在过去几十年里,基于干细胞为基础的组织工程医学研究显示了组织再生与修复的广泛应用前景。人乳牙牙髓干细胞具有较高增殖能力、自我更新能力、多向分化能力,并且其具有高可塑性和较低免疫原性,液氮环境下可保存多年而不影响活性,这使人乳牙牙髓干细胞成为生物医学工程中最受欢迎的种子细胞之一[4]。已有研究证实人乳牙牙髓干细胞促进骨再生程度与人牙髓干细胞和人骨髓间充质干细胞相
当[25]。该研究用新鲜人乳牙牙髓组织块贴壁法成功分离出人乳牙牙髓干细胞,经扩增培养及传代3代后,其表现为形态均一的长梭形细胞,贴壁生长。诱导培养14 d后茜素红染色观察到大量的钙化结节,证实其向成骨细胞分化[26]。
近年来,干细胞预处理策略已被证实可以有效增强其分化潜力和增殖能力[12-14],包括生长因子、基因调节、机械刺激和某些小分子。小分子具有安全、有效、反应迅速、易得、可逆性、危害小、成本低、效率高等优点。此外,小分子的作用与浓度有关[27]。常用的小分子药物包括他汀类、羟甾醇、白藜芦醇、双膦酸盐、二甲双胍和褪黑激素[28-29]。研究表明,白藜芦醇具有抑制不同病因和病理引起的骨丢失的潜力[4]。另有研究表明白藜芦醇可以促进成骨细胞和骨髓间充质干细胞的成骨分化[15],但白藜芦醇对人乳牙牙髓干细胞的影响仍然是未知的。因此,该研究评估了白藜芦醇对人乳牙牙髓干细胞增殖、成骨分化的影响。研究结果显示,5,
10 μmol/L白藜芦醇促进了人乳牙牙髓干细胞的增殖,但较高浓度的白藜芦醇抑制了细胞增殖,产生了一定的细胞毒性。这与MOON等[18]研究报道不同,其认为低浓度白藜芦醇不影响骨髓间充质干细胞的增殖,而10 μmol/L以上较高浓度的白藜芦醇抑制骨髓间充质干细胞的增殖,结果不同可能与作用的干细胞类型有关。
该研究中,茜素红S染色结果显示白藜芦醇以浓度依赖性的方式促进了人乳牙牙髓干细胞的矿化和成骨分化。这与LI等[17]研究发现白藜芦醇可提高骨质疏松患者骨髓间充质干细胞的矿化能力一致,但其促矿化的最佳浓度是80 μmol/L,而该研究白藜芦醇的最佳作用浓度为10 μmol/L。研究发现,从生理浓度(500 nmol/L)到更高浓度(100 μmol/L)的白藜芦醇均能积极促进成骨细胞、间充质干细胞成骨分化[17-18],最佳浓度的选择可能取决于细胞的种类。
碱性磷酸酶是成骨样细胞早期分化成熟的重要标志,在骨的矿化过程中为磷灰石晶体的沉积提供必需的磷酸,碱性磷酸酶的含量与活性反映其矿化能力和成骨分化的能力[30]。Runt相关转录因子2在调节间质干细胞向成骨细胞系分化以及在分化早期调节成骨细胞特异性基因(Ⅰ型胶原、骨涎蛋白、骨桥蛋白和骨钙素)的表达方面起着至关重要的作用[31]。骨钙素由成熟的成骨细胞合成,在维持骨的改建、吸收和矿化中起着重要作用,是成骨分化过程中晚期阶段的标志性物质[32]。在该研究中,10 μmol/L白藜芦醇处理3 d后,显著上调了人乳牙牙髓干细胞成骨相关基因碱性磷酸酶、Runt相关转录因子2、骨钙素mRNA表达。MOON等[18]研究发现5 μmol/L白藜芦醇处理骨膜来源间充质干细胞可以增强碱性磷酸酶的活性,另有研究表明,40 μmol/L白藜芦醇处理骨髓干细胞可以显著增加碱性磷酸酶的mRNA表达[17]。这些结果表明,白藜芦醇可以调节碱性磷酸酶的表达和活性,进而影响其成骨分化。qPCR检测不同浓度白藜芦醇对人乳牙牙髓干细胞内Runt相关转录因子2和骨钙素mRNA表达的变化,直接反映了白藜芦醇对人乳牙牙髓干细胞早期及晚期的成骨能力。Runt相关转录因子2蛋白水平的表达进一步证实了白藜芦醇对人乳牙牙髓干细胞的促成骨作用,尤其是10 μmol/L白藜芦醇处理组。这些结果表明,白藜芦醇能积极调控人乳牙牙髓干细胞成骨
分化。
综上所述,适宜浓度的白藜芦醇可以促进人乳牙牙髓干细胞成骨分化,这为牙髓干细胞预处理策略应用到临床颌面部骨修复等组织工程研究中提供了理论依据。然而,该研究还存在一些不足之处:首先,该研究为初步的探索性研究,对获得的人乳牙牙髓干细胞未进行表面抗原鉴定,仅验证了其成骨分化的能力;其次尚未探讨白藜芦醇促进人乳牙牙髓干细胞成骨分化的作用机制和其在动物体内的调控作用,在进一步的研究中将进行分子机制和体内实验研究。
中国组织工程研究杂志出版内容重点:干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程