实验性正畸牙移动过程中EphB4/ephrinB2促成骨作用的研究进展

齐慧川，张 祎，胡 敏

(吉林大学口腔医院正畸科，吉林 长春 130021)

实验性正畸牙移动过程中EphB4/ephrinB2促成骨作用的研究进展

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齐慧川，张 祎，胡 敏

(吉林大学口腔医院正畸科，吉林 长春 130021)

正畸治疗过程中，对牙齿施加相对缓慢而持久的轻力可通过牙周膜组织传导至牙槽骨，从而引起骨改建，达到牙齿移动的目的。机械张力作用于牙周膜成纤维细胞(PDLF)后激活ephrinB2，随后PDLF与邻近PDLF和成骨细胞通过EphB4/ephrinB2相互作用，两者协同促进成骨。本文简要介绍PDLF对张力产生应答后激活EphB4/ephrinB2并促进成骨相关机制的最新进展。

EphB4/ephrinB2；机械张力；牙周膜成纤维细胞；整合素；骨形成；牙移动

正畸导致的牙齿移动是通过适量矫治力的作用使牙齿在牙槽骨中向正确的方向和位置移动的过程。外力通过牙周膜组织传导至牙槽骨，张力侧新骨形成，压力侧破骨吸收，从而实现骨改建。牙周膜成纤维细胞(periodontal ligament fibroblast,PDLF)是牙周膜的主体细胞，可作为应力感受细胞率先对作用于牙周膜组织的外界应力产生应答并将其转化为生物化学信号，但这一将机械力转化为分子生物反应的生物学机制尚未被完全探明。随着PDLF表达ephrinB2检测和研究的[1]深入，国内外学者提出通过EphB4/ephrinB2的作用促进张力侧成骨的观点。本文就PDLF对张力产生应答后激活EphB4/ephrinB2并促成骨的主要机制进行综述，以利于加深对正畸过程中骨改建机制的理解，为改善治疗策略或更为精确合理地控制牙齿移动提供理论依据。

1 Eph/ephrin蛋白的概念和生物学功能

促红细胞生成肝细胞激酶(erythropoietin producing hepatocyte kinases，Eph)和促红细胞生成肝细胞激酶受体相互作用蛋白(erythropoietin producing hepatocyte kinases receptor interacting protein，ephrin)在很多生物学行为中发挥重要作用，神经元发育和血管生成等过程中的细胞-细胞间相互作用、细胞迁移、运动、吸引及排斥均有Eph/ephrin的参与[2-3]，从而揭示了细胞外基质(extracellular matrix，ECM)、细胞骨架和Eph/ephrin系统之间的相互关系。外力可以改变细胞和ECM之间的相互作用和(或)影响细胞骨架的结构，对Eph/ephrin家族成员的功能和表达也有影响[4-5]。近年来，越来越多的研究[6-8]表明：Eph/ephrin可参与骨稳态(bone homeostasis)的调控。

Eph和ephrin均为膜结合蛋白，Eph包含2大类共9种EphA(EphA1～A8，A10)和6种EphB(EphB1～B6)。EphA与锚定在糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol，GPI)的ephrinA配体(ephrinA1～A5)相结合，EphB结合于跨膜蛋白ephrinB(ephrinB1～B3)。Eph和ephrin相互作用，激发双向信号，正向信号以ephrin为配体向表达Eph的细胞内转导，反向信号为Eph刺激表达ephrin的细胞所引起的胞内改变[9-10]。在EphB中EphB4受体是较为独特的一种，其只对ephrinB2单一配体有特异性，与ephrinB1和ephrinB3的结合非常弱[11]。已有学者[1,6]对张力侧正畸牙移动过程中主要涉及的成骨细胞(osteoblast，OB)和PDLF中Eph/ephrin的表达情况进行检测的结果表明：2类细胞中均可检测到EphB4/ephrinB2的表达。

2 机械张力作用下PDLF表达ephrinB2的机制

细胞感应外界环境中机械信号的能力需要通过细胞表面的应力敏感受体直接传导至细胞外隙或识别某些物理媒介的变化，比如作用于细胞膜的压应力或流体切应力等。细胞锚定于ECM是细胞感知和传导环境中生物物理学变化的前提条件[12]。细胞与ECM的锚定区域称为黏着斑(focal adhesions)，其是一种由整合素、细胞骨架和信号蛋白组成的复合物[13]。

