β受体阻滞剂对正畸大鼠模型骨硬化蛋白和RANKL表达及牙齿移动的影响

JEONG YUNHO 赵志河

[摘要]目的：通過大鼠正畸牙移动模型研究β-肾上腺素受体（β-adrenergic receptor，β-AR）阻滞剂对骨硬化蛋白（Sclerostin，SOST）和核因子κB受体活化因子配体（Receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand，RANKL）的调控机制，以及对正畸牙移动的影响。方法：32只8周龄雄性Sprague-Dawley大鼠按照随机数字表法分为β1-AR阻滞剂组（阿替洛尔）、β2-AR阻滞剂组（布托沙明）、非选择性β-AR阻滞剂组（普萘洛尔）和对照组（生理盐水），每组8只。按体重每日灌胃给予相应药物或生理盐水，建立大鼠正畸牙移动模型并于4周后处死大鼠。通过游标卡尺测量牙移动距离，免疫组织化学染色观察张力侧和压力侧SOST和RANKL的表达情况并进行定量分析。结果：β-AR阻滞剂组大鼠的牙齿移动距离显著低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。各组张力侧SOST和RANKL阳性细胞比例比较差异无统计学意义（P>0.05）。压力侧SOST和RANKL阳性细胞比例均为β-AR阻滞剂组低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。结论：β-AR阻滞剂可减少正畸牙移动过程中压力侧SOST和RANKL的表达，并减小牙移动距离。

[关键词]正畸牙移动;β-肾上腺素受体;骨硬化蛋白;核因子κB受体活化因子配体

[中图分类号]R783.5    [文献标志码]A    [文章编号]1008-6455（2021）06-0107-03

Effects of β-blockers on the Expression of Sclerostin， RANKL and Tooth Movement in Orthodontic Rats

JEONG YUNHO，ZHAO Zhi-he

（Department of Orthodontics，West China Stomatological Hospital，Sichuan University，Chengdu 610041，Sichuan，China）

Abstract： Objective  To explore the mechanism of β-adrenergic receptor blocker on sclerostin（SOST） and receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand（RANKL）， and its effect on orthodontic tooth movement by orthodontic tooth movement model in rats. Methods  32 8-week-old male Sprague-Dawley rats were randomly divided into the β1-AR blocker group （atenolol）， the β2-AR blocker group （butoxamine）， the non-selective β-AR blocker group （propranolol） and the control group （physiological saline solution）. Eight rats in each group were given blockers or physiological saline solution daily according to their body weight by intragastric administration. The model of orthodontic tooth movement was established and rats were killed 4 weeks later. The distance of tooth movement was measured by Vernier caliper， and the expression of SOST and RANKL on tension side and compression side were analysised by immunohistochemical staining. Results  The distance of tooth movement in the β-AR blocker groups was significantly lower than that in the control group， the differences were statistically significant （P<0.05）. There was no significant difference in the proportion of SOST and RANKL positive cells on the tension side among the four groups（P>0.05）. But the β-AR blocker groups had significant lower proportion of SOST and RANKL positive cells on the compression side（P<0.05）. Conclusion  β-AR blockers can reduce the expression of SOST and RANKL on the compression side and reduce the distance of tooth movement during orthodontic tooth movement.

Key words： orthodontic tooth movement; β-adrenergic receptor; sclerostin （SOST）; receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand （RANKL）

随着社会的不断发展，人们对牙齿的美观及咬合功能的追求不断提高，越来越多的人选择通过正畸治疗来满足自己的需求。正畸治疗是在外力的作用下促进压力侧牙槽骨吸收和张力侧牙槽骨形成，完成牙齿移动的过程[1-2]。当牙齿在应力的刺激下，使牙槽骨周围骨硬化蛋白（Sclerostin，SOST）的分泌和核因子κB受体活化因子配体（Receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand，RANKL）的表达增加，从而起到了抑制成骨细胞骨形成和破骨细胞骨吸收的作用[3]。同时相关研究发现在正畸治疗中，通过激活β-肾上腺素受体（β-adrenergic receptor，β-AR）使交感神经系统兴奋，能够增加骨代谢周转率，促进牙齿的移动[4-5]，而β-AR阻滞剂可以降低因β-AR激活而导致的骨细胞RANKL/骨保护素比率增加[6-7]。然而，关于β-AR阻滞剂在体内如何通过RANKL和SOST影响牙齿移动的作用机制尚不完全清楚。本研究通过大鼠正畸牙移动模型，探讨β-AR阻滞剂对RANKL和SOST的调控作用，以及对牙移动的影响。

