機械的な力を受けた歯根膜細胞は、Th17/Treg細胞の分化を調節することにより、局所的な免疫恒常性を制御している

Periodontal ligament cells under mechanical force regulate local immune homeostasis by modulating Th17/Treg cell differentiation.

抄録

研究目的:

不適切な矯正力により歯根吸収や破壊的な骨吸収がしばしば起こる。T helper 17（Th17）細胞および制御性T（Treg）細胞は、歯の移動中に骨のリモデリングに積極的に関与している可能性があることを示す証拠が存在する。我々は、in vitro と in vivo を組み合わせて、ヒト歯根膜細胞（hPDLC）が異なる矯正力およびコルチコトミー下で Th17/Treg 細胞に与える影響について検討した。

OBJECTIVES: Improper orthodontic force often causes root resorption or destructive bone resorption. There is evidence that T helper 17 (Th17) cells and regulatory T (Treg) cells may be actively involved in bone remodeling during tooth movement. In a combination of in vitro and in vivo studies, we investigated the effect of human periodontal ligament cells (hPDLCs) on Th17/Treg cells under different orthodontic forces and corticotomy.

材料および方法:

hPDLCはin vitroで培養し、異なる機械的な力を加えた。上清中のインターロイキン（IL）-6とトランスフォーミング増殖因子（TGF）-βの発現、およびhPDLCの低酸素誘導因子（HIF）-1α、Notch1、TGF-βのmRNAレベルを調査した。上清を回収し、活性化CD4T細胞と共培養し、Th17/Treg細胞の分化をフローサイトメトリーにより解析した。また、皮質切開の有無にかかわらず、歯牙移動の動物モデルを確立した。歯の移動距離，歯槽骨の高さ，歯根吸収をマイクロコンピュータトモグラフィーで解析した．インターロイキン（IL）-17A，フォークヘッドボックスP3（Foxp3），IL-6の発現を免疫組織化学的に，破骨細胞をtartrate resistant acid phosphatase（TRAP）染色で評価した．歯槽骨と歯肉におけるIL-17A、IL-6、Foxp3、IL-10、HIF-1α、ノッチ1、C-X-C motif chemokine ligand 12（CXCL12）のmRNAレベルも調査された。

MATERIAL AND METHODS: hPDLCs were cultured in vitro and subjected to different mechanical forces. The expression of interleukin (IL)-6 and transforming growth factor (TGF)-β in the supernatant and the mRNA levels of hypoxia inducible factor (HIF)-1α, Notch1, and TGF-β in hPDLCs were investigated. Supernatants were collected and co-cultured with activated CD4T cells, and the differentiation of Th17/Treg cells was analyzed by flow cytometry. We also established an animal model of tooth movement with or without corticotomy. The tooth movement distance, alveolar bone height, and root resorption were analyzed using micro-computed tomography. Expression of interleukin (IL)-17A, forkhead Box P3 (Foxp3), and IL-6 were analyzed using immunohistochemistry, while osteoclasts were evaluated by tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining. The mRNA levels of IL-17A, IL-6, Foxp3, IL-10, HIF-1α, notch1, and C-X-C motif chemokine ligand 12 (CXCL12) in alveolar bone and gingiva were investigated.

結果:

重 力は hPDLC の細胞生存率を低下させ、死亡率を増加させた。また、IL-6 の発現を改善し、TGF-β の発現を低下させ、 HIF-1α の mRNA 発現レベルを促進させた。TGF-βとNotch1のmRNAの発現量は減少し、その後増加した。重い力を加えた hPDLCs の上清は、Th17 細胞の分極を促進する。重い力が歯根吸収を引き起こし、歯槽骨の高さが減少し、IL-17A 免疫組織化学染色の陽性領域と IL-17A, IL-6, HIF-1α, Notch1 mRNA の発現を増加させた。コルチコトミーは歯の移動を促進し，Foxp3陽性細胞の割合を増加させ，Foxp3，IL-10，CXCL12 mRNAの発現をアップレギュレートした．

RESULTS: Heavy force repressed cell viability and increased the mortality rate of hPDLCs; it also improved the expression of IL-6, declined the expression of TGF-β, and promoted the mRNA expression level of HIF-1α. The expression of TGF-β and Notch1 mRNA decreased and then increased. The supernatant of hPDLCs under heavy force promotes the polarization of Th17 cells. The heavy force caused root resorption and decreased alveolar bone height and increased the positive area of IL-17A immunohistochemical staining and the expression of IL-17A, IL-6, HIF-1α, and Notch1 mRNA. Corticotomy accelerated tooth movement, increased the proportion of Foxp3-positive cells, and up-regulated the expression of Foxp3, IL-10, and CXCL12 mRNA.

結論:

矯正中の歯の移動では、大きな力によって歯根吸収や炎症性骨破壊が起こり、Th17細胞やIL-6の発現が増加すると考えられる。コルチコトミーは歯根吸収や歯周骨破壊を起こすことなく歯の移動を促進させることができるが、これにはTreg細胞の発現亢進が関係している可能性が示唆された。

CONCLUSIONS: During orthodontic tooth movement, the heavy force causes root resorption and inflammatory bone destruction, which could be associated with increased expression of Th17 cells and IL-6. Corticotomy can accelerate tooth movement without causing root resorption and periodontal bone loss, which may be related to the increased expression of Treg cells.

臨床的関連性:

総じて、本報告は、矯正歯科におけるTh17/Treg細胞の制御を介した炎症性傷害の予防について新たな視点を提供するものである。

CLINICAL RELEVANCE: Altogether, this report provides a new perspective on the prevention of inflammatory injury via the regulation of Th17/Treg cells in orthodontics.