ヒト歯肉間葉系幹細胞/前駆細胞に対する高気圧酸素と炎症の影響

Effect of Hyperbaric Oxygen and Inflammation on Human Gingival Mesenchymal Stem/Progenitor Cells.

抄録

本研究では、歯肉間葉系幹細胞（G-MSCs）の遺伝子発現プロファイル、細胞内経路の活性化、多能性、および分化能に対する高気圧酸素（HBO）の影響を、実験的炎症セットアップ下で初めて探索した。G-MSCsは健常人5人（＝5）から単離され、特性解析が行われた。実験的炎症性［IL-1β（1ng/mL）/TNF-α（10ng/mL）/IFN-γ（100ng/mL）］および非炎症性微小環境下で、単一（24時間）または二重（72時間）HBO刺激（100％O2、3bar、90分）を行った。次世代シーケンシングとKEGGパスウェイ濃縮解析により、G-MSCsの多能性遺伝子発現、Wnt-/β-カテニン経路活性化、増殖、コロニー形成、分化を調べた。G-MSCsは間葉系幹細胞／前駆細胞の特徴をすべて示した。1回のHBO刺激による有益な効果は明らかで、抗炎症作用、分化誘導（, , ）、増殖/細胞生存（, , , ）、遊走（）、骨形成分化（< 0.05）を示した。72時間後の2回目のHBO刺激は有害な影響を及ぼし、炎症誘発性の細胞ストレスと活性酸素の蓄積を有意に増加させ、増幅と経路の濃縮を引き起こした（< 0.05）。この結果は、G-MSCsに対する短期間の単回HBOによる抗炎症、再生、分化刺激効果を概説するものである。2回目（72時間）の刺激は、同じ性質に対して有害である。今回の結果は、G-MSCsを介した歯周病修復/再生メカニズムにおける短期間のHBO誘導の臨床応用に新たな展望を開く可能性がある。

The present study explores for the first time the effect of hyperbaric oxygen (HBO) on gingival mesenchymal stem cells' (G-MSCs) gene expression profile, intracellular pathway activation, pluripotency, and differentiation potential under an experimental inflammatory setup. G-MSCs were isolated from five healthy individuals ( = 5) and characterized. Single (24 h) or double (72 h) HBO stimulation (100% O2, 3 bar, 90 min) was performed under experimental inflammatory [IL-1β (1 ng/mL)/TNF-α (10 ng/mL)/IFN-γ (100 ng/mL)] and non-inflammatory micro-environment. Next Generation Sequencing and KEGG pathway enrichment analysis, G-MSCs' pluripotency gene expression, Wnt-/β-catenin pathway activation, proliferation, colony formation, and differentiation were investigated. G-MSCs demonstrated all mesenchymal stem/progenitor cells' characteristics. The beneficial effect of a single HBO stimulation was evident, with anti-inflammatory effects and induction of differentiation (, , ), proliferation/cell survival (, , , , ), migration () and osteogenic differentiation ( < 0.05). A second HBO stimulation at 72 h had a detrimental effect, significantly increasing the inflammation-induced cellular stress and ROS accumulation through , , and amplification and pathway enrichment ( < 0.05). Results outline a positive short-term single HBO anti-inflammatory, regenerative, and differentiation stimulatory effect on G-MSCs. A second (72 h) stimulation is detrimental to the same properties. The current results could open new perspectives in the clinical application of short-termed HBO induction in G-MSCs-mediated periodontal reparative/regenerative mechanisms.