1  材料和方法

1.1 实验动物和分组：32只8周龄雄性Sprague-Dawley大鼠按照随机数字表法分为4组，包括：β1-AR阻滞剂组（阿替洛尔，0.1mg/kg）、β2-AR阻滞剂组（布托沙明，1mg/kg），非选择性β-AR阻滞剂组（普萘洛尔，1mg/kg）和对照组（生理盐水，1ml/kg），每组8只，每日灌胃给予相应β-AR阻滞剂或生理盐水。大鼠在实验前均适应性饲养1周，正常饮食饮水和昼夜节律。所有动物实验均经医院动物关爱委员会批准后实施。

1.2 大鼠正畸牙移动模型：4组大鼠均构建正畸牙移动模型：按照100mg/kg的剂量腹腔注射戊巴比妥对大鼠进行麻醉，使用直径0.20mm的正畸结扎丝（杭州奥索医疗器械有限公司）将镍钛拉簧（杭州奥索医疗器械有限公司）结扎于右侧上颌第一磨牙与两切牙之间，固定在上颌中切牙已备好的浅凹上，树脂粘接固位，加力50g，近中移动上颌第一磨牙。每日给药前检查装置是否完好，遇有脱落或损坏等情况立即重新安装，于正畸牙移动模型构建成功4周后处死大鼠。

1.3 牙移动距离测量：所有大鼠均在右侧构建正畸牙移动，取大鼠上颌左右侧第一、二磨牙及周围牙周组织，用电子游标卡尺（爱瑞德）测量双侧第一磨牙近中颊沟点与第二磨牙近中颊沟点间的距离，牙移动距离=右侧测量距离-左侧测量距离，单位：mm。

1.4 RANKL和SOST阳性细胞比例测量：牙槽骨组织标本用4%多聚甲醛固定，24h后取出，使用20%乙二胺四乙酸（pH7.4）常温脱钙3周，石蜡包埋后进行3?m横向连续切片，分别使用SOST和RANKL抗体（均购自赛默飞世尔科技）进行免疫组织化学染色。随机选取3张染色较好的切片，每张切片随机选取4个200×视野，取3组数据的平均值，使用Image J软件计算压力侧和张力侧SOST和RANKL阳性细胞比例。

1.5 统计学分析：所有数据使用SPSS 22.0软件进行分析，计量资料均数±标准差（x?±s）表示，两组间比较采用t检验，多组间比较采用单因素方差分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1 各组大鼠体重比较：实验开始时各组大鼠体重比较差异无统计学意义（P>0.05）;到实验结束时各组大鼠的体重均显著增长，差异有统计学意义（P<0.05）;各组间体重比较差异无统计学意义（P>0.05）。见图1。

2.2 各组大鼠牙齿移动距离比较：β-AR阻滞剂能显著减少牙齿移动距离，使用不同β-AR阻滞剂牙齿移动距离明显低于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05），见图2。

2.3 各组RANKL阳性细胞比例比较：RANKL阳性细胞比例在各组间张力侧比较差异无统计学意义（P>0.05）;而压力侧均显著升高，差异有统计学意义（P<0.05）。β-AR阻滞剂可显著降低压力侧RANKL阳性细胞比例，与对照组比较差异均有统计学意义（P<0.05）。见表1。

2.4 各组SOST阳性细胞比例比较：SOST阳性细胞比例在各组间张力侧比较差异无统计学意义（P>0.05），而压力侧均显著升高，差异有统计学意义（P<0.05）。β-AR阻滞剂可显著降低压力侧SOST阳性细胞比例，与对照组比较差异均有统计学意义（P<0.05）。见表2。

