨，從而引起骨改建，達(dá)到牙齒移動(dòng)的目的。機(jī)械張力作用于牙周膜成纖維細(xì)胞(PDLF)后激活ephrinB2，隨后PDLF與鄰近PDLF和成骨細(xì)胞通過(guò)EphB4/ephrinB2相互作用，兩者協(xié)同促進(jìn)成骨。本文簡(jiǎn)要介紹PDLF對(duì)張力產(chǎn)生應(yīng)答后激活EphB4/ephrinB2并促進(jìn)成骨相關(guān)機(jī)制的最新進(jìn)展。

EphB4/ephrinB2；機(jī)械張力；牙周膜成纖維細(xì)胞；整合素；骨形成；牙移動(dòng)

正畸導(dǎo)致的牙齒移動(dòng)是通過(guò)適量矯治力的作用使牙齒在牙槽骨中向正確的方向和位置移動(dòng)的過(guò)程。外力通過(guò)牙周膜組織傳導(dǎo)至牙槽骨，張力側(cè)新骨形成，壓力側(cè)破骨吸收，從而實(shí)現(xiàn)骨改建。牙周膜成纖維細(xì)胞(periodontal ligament fibroblast,PDLF)是牙周膜的主體細(xì)胞，可作為應(yīng)力感受細(xì)胞率先對(duì)作用于牙周膜組織的外界應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)答并將其轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號(hào)，但這一將機(jī)械力轉(zhuǎn)化為分子生物反應(yīng)的生物學(xué)機(jī)制尚未被完全探明。隨著PDLF表達(dá)ephrinB2檢測(cè)和研究的[1]深入，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出通過(guò)EphB4/ephrinB2的作用促進(jìn)張力側(cè)成骨的觀點(diǎn)。本文就PDLF對(duì)張力產(chǎn)生應(yīng)答后激活EphB4/ephrinB2并促成骨的主要機(jī)制進(jìn)行綜述，以利于加深對(duì)正畸過(guò)程中骨改建機(jī)制的理解，為改善治療策略或更為精確合理地控制牙齒移動(dòng)提供理論依據(jù)。

1 Eph/ephrin蛋白的概念和生物學(xué)功能

促紅細(xì)胞生成肝細(xì)胞激酶(erythropoietin producing hepatocyte kinases，Eph)和促紅細(xì)胞生成肝細(xì)胞激酶受體相互作用蛋白(erythropoietin producing hepatocyte kinases receptor interacting protein，ephrin)在很多生物學(xué)行為中發(fā)揮重要作用，神經(jīng)元發(fā)育和血管生成等過(guò)程中的細(xì)胞-細(xì)胞間相互作用、細(xì)胞遷移、運(yùn)動(dòng)、吸引及排斥均有Eph/ephrin的參與[2-3]，從而揭示了細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)、細(xì)胞骨架和Eph/ephrin系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。外力可以改變細(xì)胞和ECM之間的相互作用和(或)影響細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)，對(duì)Eph/ephrin家族成員的功能和表達(dá)也有影響[4-5]。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究[6-8]表明：Eph/ephrin可參與骨穩(wěn)態(tài)(bone homeostasis)的調(diào)控。

Eph和ephrin均為膜結(jié)合蛋白，Eph包含2大類共9種EphA(EphA1～A8，A10)和6種EphB(EphB1～B6)。EphA與錨定在糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol，GPI)的ephrinA配體(ephrinA1～A5)相結(jié)合，EphB結(jié)合于跨膜蛋白ephrinB(ephrinB1～B3)。Eph和ephrin相互作用，激發(fā)雙向信號(hào)，正向信號(hào)以ephrin為配體向表達(dá)Eph的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)，反向信號(hào)為Eph刺激表達(dá)ephrin的細(xì)胞所引起的胞內(nèi)改變[9-10]。在EphB中EphB4受體是較為獨(dú)特的一種，其只對(duì)ephrinB2單一配體有特異性，與ephrinB1和ephrinB3的結(jié)合非常弱[11]。已有學(xué)者[1,6]對(duì)張力側(cè)正畸牙移動(dòng)過(guò)程中主要涉及的成骨細(xì)胞(osteoblast，OB)和PDLF中Eph/ephrin的表達(dá)情況進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果表明：2類細(xì)胞中均可檢測(cè)到EphB4/ephrinB2的表達(dá)。

