武汉同济医院给出牙周骨损伤新机制解析:高脂血症、铁死亡与 NRF2 信号轴
- 2026-09-27 14:47:03
导读
本研究基于高脂血症会加重牙周炎及牙槽骨吸收、氧化应激与铁死亡参与代谢性疾病损伤的背景，先构建高脂饮食小鼠模型与游离脂肪酸诱导的人牙周膜干细胞体外脂毒性模型，验证高脂环境会抑制牙周膜干细胞成骨分化、诱发铁死亡与线粒体损伤；进而通过转录组、分子互作等实验挖掘调控通路，明确游离脂肪酸激活 GSK3β，介导 β-TrCP 驱动 NRF2 发生不依赖 KEAP1 的泛素化降解，下调 GPX4、SLC7A11 等抗氧化蛋白，引发脂质过氧化与铁死亡；再利用铁死亡抑制剂、NRF2 激活剂、GSK3β 抑制剂开展体内外回补实验，最终证实阻断该通路可恢复干细胞成骨能力、减轻小鼠牙槽骨破坏，确立GSK3β-NRF2 - 铁死亡是高脂血症加重牙周骨丢失的核心通路。
注：该文章发表于《Advanced Science》，最新影响因子为14.1，位列JCR和中科院分区Q1/1区。
牙周炎是高发慢性炎症疾病，代谢综合征尤其是高脂血症，会显著提升牙周炎患病率与严重程度，二者关联已被学界公认，氧化应激是两大疾病共同的核心病理机制。牙周膜干细胞（PDLSCs）是维持牙周稳态、牙槽骨重塑的关键细胞，其成骨功能受损是牙槽骨吸收的重要诱因。铁死亡作为铁依赖的程序性细胞死亡，以脂质过氧化、活性氧蓄积为特征，与脂质代谢紊乱密切相关，已在多种代谢性疾病中被证实发挥作用。目前已知高脂血症会加剧牙周组织氧化损伤，但高脂代谢紊乱是否通过调控 PDLSCs 铁死亡影响牙槽骨稳态，具体分子调控通路尚不明确。基于此，本研究围绕高脂血症、PDLSCs 铁死亡与牙周骨丢失三者的关联展开探索，填补该领域机制空白。
整体结合体内动物实验与体外细胞实验开展研究。动物层面：采用 C57BL/6J 小鼠构建高脂饮食高脂血症模型、丝线结扎诱导牙周炎复合模型，分组给予铁死亡抑制剂 Fer-1、GSK3β 抑制剂 SB216763 局部干预；通过血清生化、Micro-CT、HE / 马松染色、免疫组化、免疫荧光检测血脂、牙槽骨结构、牙周组织形态及蛋白表达。细胞层面：分离培养人牙周膜干细胞，用游离脂肪酸构建体外脂毒性模型，联合 Fer-1、NRF2 激活剂 tBHQ、SB216763 及 β-TrCP siRNA 进行干预；运用 CCK-8、qRT-PCR、Western blot、转录组测序、Co-IP、泛素化检测、ROS / 铁离子 / 线粒体膜电位检测、成骨染色等技术，分析细胞活力、基因蛋白表达、分子互作及细胞功能变化。
高脂饮食小鼠出现血脂异常，牙槽骨骨密度、骨体积分数下降，骨小梁结构紊乱，牙周膜干细胞成骨标志物表达降低，同时牙周组织铁死亡标志物异常表达、铁离子与 ROS 蓄积。体外游离脂肪酸处理可诱导牙周膜干细胞铁死亡，线粒体结构与功能受损，成骨分化能力显著下降。机制上，高脂环境上调 GSK3β 与 β-TrCP，促进 NRF2 发生 KEAP1 非依赖型泛素化降解，致使 GPX4、SLC7A11 等抗氧化蛋白下调，加剧脂质过氧化。使用 Fer-1、tBHQ 或 SB216763 干预后，可稳定 NRF2 表达、逆转铁死亡表型，恢复干细胞成骨功能。动物实验证实，局部抑制 GSK3β 或铁死亡，能显著改善高脂血症合并牙周炎小鼠的牙槽骨破坏与牙周组织损伤。
图 1：该图证实高脂饮食构建的高脂血症小鼠血脂紊乱，牙槽骨骨密度、骨小梁厚度下降，骨间隙增大；牙周膜结构紊乱、胶原减少，牙周膜干细胞成骨标志物 RUNX2、ALPL、OCN 表达显著降低，证明高脂会抑制干细胞成骨能力、破坏牙槽骨。
图 2：此图显示高脂小鼠牙周组织中铁死亡标志物 GPX4、SLC7A11 表达下调，铁离子、活性氧大量蓄积；结合干细胞标志物共染结果，明确高脂环境可在牙周膜干细胞中激活铁死亡通路，诱发脂质过氧化与氧化应激损伤。
