正畸牙齿移动过程中通过Nrf2/Keap1/p62抗氧化通路的力量阈值依赖性牙根吸收调节

Force threshold-dependent modulation of root resorption via the Nrf2/Keap1/p62 antioxidant pathway during orthodontic tooth movement

作者信息Yiling Chen, Yukun Jiang, Xiaoting Chen, Hengyi Lin, Yijue Wang, Shuo Chen, Shujuan Zou, Zhiai Hu
PMID41342829
发布时间2025-12-04
DOI10.1016/j.ajodo.2025.10.009

实验完整度

高

包含体外细胞实验(hPDLFs压缩力模型、siRNA敲低、药物抑制)和体内动物模型(小鼠OTM模型)两个独立证据层级,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

人牙周膜成纤维细胞(hPDLFs) 小鼠正畸牙齿移动模型 THP-1细胞来源的破骨样细胞

重点核对

体外压缩力强度(0、1、1.5、2 g/cm²)及加载时间(3小时) 小鼠OTM模型的力量大小(10 g轻力和40 g重力) Nrf2抑制剂ML385的浓度(体外5 μM,体内30 mg/kg)及给药方式(腹腔注射) siRNA敲低Keap1和p62的序列及浓度(100 nM) 样本量(体内每组n=5,体外每组n=3)

摘要

Introduction: Orthodontically induced root resorption (OIRR) is a frequent yet poorly understood complication of orthodontic treatment. Emerging evidence links oxidative stress to mechanical loading. However, the regulation of redox homeostasis in periodontal tissues under varying force magnitudes remains unclear. Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), a master regulator of antioxidant defense, modulates inflammation and bone remodeling, but its force-dependent role in OIRR is undefined. Methods: Periodontal ligament fibroblasts were subjected to graded compressive forces (0-2 g/cm2) in vitro to assess Nrf2/kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1)/sequestosome 1 (p62) pathway activation and downstream inflammatory and osteoclastic responses. Genetic and pharmacologic modulation of Nrf2 signaling was performed. In vivo, a murine orthodontic tooth movement model applying light (10 g) and heavy (40 g) forces was used to evaluate Nrf2 function in periodontal remodeling and root resorption. Results: Nrf2 displayed threshold-dependent regulation. Moderate force (≤1.5 g/cm2) activated the Nrf2/HO-1 pathway, preserving redox balance and limiting inflammation, whereas excessive force (2 g/cm2) led to Nrf2 saturation, resulting in ROS accumulation, amplified inflammation, and enhanced osteoclastogenesis. Keap1 knockdown restored antioxidant capacity and reduced inflammation, whereas p62 knockdown impaired Nrf2 activation and aggravated tissue injury. In vivo, heavy force induced sustained interleukin-1β expression and severe root resorption, intensified by Nrf2 inhibition. Conclusions: Force-dependent saturation of the Nrf2/Keap1/p62 pathway acts as a molecular switch linking oxidative stress and inflammation in OIRR. Nrf2 serves as a mechanosensitive regulator of periodontal homeostasis and a potential therapeutic target to prevent root resorption.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
机械力如何通过Nrf2/Keap1/p62通路调控氧化应激、炎症和牙根吸收,以及该通路是否具有力量依赖性阈值和饱和效应。
核心机制
中等压缩力激活Nrf2/HO-1通路,维持氧化还原平衡;而过大的压缩力导致Nrf2饱和,抗氧化能力不足,引发ROS积累、炎症加剧和破骨细胞生成增加,最终导致牙根吸收。
主要证据
体外hPDLFs压缩力模型显示,2 g/cm²力较1和1.5 g/cm²力显著增加ROS、炎症因子和RANKL/OPG比值;过表达Nrf2可降低ROS和炎症,而抑制Nrf2则加重;体内OTM模型中,40 g力较10 g力导致更严重的牙根吸收,Nrf2抑制剂ML385进一步加重牙根吸收。
研究意义
该研究揭示了Nrf2/Keap1/p62通路作为机械敏感性调节器在正畸力诱导的牙根吸收中的作用,为通过药理学或基因增强Nrf2信号来预防牙根吸收提供了理论基础和潜在治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

