一种口腔正畸时辰施力生物标志物及其应用

摘要

本发明提供了一种口腔正畸时辰施力生物标志物及其应用，属于生物与医药技术领域。本发明根据颅颌面组织生理活动存在昼夜节律变化规律提出了一种全新的口腔正畸时辰治疗方法，筛选出临床上能够指示正畸患者个性化最佳施力时间的标志物Ccl2，在不同患者该标志物表达高峰值的时间点施加正畸力，帮助口腔医生更科学、合理地安排患者的正畸施力计划，以缩短正畸疗程，减轻伴发的不良并发症，辅助构建一种高效、健康的新型矫治模式，从而实现个性化精准治疗，引领口腔正畸学的技术革新。

说明书

技术领域

本发明属于生物与医药技术领域，尤其涉及一种口腔正畸时辰施力生物标志物及其应用。

背景技术

近年来，我国口腔错颌畸形的发病率逐年上升，严重影响着患者的口颌功能和身心健康。随着医疗技术的发展和患者需求的提高，我国正畸市场高速增长，2020年我国正畸病例达到310万例，正畸市场规模达到79亿美元。然而，目前的正畸治疗方案仍存在很多不足，如矫治疗程较长、牙齿移动速率较慢，易伴发牙根吸收、牙齿松动等问题，常常造成患者的不适和困扰。

市面上现有的正畸加速方法多采用各类正畸加速器装置，但由于使用过程中异物感明显、佩戴方法复杂等，常常出现患者依从性较低，牙齿移动加速效果不明显等问题，故而尚未得到有效推广应用。因此，优化牙颌面畸形矫治施力策略、实现错颌畸形的健康高效矫治是促进口腔正畸技术再次质变的关键，是口腔正畸学领域亟待解决的难点和热点问题。

颅颌面组织的生理活动呈现出昼夜节律变化规律，研究报道，在模式大鼠实验中，光照期和黑暗期施力对骨改建的影响不同。时辰治疗的策略虽已在外科手术、内科给药等方面有所应用，但较少应用于口腔正畸领域。

生物标志物(Biomarker)是一种可衡量生理活动发展的指标，目前在疾病早期诊断、疾病预防等领域使用较多，但暂未有生物标志物应用在口腔正畸施力领域的相关研究和报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种口腔正畸时辰施力生物标志物及其应用。由于颅颌面组织生理活动呈现出昼夜节律变化规律，本发明提出了一种全新的口腔正畸时辰治疗策略，筛选出临床上能够指示正畸患者最佳施力时间的标志物——Ccl2，根据不同患者Ccl2表达的变化规律，确定不同患者的个性化最适施力时间，在该标志物表达高峰值所在的时间点施加正畸力，从而加速正畸牙移动，缩短正畸疗程，并减轻不良并发症，实现口腔正畸个性化精准治疗。本发明能够帮助医生更科学、合理地安排患者的正畸加力计划，构建了一种高效、健康的新型矫治模式，引领口腔正畸学的技术革新。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供了一种口腔正畸时辰施力生物标志物，所述生物标志物为炎症趋化因子Ccl2。

本发明还提供了一种用于确定口腔正畸最佳施力时间的试剂盒，所述试剂盒包括检测Ccl2表达量的试剂。

本发明还提供了一种所述口腔正畸时辰施力生物标志物在制备口腔正畸试剂盒中的应用。

本发明还提供了一种所述口腔正畸时辰施力生物标志物基因在制备口腔正畸试剂盒中的应用。

本发明还提供了一种所述口腔正畸时辰施力生物标志物基因在作为口腔正畸试剂盒药物靶标中的应用。

所述Ccl2基因序列的GenBank编号为Gene ID:6347。

优选的，具体应用步骤如下：步骤1)按时间点收集患者牙周脱落细胞并提取RNA；步骤2)检测多时间点Ccl2表达量；步骤3)确定不同患者Ccl2表达峰值所在的时间点，在Ccl2表达峰值的时间点施加正畸力。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明首次提出了使用Ccl2作为标志物在口腔正畸领域的新应用。通过在牙周膜组织Ccl2表达峰值的时间点施加正畸力，指导正畸矫治工作，加速颌骨改建及正畸牙移动，缩短正畸疗程。同时根据不同患者Ccl2表达变化趋势，确定个性化正畸最适施力时间，从而成功构建了一种便捷高效、安全新型的正畸矫治新模式，实现了个性化精准治疗。