图 3：游离脂肪酸处理人牙周膜干细胞后，铁死亡相关蛋白表达异常，抗氧化物质减少、铁离子与脂质过氧化物增多，线粒体结构和功能受损；使用铁死亡抑制剂 Fer-1 可显著逆转上述损伤，证实游离脂肪酸可诱导干细胞发生铁死亡。
图 4：体外实验表明 Fer-1 可恢复游离脂肪酸抑制的干细胞成骨能力；动物实验显示，高脂合并牙周炎小鼠牙槽骨吸收更严重，局部使用 Fer-1 能减轻骨破坏、提升干细胞成骨功能，说明铁死亡是高脂加重牙周骨丢失的关键环节。
图 5：转录组及分子实验发现，脂毒性环境下 GSK3β、β-TrCP 上调，NRF2 及其下游蛋白下降，且该过程不依赖 KEAP1；动物组织与细胞共染、互作实验验证 GSK3β 可结合 NRF2，介导其降解，扰乱 GSK3β/NRF2 信号轴。
图 6：采用 NRF2 激活剂 tBHQ 干预后，游离脂肪酸造成的氧化应激、铁离子蓄积、线粒体损伤均得到缓解，铁死亡被抑制，同时牙周膜干细胞的成骨分化能力得以恢复，证明 NRF2 是调控干细胞铁死亡与成骨功能的核心分子。
图 7：GSK3β 抑制剂 SB216763 可降低 GSK3β 表达，减少 β-TrCP 介导的 NRF2 泛素化降解，恢复抗氧化蛋白水平，改善氧化损伤与铁死亡表型，同时修复干细胞成骨功能，明确 GSK3β 通过调控 NRF2 驱动干细胞铁死亡。
图 8：体内动物实验证实，局部应用 SB216763 可下调牙周组织 GSK3β、稳定 NRF2，恢复 GPX4 表达与胶原沉积，减轻活性氧堆积，显著改善高脂合并牙周炎小鼠的牙槽骨吸收，靶向该通路可有效缓解牙周损伤。
高脂血症会通过激活 GSK3β 信号，促进 β-TrCP 介导的 NRF2 泛素化降解，削弱牙周膜干细胞的抗氧化能力，诱发细胞铁死亡并抑制其成骨分化，最终加重牙槽骨吸收与牙周组织破坏。GSK3β-NRF2 - 铁死亡通路是连接高脂血症与牙周骨损伤的关键分子轴。靶向抑制 GSK3β 或铁死亡、激活 NRF2，可有效恢复牙周膜干细胞功能，缓解高脂相关牙周病变。该研究揭示了代谢紊乱影响牙周疾病的新机制，为高脂血症合并牙周炎的临床干预提供了可靠的靶点与实验依据。
本研究仅聚焦单一 GSK3β-NRF2 通路，未完全模拟牙周炎复杂炎症微环境，动物及细胞模型难以完全复刻人体慢性高脂血症。后续需结合临床样本验证通路表达特征，探究 GSK3β 上游激活信号，同时评估靶向药物对已形成的牙周骨缺损的修复效果，探索联合用药方案。
文章来源： Zhang Y, Wang X, Wu Y, Liu L, Nuerlan G, Ozathaley A, Zhang X, Wang J, Yang B, Mao J, Liu Y, Gong S. Hyperlipidemia Aggravates Alveolar Bone Loss via Periodontal Ligament Stem Cell Ferroptosis Through GSK3β Dependent Ubiquitin-Mediated NRF2 Degradation. Adv Sci (Weinh). 2026 Apr 7:e75157. doi: 10.1002/advs.75157. Epub ahead of print. PMID: 41945797.
国家杰青：博士课题设计专家答疑，如何从亚专业中选取更适合的方向
国自然面上：医学国自然面上项目专家答疑实况，解决申请过程中的任何问题
省自然申请：医学省自然申请答疑，立项的关键条件是哪一些？从哪些方向可以杀出重围
国家科技重大专项：国家科技重大专项，专家一对一指导方案设计实录
临床型博士：临床型博士如何准备国青标书？没有预实验怎么办？专家一对一解答规划
技术精讲 & 真实案例
