Novel strategy for dental caries by physiologic dentin regeneration with CPNE7 peptide

Abstract

CPNE7-derived functional peptide (CPNE7-DP) has been introduced as bioactive therapeutics for dentin diseases. CPNE7-DP regenerates tubular dentin on the pulpal side and occlude dentinal tubules. CPNE7-DP was capable to treat dentin hypersensitivity typically associated with dentinal wear at the neck of the tooth. However, the role of CPNE7-DP in another common dentin disease, dental caries, remains uninvestigated. In this study, the potential application of CPNE7-DP in dentin caries was evaluated using an experimental dentin caries model in rats. The stability of CPNE7-DP in caries-like environments including pathologic bacteria of caries or low pH was tested. I established a nutrition-time/hyposalivation-based dental caries rat model by inoculating caries-inducing bacteria and diet for sufficient time. Glycopyrrolate has been treated to induce reversible hyposalivation for accelerating caries progression. Then the tubular dentin regeneration was investigated with histologic methods. Also, modulation of inflammation or autophagy by CPNE7-DP was investigated with marker gene expression in human dental pulp cells (hDPCs) and immunohistochemistry. CPNE7-DP was stable with caries-inducing bacteria and low pH. Establishment of dentin caries was confirmed with radiographic and histologic evaluation. CPNE7-DP regenerated a substantial amount of tubular tertiary dentin and alleviated the pulp inflammation of dentin caries. Under inflammatory conditions, CPNE7-DP reduced the expression of inflammatory cytokines. These phenomena could be the consequence of the modulation of autophagy by CPNE7-DP, which reactivates inflamed odontoblasts. Overall, CPNE7-DP, which arrests caries through physiological dentin regeneration, might help overcoming the limitations of current restorative caries treatments.

CPNE7 단백질에서 유래한 기능성 펩타이드인 CPNE7 펩타이드는 상아질 관련 질환을 위한 생리활성 물질로 연구되어 왔다. CPNE7 펩타이드를 상아질 손상부위에 도포하면 치수 쪽에는 세관 상아질을 형성할 뿐만 아니라 상아세관 또한 막는 효과를 보인다. CPNE7 펩타이드는 보통 치경부 마모증을 동반하는 치아지각과민증에 대해 효과를 보인 바 있다. 그러나 또 다른 다빈도 상아질 질환인 상아질 치아우식증에 대한 CPNE7 펩타이드의 효과는 연구된 바가 없다. 이에 이번 연구에서는 랫드에서 치아우식증을 유도한 후 CPNE7 펩타이드의 치아우식증 진행정지 효과를 확인하고자 한다.

먼저 치아우식증의 다양한 조건들에서 CPNE7 펩타이드의 안정성을 확인하였다. 이러한 조건들에는 치아우식증의 원인균과 낮은 산도가 있다. 또한 생체 내에서의 효과를 정확히 알아보기 위해 장기 우식증 유발 섭식/타액분비저하 치아우식증 랫드 모델을 개발하였다. 이 모델은 사람의 치아우식증을 최대한 재현하기 위해 치아우식증 원인균을 랫드의 구강에 접종하고 치아우식 유발 사료를 충분한 시간 동안 급여하였다. 글리코피롤레이트를 적용하여 일시적인 타액분비저하를 일으켜 치아우식증을 촉진하였다. 유발된 치아우식증에CPNE7 펩타이드를 적용한 후 조직학적 평가를 통해 세관 상아질의 형성을 확인하였다. 또한CPNE7 펩타이드 항 염증 효과를 살펴보기 위해 사람치수세포 및 동물 모델 상에서 염증 마커 유전자의 발현의 변화를 조사하였다.

CPNE7 펩타이드는 치아우식증 원인균 및 치아우식증의 낮은 pH에서 안정하였다. 앞서 언급한 랫드 모델에서 치아우식증의 발생은 방사선학적 방법 및 조직학적 방법으로 확인되었다. 치아우식증 동물 모델에서 CPNE7 펩타이드는 상당량의 세관 상아질을 재생시켰고 치수염을 완화시켰다. 사람치수세포를 사용한 치수염 세포 실험에서 CPNE7 펩타이드는 염증 인자의 발현량을 줄이는 효과도 보였다. 이러한 현상들은 CPNE7 펩타이드의 자가포식작용의 조절을 통한 염증상태의 상아모세포 재활성화의 결과일 것으로 추정된다.

종합해 볼 때, CPNE7 펩타이드는 생리적 상아질 형성을 통해 치아우식증의 진행을 정지하며, 이러한 효과는 현재 시행되는 치아 우식의 수복 방법들의 한계점을 보완할 수 있을 것으로 예상된다.