附图说明

图1是实施例2中大鼠牙周膜组织通过余弦分析得出的具有昼夜节律表达模式的基因的热图；

图2是实施例2中正常光照环境下大鼠牙周膜组织Ccl2的昼夜节律震荡图以及RNA-seq与qRT-PCR分析得出的大鼠牙周膜组织中Ccl2 mRNA水平变化；

图3是实施例3中不同时间点施加正畸力后大鼠牙周膜组织中Ccl2的表达变化情况；

图4是实施例3中正常光照环境下，不同时间点施力后大鼠上颌第一磨牙Micro-CT图像；

图5是实施例3中大鼠上颌第一磨牙移动距离分析(使用Kruskal-Wallis检验分析数据)及相关性分析；

图6是两种不同光照环境下大鼠牙周膜组织Ccl2表达变化情况及对应时间点施力后大鼠上颌第一磨牙Micro-CT图像。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和本质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。以下实施例中使用的试剂、试剂盒和仪器均可由市售获得，实施例中使用的方法如无特别说明，与常规使用的方法一致。

下面结合实施例，对本发明的技术方案进行进一步详细阐述。

实施例1 牙周膜组织的收集和RNA的提取

大鼠牙周膜组织的收集

(1)构建正常光照环境的大鼠模型，收集牙周膜组织标本：将6～8周雄性SD大鼠在12小时光照/12小时黑暗的光照循环环境中饲养两周以适应环境；以每天的开灯时间为ZT0，分别在ZT0、ZT3、ZT6、ZT9、ZT12、ZT15、ZT18、ZT21、ZT24共9个时间点处死大鼠，收取新鲜的大鼠上下颌骨后立即浸泡在组织RNA保存液中保存；

(2)拔牙：将步骤(1)中收集到的大鼠上下颌骨标本用眼科剪去除牙龈组织，使用7号手术刀片将大鼠的磨牙从牙槽骨中挺出，浸泡于新的RNA保存液中；

(3)刮取牙周膜组织：将培养皿置于冰上，用移液枪其中滴加适量RNA保存液，取出步骤(2)中拔下来的大鼠磨牙浸泡其中，左手持显微镊将牙齿固定，右手用手术刀片将大鼠的牙周膜组织刮下，用移液枪将带有牙周膜组织碎屑的RNA保存液收集放入新的1.5mL的EP管中，放回-80℃冰箱中保存待用。

提取牙周膜组织的RNA

(1)裂解组织：将提取的牙周膜组织样品从-80℃冰箱中取出，置于冰上解冻，待RNA保存液融化后，将EP管放入4℃低温离心机中，以1000rpm的转速离心5分钟，离心完成后去上清留取组织沉淀，向每个装有组织沉淀的EP管中加入1mL的RNAisolater裂解液，放入全自动组织研磨机中，待组织被充分研磨碎裂后，将EP管取出放在冰上静置15分钟；

(2)将200μL氯仿添加到装有组织碎屑的EP管中，盖紧管盖后剧烈震荡EP管30秒，将EP管放在冰上静置10分钟；

(3)将EP管放入低温离心机中，调温度为4℃，以12000rpm的转速离心15分钟；

(4)离心结束后，吸取上清400μL(注意不要吸入下方的杂质)，移入准备好的新的1.5mL EP管中；

(5)向EP管中加入与吸取的上清液等体积(400μL)的异丙醇，轻轻上下颠倒EP管使液体充分混匀后，置于冰上静置10分钟；

(6)将EP管放入低温离心机中，调温度为4℃，以12000rpm的转速离心10分钟；

(7)离心结束后，弃上清取沉淀(注意不要把沉淀倒掉)，加入1mL 75％的乙醇溶液(按照无水乙醇：ddH2O＝3：1的比例配制)后，将EP管放入4℃低温离心机中继续离心，转速7500rpm，离心时间5分钟；