3  讨论

成骨细胞和破骨细胞中广泛分布着β-AR，是交感神经系统对骨代谢发挥调节作用的重要媒介，研究已证实，交感神经兴奋可以促进骨吸收，减少骨形成[8]。而随着现代生活和工作节奏越来越快，人们普遍承受较大压力，并且精神容易处于紧张状态，精神紧张也会使交感神经长期处于兴奋状态，而这类人群在接受正畸治療时，发生严重牙根吸收和骨体积减少的风险也更高。因此，研究β-AR阻滞剂对正畸牙移动的调控作用及其机制，对于规范正畸治疗，预防牙根吸收等并发症具有重要意义。

本研究通过比较四组大鼠牙齿移动情况，结果显示β1-AR阻滞剂阿替洛尔和β2-AR阻滞剂布托沙明，以及非选择性β-AR阻滞剂普萘洛尔可显著减少正畸大鼠模型的牙齿移动，分析原因为骨和骨膜上有丰富的交感神经分布，交感神经可通过突触发挥直接调控作用，也可以通过体液调节调控骨改建。其中成骨细胞和破骨细胞是交感神经调节骨改建的重要媒介，其表面上存在相关神经肽受体和肾上腺素受体，这些受体激活或抑制改变成骨细胞和破骨细胞生理活动，影响成骨过程和破骨过程[9]，因此使用β-AR阻滞剂能够阻断交感神经信号，抑制破骨细胞生成，从而缩短牙齿移动距离。本研究结果与Uchibori等[5]研究结果一致。

与对照组相比，所有使用β-AR阻滞剂的大鼠都显著下调了压力侧RANKL和SOST的表达，提示β-AR阻滞剂能够降低RANKL和SOST的表达，分析原因为RANKL在骨细胞中的表达水平高于成骨细胞，且在机械应力作用下其表达上调，同时体外实验证实β-AR阻滞剂可以抑制骨细胞中RANKL的表达[6-7]，而β-AR阻滞剂主要与交感神经系统-β肾上腺素受体-RANKL信号轴上的β肾上腺素受体结合，抑制信号传导，进而抑制RANKL的表达，从而使得大鼠体内RANKL的表达下降。SOST是骨重塑过程中非常重要的负性调控蛋白，其作用机制主要是通过与Wnt蛋白竞争性结合辅助受体LRP5/6促进β-catenin磷酸化，降低胞内β-catenin水平，下调相应靶基因，抑制成骨细胞分化及活性，从而抑制OPG、提高RANKL的表达，降低成骨速度，促进破骨细胞成熟，导致骨质流失[10-11]，而β-AR阻滞剂主要通过交感神经系统作用于成骨细胞表面，使得成骨细胞分泌的SOST量减少，另一方面是在牙齿正畸过程中，牙周膜细胞首先感受机械刺激，将外界力学物理信号转导为化学信号，使得牙槽骨细胞生物学活性发生一系列反应，导致成骨细胞分泌的SOST量减少[12-13]。本研究结果与Odagaki等[14]研究结果相符。

由于布托沙明等β-AR阻滞剂对骨代谢的调控作用具有一定的剂量依赖性，特别是在自发交感神经兴奋高血压患者中，而在正畸牙移动模型中β-AR阻滞剂对骨代谢的调控是否同样具有剂量依赖关系，本研究并未进行探讨。为准确掌握β-AR阻滞剂对RANKL和SOST的调控作用，在将来的研究中应考虑探讨不同类型、不同浓度的β-AR阻滞剂在正畸牙移动中的调控作用。

综上所述，β-AR阻滞剂可以通过下调骨细胞中RANKL和SOST的表达调节正畸过程中的骨代谢，减少牙齿移动。

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[收稿日期]2020-07-09

本文引用格式：JEONG YUNHO，赵志河.β受体阻滞剂对正畸大鼠模型骨硬化蛋白和RANKL表达及牙齿移动的影响[J].中国美容医学，2021，30（6）：107-109.