2.1 整合素的概念和作用 整合素是由α和β这2个亚基以非共价键结合的方式形成的异二聚体跨膜糖蛋白，18种α链和8种β链可相互配合形成至少24种可能出现的异二聚体[14-15]。在ECM中，整合素作为受体与纤黏连蛋白(fibronectin，FN)相连接；在细胞质中，整合素与细胞骨架肌动蛋白纤维通过踝蛋白相连接。整合素是一类重要的细胞黏着因子，其能够感受ECM的变化并将其传递至细胞骨架，可以动态地与ECM蛋白相互作用，介导黏着斑和细胞质内众多分子的激活[13]。因此整合素不仅是介导细胞与ECM相互结合的重要媒介，而且还是沟通ECM和细胞内细胞骨架系统之间相互联系的桥梁。作为联系细胞骨架和ECM的主要受体，整合素与应力之间存在着密切的联系，应力作用可导致整合素受体密度增加[16]。整合素在成纤维细胞、成骨细胞或软骨细胞等应力敏感细胞中均发挥应力感受器的作用[17]。

2.2 整合素介导的信号传导 作为整合素的主要效应子，黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)被认为是整合素依赖性信号传导通路的基础分子，在整合素介导的信号传导途径中起着关键作用。FAK是一种非受体酪氨酸蛋白激酶，可调控和影响多种结构和信号蛋白，并可将ECM的变化转化为细胞内信号。FAK在结构上可划分为3个区域：N端的FERM结构域、中央激酶结构域和C端的黏着斑靶点(focal adhesion targeting，FAT)结构域。机械牵张可以激活细胞表面的整合素受体，结合于ECM，随后FAK借助FAT结构域与踝蛋白和桩蛋白结合，引起FAK的构象改变，并于Tyr397发生自磷酸化[18]，磷酸化的Tyr397成为Src家族激酶SH2结构域(Src homology 2 domain)的高亲和性结合区[19]。Src是一种相对分子质量为60 000的蛋白，由SH2结构域、SH3结构域(Src homology 3 domain)和激酶结构域组成。Src的结构与其联系多种效应分子并调控信号通路的能力有关[20]。多种信号蛋白如FAK以及Shc等均为Src激酶家族的底物[21]。Src与FAK结合后引起Src的变构激活，并形成Src/FAK信号复合物，该信号复合物是激活下游组分的关键。Src/FAK二重激酶复合物的形成和活化在细胞伸展、移动和存活中发挥重要作用[22]。Src/FAK信号复合物形成后，Src介导FAK于Tyr407、Tyr576/577、Tyr863和Tyr925发生磷酸化，从而增强FAK的活性[21]。一旦Tyr925发生磷酸化，FAK便能够与生长因子受体结合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，Grb2)结合[23]。Src可介导Shc的Tyr317发生磷酸化，从而使Grb2作为衔接蛋白与激活的Shc结合，并可与SOS(son of sevenless)C端富含脯氨酸的序列相互作用形成Shc-Grb2-SOS复合物。酪氨酰磷酸化的Shc与Grb2/SOS复合物相结合可激活Ras目前已被证实[21]。

与FAK类似，Ras GTPase也对机械刺激敏感，并在整合素介导的机械刺激引发的胞内反应中扮演重要角色。Ras超家族将胞内信号传导通路和外部环境变化偶联在一起，GTPases作为分子开关调控所有真核细胞中众多必需生化通路，结合鸟嘌呤二核苷酸磷酸(guanine dinucleotide phosphate,GDP)为非激活状态，结合鸟嘌呤三核苷酸磷酸(guanine trinucleotide phosphate,GTP)为激活状态[24]。激活状态的Ras可将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可将胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)的Thr202和Tyr204磷酸化，从而增强ERK的酶活性[21]，实现从机械力到分子生物反应的转化。