(8)弃上清取沉淀，向EP管中加入1mL无水乙醇后，继续放入4℃低温离心机中离心，转速7500rpm，离心时间5分钟；

(9)弃上清取沉淀，将EP管盖打开后，在室温环境下放置RNA沉淀5～10分钟以待液体挥发，干燥完成后，加入20μL的DEPC水使样品充分溶解。

RNA-seq

将从收集到的多时间点大鼠牙周膜组织中提取得到的RNA样品委托北京诺禾致源科技股份有限公司进行转录组测序及分析。

RNA浓度测定及逆转录反应

(1)使用NanoDrop ND-1000分光光度计对提取的样品RNA的浓度及纯度进行测定：检测前需用DEPC水清洗探头3次，每次1μL。在仪器配套的软件中选择RNA浓度检测模式，取1uL的DEPC水作为空白组进行校准后，分别取1uL的样品RNA溶液进行测定。检测完成后需再用DEPC水清洗探头3次，每次1μL；

(2)按照HiScript II Q Select RT SuperMix for qPCR逆转录试剂盒的说明书中所描述的方法，将提取得到的RNA样品进行逆转录，以得到更为稳定的cDNA样品：

1)去除基因组DNA：在200μL的EP管中加入4μL的“4×gDNAwiper Mix”试剂，同时根据检测出的RNA样品浓度在100～1000ng范围内选择适当的RNA模板量并计算出相应RNA量所需的体积加入EP管中，并补充“RNase-free ddH2O”至16μL。离心机将液体甩至EP管底部并混匀后，放入设置反应温度为42℃、反应时间为2分钟的PCR仪中进行反应；

2)将RNA样品进行逆转录：去除基因组DNA反应结束后，在原来的EP管中继续加入4μL的“5×qRT SuperMix II”试剂，离心机将液体甩至EP管底部并混匀后，将反应程序设置为“37℃——15分钟，85℃——5秒”后进行逆转录反应。待反应完成后，将逆转录得到的cDNA样品置于-20℃冰箱中长期保存。

实施例2 检测Ccl2的表达

qRT-PCR检测

(1)根据说明书，以实施例1中逆转录反应得到的cDNA样品为模板，使用ChamQSYBR qPCRMasterMix试剂盒进行qRT-PCR反应。扩增反应体系如表1所示：

表1 qRT-PCR反应体系

(2)根据目的基因和样品数量配制试剂并在96孔板中点样后，将PlatemaxCyclerSeal Sealing膜粘贴于96孔板表面以防止反应时试剂蒸发。离心30秒将试剂甩至96孔板底部。

(3)将96孔板放入ABI 7300实时PCR系统中，按照如表2所示的扩增反应程序进行实时荧光定量PCR反应。

表2 qRT-PCR反应程序

(4)待反应结束后，采用

(5)通过余弦分析大鼠牙周膜组织RNA，得出的具有昼夜节律表达模式的基因热图，结果如图1所示。采用RNA-seq与qRT-PCR分析正常光照环境下ZT0、ZT3、ZT6、ZT9、ZT12、ZT15、ZT18、ZT21、ZT24大鼠牙周膜组织中Ccl2的mRNA水平，结果如图2所示。

