牙周炎是一种影响牙齿支持结构的慢性炎症性疾病，是全球牙齿丧失的主要原因[1]。根据世界卫生组织的数据，全球近一半的成年人患有牙周炎。该疾病的发病机制涉及由牙菌斑生物膜引发的持续免疫炎症反应、氧化应激加剧以及组织修复机制受损[2][3]。除了导致局部口腔组织破坏外，牙周炎还与糖尿病和心血管疾病等系统性疾病密切相关，严重影响患者的生活质量[4]。
牙周组织的完整性和再生能力在很大程度上依赖于其内在的干细胞群体，其中牙周韧带干细胞（HPDLSCs）起着关键作用[5]。这些干细胞具有自我更新能力和多向分化潜能，能够分化为成骨细胞、成牙细胞、成纤维细胞等其他细胞类型，对于维持牙周组织稳态和损伤后的修复至关重要。然而，在牙周炎的慢性炎症环境中，HPDLSCs的功能显著受损。持续的炎症刺激（如细菌脂多糖（LPS）等病原体相关分子模式）会引发一系列细胞内病理变化，导致增殖能力下降、多向分化潜能减弱（尤其是成骨分化能力），最终导致细胞衰老。这种衰老是牙周组织再生失败的关键因素，使得牙周韧带断裂和牙槽骨吸收等破坏性过程持续进行，最终导致牙齿松动和丧失[6]。像牙周炎中的慢性炎症会加速HPDLSCs的衰老，损害其修复受损组织的能力[7][8]。因此，了解牙周炎中HPDLSCs衰老的机制对于开发有效的牙周组织再生治疗策略至关重要。
线粒体功能障碍是细胞衰老的关键因素，对HPDLSCs的衰老过程有显著影响[7][9]。作为细胞的“能量工厂”，线粒体的健康对于维持HPDLSCs的活力、自我更新能力和多向分化潜能至关重要。在牙周炎的慢性炎症环境中，持续的炎症刺激会引发氧化应激，导致活性氧（ROS）过量产生，这些活性氧会直接损伤线粒体，使线粒体膜电位（MMP）下降和ATP合成效率降低。这会引发线粒体来源的ROS激增，形成恶性循环，加剧氧化损伤[10][11]。此外，与年龄相关的线粒体质量控制系统的下降，特别是线粒体自噬功能的减弱，阻碍了受损线粒体的有效清除，导致其积累。这种全面的线粒体功能障碍最终会引发细胞周期停滞，上调与衰老相关的分泌表型（SASP），并显著损害HPDLSCs的成骨分化能力，从而加速牙周组织的衰老[12]。
AMP-激活的蛋白激酶（AMPK）是细胞代谢的关键调节因子，尤其是在能量压力和线粒体功能障碍的情况下[13]。AMPK是一个由催化α亚基和两个调节亚基β和γ组成的异三聚体复合物。α亚基有两种异构体，AMPKα1和AMPKα2，分别由PRKAA1和PRKAA2编码。AMPK的激活通过上游激酶（如LKB1和CaMKK2）对α亚基的磷酸化来实现[14]。这种激活可以促进线粒体生物合成，减少氧化损伤，并恢复细胞能量平衡[15]。然而，在炎症状态下，AMPK的抑制会损害线粒体的自我修复能力。由持续炎症因素驱动的慢性炎症会抑制AMPK活性。例如，LPS诱导的ROS积累和炎症细胞因子会抑制AMPK-TFAM信号通路，损害线粒体的形态和功能。靶向AMPK激活可以提供抗炎和组织修复的好处[16]。此外，AMPK激活可以促进线粒体生物合成，调节自噬以清除受损线粒体，维持动态平衡，优化线粒体功能，减少损伤，并缓解细胞衰老[17]。研究表明，在急性肺损伤中，LPS会抑制AMPK信号通路，损害线粒体的形态和功能[18]。相反，在非酒精性脂肪性肝炎等疾病中，AMPK的 pharmacological 或遗传激活具有抗炎、抗氧化和组织修复作用[19]。因此，在牙周炎中，AMPK活性降低可能是炎症、线粒体功能障碍和HPDLSCs衰老之间的关键联系[20]。
肝激酶B1（LKB1）作为主要的上下游激酶，直接磷酸化并激活AMP-激活的蛋白激酶（AMPK）。这种磷酸化事件对AMPK的激活至关重要，是细胞感知和响应能量压力的关键机制[21]。LKB1-AMPK轴在调节细胞代谢、维持线粒体功能、调控炎症反应以及控制细胞极性和生长方面起着关键作用[22]。LKB1表达或活性的失调会损害AMPK的激活，导致代谢功能障碍、氧化应激积累，并增加对各种病理状态（包括癌症、糖尿病、心血管疾病和牙周炎等炎症性疾病）的易感性[23]。因此，LKB1-AMPK信号通路是代谢和炎症性疾病的治疗关键靶点。在本实验中，我们假设α-酮戊二酸（α-KG）可能通过调节LKB1来调控AMPK的磷酸化。
α-酮戊二酸（α-KG）是三羧酸（TCA）循环中的关键中间产物，最近因其潜在的缓解线粒体功能障碍和细胞衰老的作用而受到关注[24]。研究表明，它能够支持线粒体功能，减少氧化应激，并促进细胞年轻化[25][26]。研究指出，α-KG可以通过恢复线粒体功能和代谢平衡来增强骨髓间充质干细胞（BMSCs）的增殖和修复能力[27]。然而，牙周炎患者龈沟液中的α-KG水平较低[28]。此外，α-KG被认为可以影响关键的衰老相关通路，包括调节AMPK信号通路[29]。研究表明，α-KG在癌细胞对能量压力的代谢适应中发挥作用，通过维持TET-YBX1依赖的AMPK翻译[14]。最近的研究强调了α-KG在缓解细胞衰老和改善多种细胞类型线粒体健康方面的益处[30][32]。我们的研究重点在于靶向补充α-KG是否能够改善牙周炎中HPDLSCs的衰老和成骨障碍。
本研究旨在探索α-KG在缓解LKB1-AMPK介导的线粒体功能障碍和改善牙周炎引起的炎症状态下HPDLSCs衰老方面的治疗潜力。我们重点关注α-KG对HPDLSCs的线粒体功能、氧化应激和细胞衰老的影响，旨在提供一种新的策略来增强炎症条件下的牙周组织再生。
