ヒト歯根膜細胞に対する緊張感の影響。Systematic Review and Network Analysis

Effect of Tension on Human Periodontal Ligament Cells: Systematic Review and Network Analysis.

抄録

歯の矯正は、機械的な刺激に反応して歯の周囲の組織をリモデリングすることで行われる。この過程において、ヒト歯根膜細胞（hPDLC）はメカノセンシングとメカノトランスダクションに中心的な役割を果たしている。hPDLCに対する張力の影響を調べるために、様々なモデルが導入されている。これらのモデルは、張力が関連する遺伝子、タンパク質、および代謝物にどのように影響するかについての貴重な知識を提供している。しかし、これまでにこれらの知見をまとめたシステマティックレビューは行われていない。このシステマティックレビューの目的は、hPDLCへの張力適用を報告したすべての関連研究を特定し、大きさ、頻度、持続時間を含む力のパラメータに関する知見をまとめることである。また、遺伝子、タンパク質、代謝物の発現データを抽出し、まとめた。研究の偏りのリスクは、それぞれの研究に合わせたリスク・オブ・バイアス・ツールを用いて評価した。シグナル伝達経路は、STRINGおよびGeneAnalyticsを用いたタンパク質-タンパク質相互作用（PPI）ネットワークにより同定しました。その結果、Flexcell Strain Unitをはじめとするシリコンプレートや弾性膜を用いた装置が主に採用された。動的な等軸性張力と単軸性張力には，それぞれ0.1Hzと0.5Hzの周波数が主に適用されました。倍率は，動的張力では10％と12％，静的張力では2.5％が主に採用された。最もよく調べられた10種類の遺伝子、タンパク質、代謝物は、主に骨形成、破骨細胞形成、炎症に関与していた。また、遺伝子セットの濃縮解析やPPIネットワークにより、関与するシグナル伝達経路をより深く理解することができた。この総説は、この分野の膨大な知識を簡潔にまとめたものであり、このテーマに関する今後の研究への示唆を与えるものである。

Orthodontic tooth movement is based on the remodeling of tooth-surrounding tissues in response to mechanical stimuli. During this process, human periodontal ligament cells (hPDLCs) play a central role in mechanosensing and mechanotransduction. Various models have been introduced to investigate the effect of tension on hPDLCs. They provide a valuable body of knowledge on how tension influences relevant genes, proteins, and metabolites. However, no systematic review summarizing these findings has been conducted so far. Aim of this systematic review was to identify all related studies reporting tension application on hPDLCs and summarize their findings regarding force parameters, including magnitude, frequency and duration. Expression data of genes, proteins, and metabolites was extracted and summarized. Studies' risk of bias was assessed using tailored risk of bias tools. Signaling pathways were identified by protein-protein interaction (PPI) networks using STRING and GeneAnalytics. According to our results, Flexcell Strain Unit and other silicone-plate or elastic membrane-based apparatuses were mainly adopted. Frequencies of 0.1 and 0.5 Hz were predominantly applied for dynamic equibiaxial and uniaxial tension, respectively. Magnitudes of 10 and 12% were mostly employed for dynamic tension and 2.5% for static tension. The 10 most commonly investigated genes, proteins and metabolites identified, were mainly involved in osteogenesis, osteoclastogenesis or inflammation. Gene-set enrichment analysis and PPI networks gave deeper insight into the involved signaling pathways. This review represents a brief summary of the massive body of knowledge in this field, and will also provide suggestions for future researches on this topic.