由图1～图2可知：Ccl2在牙周组织中的表达具有昼夜节律性。

实施例3 大鼠实验效果

构建大鼠正畸牙齿移动模型

(1)按照40mg/kg的剂量给大鼠腹腔注射戊巴比妥钠，麻醉动物；

(2)在上颌的第一磨牙和第二磨牙之间穿过同样直径的结扎丝，在第一磨牙近中侧连接上一个镍钛螺旋弹簧，弹簧的另一头也同样连接上结扎丝；

(3)在正畸加力开始前，我们使用测力计来确定50g力大小下弹簧的拉伸长度，并用高速涡轮手机在同侧的中切牙颈部磨出倒凹用以固定结扎丝，连接于镍钛拉簧另一端。

Micro-CT分析检测正畸牙齿移动距离

收集大鼠上颌骨，去除附着于骨组织上的软组织，4％多聚甲醛溶液固定72h后，更换为无水乙醇浸泡标本。使用Micro-CT(SkyScan 1176,Bruker)进行分辨率为9μm的扫描，并利用InstaRecon/NRecon ResearchWorkplace软件来重建断层扫描图像并进行量化。

实验效果验证

(1)在不同时间点施加正畸力后，采用实施例2所述的检测方法检测大鼠牙周膜组织中Ccl2的表达变化情况，结果如图3所示。

由图3可知：施加正畸力后，大鼠牙周膜组织中Ccl2的表达变化规律较为明显，所以初筛为正畸加力时辰的检测指标。

(2)进一步的，时辰加力组在Ccl2表达峰值、谷值所在的时间点分别施加正畸力，对照组，即传统加力组(非时辰加力)，选取避开峰、谷值所在的几个时间点施力，观察大鼠上颌第一磨牙近中移动效果，测量大鼠第一磨牙近中移动距离，并使用Kruskal-Wallis检验分析数据。其中大鼠上颌第一磨牙Micro-CT图像及分析如图4～图5所示。

由图4～图5可知：与对照组和Ccl2谷值时间点施力组相比，在Ccl2表达峰值所在的时间点施加正畸力，大鼠上颌第一磨牙近中移动效果更为显著。且Ccl2的表达与近中移动距离具有相关性。

(3)构建两种非正常光照循环环境，A组于上午6时～下午6时为光照环境，下午6时～次日上午6时为黑暗环境，B组上午9时～下午9时为光照环境，上午9时～下午9时为黑暗环境，光照时间模式如图6-A、图6-D所示。采用实施例2所述的检测方法检测大鼠牙周膜组织中Ccl2的表达变化情况结果如图6-B、图6-E所示。同时根据不同节律模式下大鼠牙周膜组织Ccl2表达的昼夜变化规律，实验组，即时辰加力组分别在各组Ccl2表达峰值、谷值所在的时间点分别施加正畸力，对照组，即传统加力组(非时辰加力)，避开峰、谷值所在时间点施力，观察大鼠上颌第一磨牙近中移动效果，结果如图6-C、图6-F(大鼠上颌第一磨牙Micro-CT图像)所示。

由图6可知：在不同光照模式下，Ccl2的表达仍具有一定的节律变化规律。而且两组节律模式大鼠在各组Ccl2表达峰值所在的时间点施加正畸力后，大鼠上颌第一磨牙近中移动效果更为显著。以上结果说明，通过Ccl2的表达确定最佳施力时辰的方法可应用于不同节律模式大鼠模型，于个性化最佳施力时间点施力可更好地促进正畸牙移动的效果。

综上可知，根据颅颌面组织生理活动呈现出昼夜节律变化规律，本发明提出了一种全新的口腔正畸治疗方法——时辰治疗策略，筛选出临床上能够指示正畸患者最佳施力时间的标志物Ccl2，通过在多时间点对该标志物进行定量检测，确定不同患者最佳施力时间。于该标志物表达高峰值的时间点施加正畸力，可缩短了口腔正畸疗程，减轻了不良并发症。本发明可帮助医生更科学、合理地安排患者的正畸施力计划，辅助构建了一种高效、健康的新型矫治模式，从而实现了口腔正畸个性化精准治疗，引领口腔正畸学的技术革新。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。