2 機(jī)械張力作用下PDLF表達(dá)ephrinB2的機(jī)制

細(xì)胞感應(yīng)外界環(huán)境中機(jī)械信號(hào)的能力需要通過(guò)細(xì)胞表面的應(yīng)力敏感受體直接傳導(dǎo)至細(xì)胞外隙或識(shí)別某些物理媒介的變化，比如作用于細(xì)胞膜的壓應(yīng)力或流體切應(yīng)力等。細(xì)胞錨定于ECM是細(xì)胞感知和傳導(dǎo)環(huán)境中生物物理學(xué)變化的前提條件[12]。細(xì)胞與ECM的錨定區(qū)域稱為黏著斑(focal adhesions)，其是一種由整合素、細(xì)胞骨架和信號(hào)蛋白組成的復(fù)合物[13]。

2.1 整合素的概念和作用 整合素是由α和β這2個(gè)亞基以非共價(jià)鍵結(jié)合的方式形成的異二聚體跨膜糖蛋白，18種α鏈和8種β鏈可相互配合形成至少24種可能出現(xiàn)的異二聚體[14-15]。在ECM中，整合素作為受體與纖黏連蛋白(fibronectin，F(xiàn)N)相連接；在細(xì)胞質(zhì)中，整合素與細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白纖維通過(guò)踝蛋白相連接。整合素是一類重要的細(xì)胞黏著因子，其能夠感受ECM的變化并將其傳遞至細(xì)胞骨架，可以動(dòng)態(tài)地與ECM蛋白相互作用，介導(dǎo)黏著斑和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)眾多分子的激活[13]。因此整合素不僅是介導(dǎo)細(xì)胞與ECM相互結(jié)合的重要媒介，而且還是溝通ECM和細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞骨架系統(tǒng)之間相互聯(lián)系的橋梁。作為聯(lián)系細(xì)胞骨架和ECM的主要受體，整合素與應(yīng)力之間存在著密切的聯(lián)系，應(yīng)力作用可導(dǎo)致整合素受體密度增加[16]。整合素在成纖維細(xì)胞、成骨細(xì)胞或軟骨細(xì)胞等應(yīng)力敏感細(xì)胞中均發(fā)揮應(yīng)力感受器的作用[17]。

2.2 整合素介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo) 作為整合素的主要效應(yīng)子，黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)被認(rèn)為是整合素依賴性信號(hào)傳導(dǎo)通路的基礎(chǔ)分子，在整合素介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑中起著關(guān)鍵作用。FAK是一種非受體酪氨酸蛋白激酶，可調(diào)控和影響多種結(jié)構(gòu)和信號(hào)蛋白，并可將ECM的變化轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)。FAK在結(jié)構(gòu)上可劃分為3個(gè)區(qū)域：N端的FERM結(jié)構(gòu)域、中央激酶結(jié)構(gòu)域和C端的黏著斑靶點(diǎn)(focal adhesion targeting，F(xiàn)AT)結(jié)構(gòu)域。機(jī)械牽張可以激活細(xì)胞表面的整合素受體，結(jié)合于ECM，隨后FAK借助FAT結(jié)構(gòu)域與踝蛋白和樁蛋白結(jié)合，引起FAK的構(gòu)象改變，并于Tyr397發(fā)生自磷酸化[18]，磷酸化的Tyr397成為Src家族激酶SH2結(jié)構(gòu)域(Src homology 2 domain)的高親和性結(jié)合區(qū)[19]。Src是一種相對(duì)分子質(zhì)量為60 000的蛋白，由SH2結(jié)構(gòu)域、SH3結(jié)構(gòu)域(Src homology 3 domain)和激酶結(jié)構(gòu)域組成。Src的結(jié)構(gòu)與其聯(lián)系多種效應(yīng)分子并調(diào)控信號(hào)通路的能力有關(guān)[20]。多種信號(hào)蛋白如FAK以及Shc等均為Src激酶家族的底物[21]。Src與FAK結(jié)合后引起Src的變構(gòu)激活，并形成Src/FAK信號(hào)復(fù)合物，該信號(hào)復(fù)合物是激活下游組分的關(guān)鍵。Src/FAK二重激酶復(fù)合物的形成和活化在細(xì)胞伸展、移動(dòng)和存活中發(fā)揮重要作用[22]。Src/FAK信號(hào)復(fù)合物形成后，Src介導(dǎo)FAK于Tyr407、Tyr576/577、Tyr863和Tyr925發(fā)生磷酸化，從而增強(qiáng)FAK的活性[21]。一旦Tyr925發(fā)生磷酸化，F(xiàn)AK便能夠與生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，Grb2)結(jié)合[23]。Src可介導(dǎo)Shc的Tyr317發(fā)生磷酸化，從而使Grb2作為銜接蛋白與激活的Shc結(jié)合，并可與SOS(son of sevenless)C端富含脯氨酸的序列相互作用形成Shc-Grb2-SOS復(fù)合物。酪氨酰磷酸化的Shc與Grb2/SOS復(fù)合物相結(jié)合可激活Ras目前已被證實(shí)[21]。

