正畸牙移動（OTM）是一個復雜的生物學過程，核心在于牙周膜干細胞（PDLSCs）的成骨分化，這是骨重塑的關鍵。PDLSCs 具備克隆擴增和多向分化能力，其核心作用是感知機械刺激并將其轉化為生化信號，進而推動牙周組織再生，最終實現正畸牙移動。

Piezo1 是機械激活通道，它在機械力或 Yoda1 作用下激活，可誘導 Ca2?內流并觸發下游鈣信號。Piezo1 不僅參與骨形成與發育調控，與骨質疏松、骨關節炎等骨疾病相關，敲低后還會抑制成骨分化、降低骨量并引發骨折；同時，其在牙周膜和牙髓 - 牙本質復合體中高表達，參與顱面生長、牙周骨重塑等多種生理過程。 已有體內研究證實 Piezo1 參與正畸牙移動過程中的牙槽骨重塑。

接下來，研究人員在對 hPDLSCs 施加周期性張力后，對 Piezo1的表達進行了檢測。結果發現，hPDLSCs 中機械敏感通道 Piezo1 的表達會上調（圖 2A-D）。6 小時和 9 小時組的 Piezo1 mRNA 表達量顯著高于對照組（圖 2C），1、3、6、9、12 小時組的 Piezo1 蛋白水平均高于對照組（圖 2B、D）。

圖 2     張力作用下 Piezo1 表達上調

接著，研究人員研究了在周期性張力作用下，hPDLSCs 的成骨相關因子表達及成骨能力。結果發現，Runx2 的 mRNA 在 1、9、12 小時組顯著升高（圖 3A），Runx2 的 蛋白在 6、9 小時組明顯增加（圖 3B、D），且施加張力后 Runx2 陽性細胞數量增多（圖 3C）。ALP染色也證實了成骨能力的增強（圖 3E）。1、3、6、9、12 小時組中 ALP 的 mRNA 、蛋白表達及ALP活性均顯著高于對照組（圖 3D-H）。這些結果表明張力可促進 hPDLSCs 的成骨分化相關過程。

圖3     張力作用下 hPDLSCs 的成骨能力增強。

隨后，研究人員探究了張力作用對 hPDLSCs 的鈣內流的影響。結果發現，經鈣敏感染料標記和共聚焦檢測顯示，Yoda1 處理后，0-12 小時組的 hPDLSCs 均出現顯著鈣內流（圖 4A），其中 3 小時組的鈣內流zuimingxian，細胞內 Ca2?濃度也最高（圖 4B）。這表明張力可能通過激活 Piezo1 通道促進了 hPDLSCs 的鈣內流。

為了進一步研究在張力作用下，鈣內流是否通過激活 CaMKII 傳遞信號，參與 hPDLSCs 的成骨分化過程，研究人員對CaMKII 的表達進行了檢測。結果發現，mRNA 層面，相較于 0 小時組，1 小時組的 CaMKII mRNA 表達顯著升高，而 6 小時組和 12 小時組則有所降低（圖 4D）。蛋白層面，其水平隨時間上升，12 小時組較 0 小時組顯著升高（圖 4C、E），且 1-9 小時組中磷酸化 CaMKII 與總 CaMKII 的比值均高于 0 小時組（圖 4F）。這些結果表明，在張力作用下，CaMKII 在 hPDLSCs 中呈現出動態的表達及激活變化。

圖4     鈣成像結果及 CaMKII 的表達。

最后，為了研究 β-catenin 和 YAP 這兩種機械敏感信號分子否參與張力誘導的 hPDLSCs 相關生物學過程，研究人員對這兩種分子的表達進行了檢測。結果發現 β-catenin 的蛋白表達在 3、6、9、12 小時組顯著高于對照組（圖 5A、C），YAP 的蛋白表達則在 9、12 小時組顯著高于對照組（圖 5B、D）。表明這兩種蛋白可能參與了張力誘導的 hPDLSCs 相關生物學過程。

圖 5    YAP 和 β-catenin 的表達水平。

總之，在這項研究中證實了張力可以促進 PDLSCs 中 Piezo1 的表達及成骨分化，還能增強鈣內流、CaMKII 的表達與磷酸化，以及 YAP 和 β- 連環蛋白的表達。Piezo1 在張力誘導的 hPDLSCs 成骨分化中發揮作用，這一發現不僅為解析 PDLSCs 成骨分化的分子機制帶來新視角，還為找到調控正畸牙移動時骨重塑的潛在治療靶點提供了方向。

參考文獻：Du Y, Zheng J, Xu B, Peng C, Yang K. Piezo1 participates in the tension-driven osteogenic differentiation of periodontal ligament stem cells. BMC Oral Health. 2025 Jul 13;25(1):1155. doi: 10.1186/s12903-025-06427-y. PMID: 40653466; PMCID: PMC12257747.

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