健康な歯根膜と歯周炎におけるセメント芽細胞の分化に幹細胞が貢献している

Stem cell contributions to cementoblast differentiation in healthy periodontal ligament and periodontitis.

• Jing Zhao
• Louis Faure
• Igor Adameyko
• Paul T Sharpe

抄録

細菌感染や炎症の結果として組織の接着が失われることは、歯周炎の治療の主なターゲットとなります。セメント芽細胞は、軟らかい歯周組織を歯と歯をつなぐミネラル化された組織であるセメンタムを作り出す細胞であり、疾患後に組織の接着を維持・回復するための重要な細胞である。ここでは、異なる時期にセメント芽細胞の分化に寄与する2つの異なる幹細胞集団を同定した。生後の発生期には、CD90を発現する血管周囲由来細胞とAxin2を発現する血管周囲関連細胞からセメント芽細胞が形成される。成人の恒常性維持期には、Wnt応答性のAxin2+細胞のみがセメント芽細胞を形成するが、実験的に歯周病を誘発すると、CD90+細胞がセメント芽細胞の主な供給源となる。このようにして、我々は、異なる個体群の常駐幹細胞が、異なる時期や疾患時に動員され、セメント芽細胞の分化の前駆体を生成していることを示し、新しい治療アプローチのための常駐細胞の標的となる細胞についての洞察を提供している。しかし、これらの幹細胞からセメント芽細胞への分化は、リポ多糖類（LPS）などの細菌性物質によって阻害されており、歯根膜軟部組織の再生と癒着の回復には多方面からのアプローチが必要であることを強調している。この原稿では、歯根膜においてセメント芽細胞に分化することができる2つの異なる幹細胞集団を同定した。発生段階では、Axin2+細胞集団とCD90+細胞集団の両方がセメント芽細胞を形成するが、成人の恒常性維持期ではAxin2+細胞集団のみがセメント芽細胞を形成し続ける。しかし、成人では通常は休止状態にあるCD90+細胞は歯周病時に反応してセメント芽細胞を形成することができるが、この幹細胞再生能力は細菌の代謝物によって阻害されている。これらの結果は、歯周病後の組織を回復させるための治療法として、外因性細胞の使用と常駐細胞の動員の両方に大きな意味を持っています。

Loss of tissue attachment as a consequence of bacterial infection and inflammation represents the main therapeutic target for the treatment of periodontitis. Cementoblasts, the cells that produce the mineralised tissue, cementum, that is responsible for connecting the soft periodontal tissue to the tooth, are a key cell type for maintaining/restoring tissue attachment following disease. Here we identify two distinct stem cell populations that contribute to cementoblast differentiation at different times. During postnatal development, cementoblasts are formed from perivascular-derived cells expressing CD90 and perivascular-associated cells that express Axin2. During adult homeostasis, only Wnt-responsive Axin2+ cells form cementoblasts but following experimental induction of periodontal disease, CD90+ cells become the main source of cementoblasts. We thus show that different populations resident stem cells are mobilised at different times and during disease to generate precursors for cementoblast differentiation and thus provide an insight into the targeting cells resident cells for novel therapeutic approaches. The differentiation of these stem cells into cementoblasts is however inhibited by bacterial products such as Lipopolysaccharides (LPS), emphasising that regeneration of periodontal ligament (PDL) soft tissue and restoration of attachment will require a multi-pronged approach. © AlphaMed Press 2020 SIGNIFICANCE STATEMENT: In this manuscript, we identified two different stem cell populations that are able to differentiate to cementoblasts in the periodontium. At development stages, both Axin2+ and CD90+ cell populations can give rise to cementoblasts whereas in adult homeostasis, only Axin2+ cell population continue to form cementoblasts. However, the CD90+ cells that normally remain in a quiescent state in adults, can respond during periodontal disease and form cementoblasts, but this stem cell regenerative ability is inhibited by bacterial metabolites. These results have profound implications for the both the use of exogenous cells and mobilization of resident cells as therapies to restore tissue following periodontal disease.

- 2020 The Authors. STEM CELLS published by Wiley Periodicals LLC on behalf of AlphaMed Press.