與FAK類似，Ras GTPase也對(duì)機(jī)械刺激敏感，并在整合素介導(dǎo)的機(jī)械刺激引發(fā)的胞內(nèi)反應(yīng)中扮演重要角色。Ras超家族將胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路和外部環(huán)境變化偶聯(lián)在一起，GTPases作為分子開關(guān)調(diào)控所有真核細(xì)胞中眾多必需生化通路，結(jié)合鳥嘌呤二核苷酸磷酸(guanine dinucleotide phosphate,GDP)為非激活狀態(tài)，結(jié)合鳥嘌呤三核苷酸磷酸(guanine trinucleotide phosphate,GTP)為激活狀態(tài)[24]。激活狀態(tài)的Ras可將促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK)MEK磷酸化，而活化的MEK可將胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)的Thr202和Tyr204磷酸化，從而增強(qiáng)ERK的酶活性[21]，實(shí)現(xiàn)從機(jī)械力到分子生物反應(yīng)的轉(zhuǎn)化。

2.3 ephrinB2在機(jī)械應(yīng)力下的表達(dá) 在多種細(xì)胞中，ERK1/2是對(duì)機(jī)械刺激產(chǎn)生應(yīng)答最為突出的激酶[25]。轉(zhuǎn)錄因子Sp1是ERK1/2已被確認(rèn)的下游靶點(diǎn)，其激活受ERK1/2的調(diào)控[26]，ERK1/2可于Thr453和Thr739將Sp1磷酸化[27]。Sp1可參與轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，并結(jié)合于ephrinB2的啟動(dòng)子[28]，人類ephrinB2啟動(dòng)子中包含Sp1共有序列。某些細(xì)胞在受到機(jī)械應(yīng)力作用時(shí)可通過(guò)Sp1轉(zhuǎn)錄并表達(dá)ephrinB2，如在PDLF中， Sp1參與張力介導(dǎo)的ephrinB2的轉(zhuǎn)錄[1]，而在前體內(nèi)皮細(xì)胞中，切應(yīng)力可通過(guò)Sp1介導(dǎo)ephrinB2的表達(dá)[5]。

當(dāng)機(jī)械張力作用于PDLF時(shí)，整合素受體和ECM配體結(jié)合將整合素激活，引起整合素介導(dǎo)的FAK自身酪氨酸殘基磷酸化，形成SH2結(jié)合位點(diǎn)，Src結(jié)合于FAK形成Src/FAK信號(hào)復(fù)合物，進(jìn)一步使FAK活化并結(jié)合銜接蛋白Grb2；Grb2的2個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域與SOS分子中的富含脯氨酸序列結(jié)合，將SOS活化；活化的SOS結(jié)合Ras蛋白，促進(jìn)Ras釋放GDP、結(jié)合GTP；活化的Ras蛋白(Ras-GTP)可激活ERK激酶的激酶Raf，Raf活化后可將ERK的激酶MEK磷酸化從而將其激活，活化的MEK將ERK磷酸化而激活；活化的ERK可轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核內(nèi)，通過(guò)磷酸化作用激活轉(zhuǎn)錄因子Sp1，參與對(duì)ephrinB2轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，從而使PDLF對(duì)機(jī)械張力產(chǎn)生生物學(xué)應(yīng)答，表達(dá)ephrinB2。

