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髓样细胞触发受体家族与牙周炎病因机制的研究进展

2020-12-23 20:01:36
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作者:吴迪,王佐林;同济大学口腔医学院·同济大学附属口腔医院种植科

牙周炎(periodontitis)是一种由菌斑生物膜感染引起的炎症性疾病,可导致牙周结缔组织破坏、牙槽骨吸收甚至牙齿丧失。世界卫生组织预估有40%~50%成年人的探诊深度>4mm,并且该比例随年龄增长而增加。

目前的研究认为,牙周炎的发生、发展及牙周软硬组织破坏主要与宿主对菌斑生物膜中多种细菌及其产物的免疫应答有关。髓样细胞触发受体(triggeringreceptorexpressedonmyeloidcells,TREMs)属于免疫球蛋白超家族,不仅表达于单核/巨噬细胞和中性粒细胞等骨髓细胞分化晚期阶段的细胞表面,在上皮细胞、结缔组织、肿瘤组织中也有表达。

TREMs家族成员按其发现先后顺序被命名为TREM-1—TREM-6,以及同源基因TREM类似转录体(homologousgenesTREM-liketranscript1,TLT-1和(homologousgenesTREM-liketranscript2,TLT-2)。大量研究表明,TREMs家族在固有免疫及适应性免疫中都具有重要作用。本文就TREMs家族在牙周炎中的研究进展做一综述。

1.牙周炎病因的机制研究

牙龈炎和牙周炎是影响口腔软硬组织健康的2种常见疾病,炎症是其共有特征。在牙龈炎中,炎症局限于软组织、上皮组织和结缔组织;在牙周炎中,牙龈结缔组织中免疫细胞积累并使炎症扩展至包括牙槽骨的牙周支持组织,导致牙齿松动甚至脱落。

慢性牙周炎(chronicperiodontitis,CP)与龈下菌斑中的革兰阴性厌氧菌密切相关,特别是牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonasgingivalis,P.gingivalis)、福赛斯坦纳菌(Tannerellaforsythia)、齿垢密螺旋体(Treponemadenticola)。虽然细菌是牙周炎的始动因素,但牙周炎中的骨病理过程几乎完全由宿主的免疫反应介导。目前的研究证明,牙周炎局部组织破坏的主要原因是宿主对口腔局部菌斑生物膜的过度免疫应答。此外,口腔病原菌的免疫应答可能产生全身系统性影响,如牙周炎等口腔感染或慢性炎症可能影响动脉粥样硬化过程。

牙周炎致病菌侵袭牙周组织后可激活大量的炎症细胞:

①多形核白细胞(polymorphonuclearleukocytes,PMNs)是数量最多的白细胞,是宿主的主要防御机制,PMN与牙龈固有层血管内皮细胞相连,每分钟约有30000个PMN在白细胞介素-8(interleukin-8,IL-8)和胞内黏附分子-1(intercellularadhesionmolecule-1,ICAM-1)调控下穿行于牙周组织,PMN数量的增加是导致牙周炎慢性炎症状态的主要原因之一;

②巨噬细胞作为固有免疫系统的重要组成部分,在牙周炎发生、发展过程中起重要作用。一方面通过吞噬作用可杀灭病原菌,另一方面通过释放促炎因子会促进组织分解,加重牙周炎进程。研究表明,有学者在牙周炎样本中观察到更高水平的白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、细胞核因子κB受体活化因子配体(receptoractivatorofNF-κBligand,RANKL)均与巨噬细胞相关。

已在牙周炎牙龈上皮、固有层、血管及其周围组织中发现活化的巨噬细胞,由于病变与牙周炎进展有关,在龈沟液与牙龈组织中也能检测到趋化因子CCL3[又称巨噬细胞炎症蛋白1α(macrophageinflammatoryprotein-1α,MIP-1α)]、CXCL-8(C-X-Cmotifchemokineligand8)、IL-8的升高。巨噬细胞具有M1、M2两种极化状态,分别具有促炎性和抗炎性。P.gingivalis感染后,来自巨噬细胞的趋化因子CCL2-4增加,相关促炎细胞因子白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白介素-6(interleukin-6,IL-6)、肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactorα,TNF-α)、粒细胞集落刺激因子(granulocytecolony-stimulatingfactor,GCSF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophagecolonystimulatingfactor,GM-CSF)分泌增强,反映了M1型巨噬细胞的促炎作用。

P.gingivalis感染后,白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10)、精氨酸酶(arginase-1,Arg-1)释放,胶原沉淀也有所增加,反映了M2型巨噬细胞功能也有一定程度的增强。最近一项研究发现,P.gingivalis可在M2型极化巨噬细胞中存活24h,而在M1型中不可以;P.gingivalis的吞噬作用可诱导M1型极化标志物TNF-α、白细胞介素-12(interleukin-12,IL-12)、一氧化氮合酶(induciblenitricoxidesynthase,iNOS)高表达,但在幼稚巨噬细胞(M)或M2型中则无此现象。

