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目的: 探讨 Exendin-4( Ex-4)对高糖环境下人牙周膜干细胞(Periodontal Ligament Stem Cells,PDLSCs)增殖及成骨分化能力的影响,并对其机制进行初步研究。 方法: 第一部分:通过体外组织块法分离培养人PDLSCs,并通过克隆形成能力和多向分化(成骨和成脂)能力检测其干细胞特性。 第二部分:分别用不同浓度的 Ex-4(1,10,20,100nM)处理正常人PDLSCs(NG组)和高糖环境下(30mM葡萄糖)的人PDLSCs(HG组),采用CCK-8试验检测细胞增殖能力。选取10nM Ex-4处理,实验共分四组,分别为NG组,NG+Ex-4组,HG组,HG+Ex-4组,流式细胞术检测细胞周期。针对上述四组分别成骨诱导7,14,21d,采用茜素红染色评估矿化结节的形成并进行定量分析,通过实时定量聚合酶链反应(RT-PCR)检测成骨相关基因:Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor2,Runx2)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)及骨保护素(Osterix, Osx)的表达情况。 第三部分:取对数生长期的 PDLSCs,分为 NG组,NG+Ex-4, HG组,HG+Ex-4组(所用Ex-4均为10nM)共四组。通过2′,7′-二氢二氯荧光黄双乙酸钠(CM-H2DCF-DA)探针检测细胞内活性氧(ROS)水平,并进行定量分析。采用 RT-PCR对细胞内糖基化终末产物受体(RAGE)mRNA表达水平进行检测。分别对上述四组细胞进行成骨诱导,采用ERK1/2(细胞外调节蛋白激酶)抑制剂PD98059处理,检测成骨相关基因Runx2,ALP和Osx的表达水平。 结果: 第一部分: 1.本研究在体外成功分离培养出人PDLSCs。 2.结晶紫染色提示该细胞具有较强的克隆形成能力。 3.茜素红和油红染色提示该细胞具备成骨及成脂向分化能力。 第二部分: 1. CCK-8检测结果显示,与NG组相比,HG组PDLSCs的增殖能力受到明显抑制(P<0.05)。NG组与 NG+Ex-4组差异无统计学意义(P>0.05),HG+ Ex-4组(1,10,20,100nM)增殖能力明显强于HG组,差异有统计学意义(P<0.05);其中,HG+10nMEx-4组促增殖能力最强。 2.流式细胞术结果表明,NG,NG+Ex-4,HG及HG+Ex-4各组中,处于 S+G2/M期 DNA含量分别为11.01±0.73%,10.461±0.81%,6.45±0.15%,9.26±0.98%。HG组 S+G2/M期 DNA含量低于 NG组(P<0.005),HG+Ex-4组高于 HG组(P<0.005),NG组与 NG+Ex-4组差异无统计学意义(P>0.05)。 3.随着成骨诱导时间增加,茜素红染色可见,矿化结节变大,变密集,染色变深。各个相同时间点,HG组所形成的矿化结节量明显低于NG组,NG+Ex-4组较NG组升高,HG+Ex-4组较HG组升高,各组差异有统计学意义(P<0.05),NG+Ex-4组与 HG+Ex-4组相比未见明显差异(P>0.05)。 4.RT-PCR结果显示HG组细胞内Runx2,ALP和Osx mRNA表达水平明显低于NG组,NG+Ex-4组上述基因表达水平较NG组升高, HG+Ex-4组上述基因表达水平较 HG组升高,差异均有统计学意义(P<0.05)。 第三部分: 1. HG组细胞内ROS水平明显高于NG组,HG+Ex-4组较HG组降低,差异均有统计学意义(P<0.05),NG组与NG+Ex-4组差异无统计学意义(P>0.05)。 2. HG组RAGE表达水平明显高于NG组,HG+Ex-4组的RAGE基因表达水平较 HG组降低,差异均有统计学意义(P<0.05),NG组与NG+Ex-4组差异无统计学意义(P>0.05)。 3. PDLSCs经成骨诱导后,采用ERK1/2抑制剂PD98059处理,经RT-PCR检测发现NG+Ex-4组和HG+Ex-4组成骨相关基因Runx2,ALP及Osx的表达水平相比PD98059处理前均明显升高,各组差异均有统计学意义(P<0.05)。 结论: 1.高糖环境下,PDLSCs增殖及成骨分化能力显著下降。 2. Ex-4可减缓高糖对PDLSCs增殖及成骨分化能力的抑制作用。 3. Ex-4可促进正常糖浓度环境下PDLSCs成骨分化。 4.适宜浓度的 Ex-4可通过降低高糖环境下 PDLSCs内 ROS及RAGE表达水平,减缓高糖对 PDLSCs增殖及成骨分化能力的抑制,并通过调控ERK1/2信号通路促进PDLSCs成骨分化。