3 PDLF與成骨細(xì)胞通過(guò)EphB4/ephrinB2發(fā)揮促成骨作用

EphB4/ephrinB2可參與骨改建，Allan等[29]研究表明：阻斷EphB4/ephrinB2的相互作用可導(dǎo)致鈣化的抑制。Zhao等[6]以鼠為研究對(duì)象分別進(jìn)行了體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，體外實(shí)驗(yàn)以鼠顱骨成骨細(xì)胞為研究對(duì)象，證明了ephrinB2可通過(guò)與成骨細(xì)胞表面的EphB4發(fā)揮作用(正向信號(hào))，顯著刺激成骨細(xì)胞的分化；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：成骨細(xì)胞表達(dá)的EphB4水平的增加不僅可以促進(jìn)骨形成，還可以抑制骨吸收。該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)EphB4信號(hào)降低了RhoA的活性，這與Harmey等[30]的研究結(jié)果一致，即在鼠源性細(xì)胞中，Rho激酶信號(hào)的抑制物可刺激成骨細(xì)胞的分化。然而，在人類細(xì)胞中RhoA則有截然不同的功能，抑制RhoA的活性則抑制成骨細(xì)胞的分化[31]。RhoA活性的高低與成骨細(xì)胞分化之間的關(guān)系在鼠源性細(xì)胞和人源性細(xì)胞之間存在差異，這一物種間差異的分子基礎(chǔ)尚不完全清楚。

在生理解剖環(huán)境中，PDLF和牙槽骨的成骨細(xì)胞相鄰，允許PDLF和成骨細(xì)胞之間發(fā)生相互作用，這是2種細(xì)胞通過(guò)Eph/ephrin發(fā)生聯(lián)系的先決條件。以此為基礎(chǔ)，Diercke等[1]以來(lái)源于青少年患者的PDLF和接受第三磨牙骨切開術(shù)患者的牙槽骨組織為研究對(duì)象，通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)提出正畸牙移動(dòng)張力側(cè)EphB4/ephrinB2信號(hào)可在促進(jìn)成骨時(shí)發(fā)揮雙重作用。一方面，牙槽骨中的成骨細(xì)胞表達(dá)的EphB4可與相鄰PDLF表達(dá)的ephrinB2相互作用，從而達(dá)到促進(jìn)成骨的作用；另一方面PDLF表達(dá)的EphB4也可以與鄰近的PDLF表達(dá)的ephrinB2相互作用介導(dǎo)成骨。然而，在機(jī)械張力作用下PDLF和成骨細(xì)胞表達(dá)的EphB4/ephrinB2彼此結(jié)合后通過(guò)何種機(jī)制促進(jìn)成骨基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)尚需進(jìn)一步研究。

綜上所述，正畸牙移動(dòng)張力側(cè)PDLF和成骨細(xì)胞之間可通過(guò)EphB4/ephrinB2信號(hào)在成骨過(guò)程中發(fā)揮重要的作用，這為調(diào)控牙齒移動(dòng)提供了新理念。通過(guò)對(duì)已知參與到信號(hào)通路中的分子進(jìn)行調(diào)控或進(jìn)一步探討信號(hào)傳導(dǎo)的分子基礎(chǔ)可以為正畸治療過(guò)程中牙齒位置的調(diào)控提供理論支持，但促成骨基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)的具體機(jī)制還有待進(jìn)一步探討。

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1671-587Ⅹ(2013)06-1294-04

10.7694/jldxyxb20130643

2013-03-04

國(guó)家自然科學(xué)基金資助課題(81170999)

齊慧川(1988-)，女，吉林省長(zhǎng)春市人，在讀醫(yī)學(xué)碩士，主要從事口腔正畸生物學(xué)研究。

胡 敏(Tel: 0431-85579371,E-mail: humin@jlu.edu.cn)

R783.5

A