2.3 ephrinB2在机械应力下的表达 在多种细胞中，ERK1/2是对机械刺激产生应答最为突出的激酶[25]。转录因子Sp1是ERK1/2已被确认的下游靶点，其激活受ERK1/2的调控[26]，ERK1/2可于Thr453和Thr739将Sp1磷酸化[27]。Sp1可参与转录的调控，并结合于ephrinB2的启动子[28]，人类ephrinB2启动子中包含Sp1共有序列。某些细胞在受到机械应力作用时可通过Sp1转录并表达ephrinB2，如在PDLF中， Sp1参与张力介导的ephrinB2的转录[1]，而在前体内皮细胞中，切应力可通过Sp1介导ephrinB2的表达[5]。

当机械张力作用于PDLF时，整合素受体和ECM配体结合将整合素激活，引起整合素介导的FAK自身酪氨酸残基磷酸化，形成SH2结合位点，Src结合于FAK形成Src/FAK信号复合物，进一步使FAK活化并结合衔接蛋白Grb2；Grb2的2个SH3结构域与SOS分子中的富含脯氨酸序列结合，将SOS活化；活化的SOS结合Ras蛋白，促进Ras释放GDP、结合GTP；活化的Ras蛋白(Ras-GTP)可激活ERK激酶的激酶Raf，Raf活化后可将ERK的激酶MEK磷酸化从而将其激活，活化的MEK将ERK磷酸化而激活；活化的ERK可转位至细胞核内，通过磷酸化作用激活转录因子Sp1，参与对ephrinB2转录的调控，从而使PDLF对机械张力产生生物学应答，表达ephrinB2。

3 PDLF与成骨细胞通过EphB4/ephrinB2发挥促成骨作用

EphB4/ephrinB2可参与骨改建，Allan等[29]研究表明：阻断EphB4/ephrinB2的相互作用可导致钙化的抑制。Zhao等[6]以鼠为研究对象分别进行了体外和体内实验，体外实验以鼠颅骨成骨细胞为研究对象，证明了ephrinB2可通过与成骨细胞表面的EphB4发挥作用(正向信号)，显著刺激成骨细胞的分化；体内实验结果表明：成骨细胞表达的EphB4水平的增加不仅可以促进骨形成，还可以抑制骨吸收。该实验发现EphB4信号降低了RhoA的活性，这与Harmey等[30]的研究结果一致，即在鼠源性细胞中，Rho激酶信号的抑制物可刺激成骨细胞的分化。然而，在人类细胞中RhoA则有截然不同的功能，抑制RhoA的活性则抑制成骨细胞的分化[31]。RhoA活性的高低与成骨细胞分化之间的关系在鼠源性细胞和人源性细胞之间存在差异，这一物种间差异的分子基础尚不完全清楚。

在生理解剖环境中，PDLF和牙槽骨的成骨细胞相邻，允许PDLF和成骨细胞之间发生相互作用，这是2种细胞通过Eph/ephrin发生联系的先决条件。以此为基础，Diercke等[1]以来源于青少年患者的PDLF和接受第三磨牙骨切开术患者的牙槽骨组织为研究对象，通过体外实验提出正畸牙移动张力侧EphB4/ephrinB2信号可在促进成骨时发挥双重作用。一方面，牙槽骨中的成骨细胞表达的EphB4可与相邻PDLF表达的ephrinB2相互作用，从而达到促进成骨的作用；另一方面PDLF表达的EphB4也可以与邻近的PDLF表达的ephrinB2相互作用介导成骨。然而，在机械张力作用下PDLF和成骨细胞表达的EphB4/ephrinB2彼此结合后通过何种机制促进成骨基因的转录和表达尚需进一步研究。

综上所述，正畸牙移动张力侧PDLF和成骨细胞之间可通过EphB4/ephrinB2信号在成骨过程中发挥重要的作用，这为调控牙齿移动提供了新理念。通过对已知参与到信号通路中的分子进行调控或进一步探讨信号传导的分子基础可以为正畸治疗过程中牙齿位置的调控提供理论支持，但促成骨基因转录和表达的具体机制还有待进一步探讨。

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1671-587Ⅹ(2013)06-1294-04

10.7694/jldxyxb20130643

2013-03-04

国家自然科学基金资助课题(81170999)

齐慧川(1988-)，女，吉林省长春市人，在读医学硕士，主要从事口腔正畸生物学研究。

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

R783.5

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