体内OTM模型建立与分析

评估不同力量(10 g vs 40 g)下牙周组织重塑和牙根吸收情况。

建立小鼠OTM模型,施加10 g(轻力)和40 g(重力),通过HE、Sirius Red染色观察牙周膜形态,TRAP染色检测破骨细胞,micro-CT评估牙根吸收体积,免疫组化检测IL-1β表达。

2

体外压缩力模型建立与检测

探究不同压缩力强度对hPDLFs氧化应激、炎症和破骨细胞分化潜能的影响。

将hPDLFs暴露于0、1、1.5、2 g/cm²的压缩力3小时,检测ROS水平、炎症因子和破骨细胞相关基因表达,并用条件培养基诱导THP-1细胞破骨分化。

3

Nrf2通路激活机制研究

验证Nrf2/Keap1/p62通路在压缩力下的激活和调控机制。

检测不同压缩力时间下Nrf2和HO-1蛋白表达,观察Nrf2核转位,并用siRNA敲低Keap1或p62,检测下游抗氧化基因、ROS、炎症和破骨细胞基因的变化。

4

Nrf2抑制的体内验证

验证Nrf2在体内对牙根吸收的保护作用。

在OTM模型中给予Nrf2抑制剂ML385(30 mg/kg,腹腔注射,每日一次),检测Nrf2、HO-1、IL-1β表达,TRAP破骨细胞数和micro-CT牙根吸收体积。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
镍钛螺旋弹簧----
ML385MedChemExpressHY-124305
天狼星红Solarbio--
TRAP染色试剂盒Wako--
VECTASTAIN Elite ABC-HRP试剂盒Vector LaboratoriesPK-6101
抗IL-1β抗体abcamab205924
抗HO-1抗体abcamab13243
抗Nrf2抗体AffinityAF0639
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen--
Trizol试剂Invitrogen--
PrimeScript FAST RT试剂盒(含gDNA Eraser)Takara--
TB Green Premix ExTaq II FAST qPCR试剂盒Takara--
总蛋白提取试剂盒Signalway Antibody--
抗GAPDH抗体HuabioER1706-83
抗HO-1抗体abcamab13243
抗p62抗体Cell Signaling Technology5114
抗Keap1抗体Cell Signaling Technology4678
抗Nrf2抗体AffinityAF0639
ROS检测试剂盒BeyotimeS0033S
Hoechst 33342BeyotimeC1027
抗Nrf2抗体 (12721)Cell Signaling Technology12721
DAPISigma-AldrichD9542
鬼笔环肽Invitrogen--
PMAAPExBIO--
巨噬细胞集落刺激因子AmizonaAMK9001
RANKLAmizonaAMK9001
micro-CT 45系统Scanco Medical--
MimicsMaterialise--
ImageJMedia Cybernetics--
Eclipse 80iNikon--
Leica DMi8Leica--
FV-3000Olympus--
ChemiDoc touch成像系统Bio-Rad--
GraphPad PrismGraphPad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
体外压缩力实验
细胞类型(hPDLFs)、压缩力强度(0-2 g/cm²)、加载时间(3小时)、细胞接种密度(5×10^4/孔)
阅读提示:Methods中 'in vitro experiments' 部分
siRNA敲低
siRNA序列(siKeap1和sip62)、浓度(100 nM)、转染试剂和效率
阅读提示:Methods中 'siRNA transfection' 部分
Nrf2抑制(体外)
ML385浓度(5 μM)、处理时间(24小时)
阅读提示:Methods中 'in vitro experiments' 部分
OTM动物模型
小鼠品系(C57BL/6)、性别(雄性)、年龄(8周)、力值(10 g和40 g)、观察时间点(1、3、7、14天)
阅读提示:Methods中 'OTM model' 部分
Nrf2抑制(体内)
ML385剂量(30 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、给药时间(力施加前1小时,每日一次)
阅读提示:Methods中 'OTM model' 部分
micro-CT分析
扫描分辨率(10 μm)、分析软件(Mimics 21.0)、牙根吸收体积比计算方式
阅读提示:Methods中 'micro-CT analysis' 部分
组织学染色
切片厚度(4 μm)、染色方法(HE、Sirius Red、TRAP)、定量方法(PDL宽度、TRAP+细胞计数)
阅读提示:Methods中 'Histological analysis' 部分