巨噬细胞的不同极化状态在牙周炎进程中发挥不同作用。菌斑生物膜中病原菌表达病原体相关的分子模式(pathogen-associatedmolecularpatterns,PAMPs)如脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS),可被toll样受体(Toll-likereceptors,TLRs)、NOD样受体家族(NOD-likereceptors,NLRs)和其他固有免疫模式识别受体所识别,激活中性粒细胞和其他白细胞产生促炎细胞因子,如TNF-α、IL-1β、IL-6等。

P.gingivalis来源的LPS也可通过Toll样受体2(TLR-2)和Toll样受体4(TLR-4)激活巨噬细胞,活化的TLR-2可触发下游核因子-κB(NF-κB)产生促炎因子。模式识别受体(patternrecognitionreceptors,PRR)是单核/巨噬细胞PAMPs的重要表面结构,PRR可识别病原微生物的保守结构或病原相关分子模式,抗原提呈细胞如巨噬细胞和树突细胞等通过模式识别受体(PRR)识别微生物分子,参与初始捕获和处理抗原(固有免疫),进而激活特定T细胞和B细胞的效应机制(获得性免疫)。PRR与PAMP的相互识别在牙周炎免疫反应中起关键调控作用。

2.髓样细胞触发受体在牙周炎中的研究

髓样细胞触发受体(TREMs)是一类于2000年发现的跨膜免疫球蛋白受体超家族,也包括由主要组织相容性复合体(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)编码的激动型和拮抗型亚型,在免疫系统中起重要作用,但其胞外配体仍未明确,其中TREM-1和TREM-2通过接头蛋白DAP12信号传导、激活髓系细胞。TREM-1会触发吞噬细胞分泌促炎趋化因子和细胞因子,在细菌和真菌导致的炎症中起放大效应;TREM-2可激活单核细胞来源的树突细胞,调节破骨细胞的发育。此外,它在神经系统疾病中的作用也有广泛研究。目前主流的研究认为,TREM-1在炎症中主要起激活促进作用,而TREM-2在免疫细胞信号传递中更多发挥抑制作用。

2.1TREM-1在牙周炎中的研究

TREM-1主要表达于单核/巨噬细胞、中性粒细胞和树突细胞等骨髓细胞分化晚期细胞表面,此外还有报道它表达于上皮细胞、结缔组织、肿瘤细胞表面,由1个胞外结构域、1个跨膜结构域和1个短的胞质结构域构成。因胞质结构域缺乏信号基序,TREM-1信号需要与接头蛋白DAP12,1个含有免疫受体酪氨酸活化基序(immunoreceptortyrosine-basedactivationmotif,ITAM)的跨膜蛋白相结合,形成胞内复合物。TREM-1/DAP12相互作用可通过TLRs和PAMPs识别细菌,介导下游信号转导通路磷酸化,如ERK1/2(extracellularregulatedMAPkinase1/2)、PI3K(phosphatidylinositol3-kinase)、MAPK(mitogenactivatedkinase-likeprotein)、STAT5(signaltransducerandactivatoroftranscription5)、Akt(AKTserine/threoninekinase)等,继而引起胞内钙离子浓度迅速升高,转录因子(如NF-κB)的激活,导致中性粒细胞的脱颗粒和吞噬作用,促炎因子释放增加,抑炎因子减少,从而起到炎症的“放大器”效应。

Bostanci等研究发现,P.gingivalis可以干扰TREM-1/DAP12信号通路,通过此机制确定了P.gingivalis可与TREM-1相互作用从而调节全身炎症。单核/巨噬细胞结合TREM-1激动剂,随后结合模式识别受体如TLRs和NLRs,导致细胞因子和趋化因子分泌增加,二者结合所引起的协同效应较单一组分别发挥的作用显著增加。还有研究发现,在患有慢性牙周炎(chronicperiodontitis,CP)和广泛性侵袭性牙周炎(generalizedaggressiveperiodontitis,GAP)的组织样本中,TREM-1的mRNA表达水平均明显高于健康对照组,但在CP和GAP这2组之间的差异没有统计学意义。

Chen等发现TREM-1在牙周炎牙龈上皮细胞中也呈强阳性表达,主要表达于细胞膜、细胞质和细胞外基质(主要在棘层和基底层),而于上皮下结缔组织表达较少;总体来说,TREM-1在健康组织切片中的检出率为86.7%,在炎症组织切片中的检出率为100%,且表达水平与牙周炎一些临床指标(菌斑指数、探诊深度、附着丧失和探诊出血阳性率)呈现正相关性。有学者在人原代PMN中加入P.gingivalis刺激,4h后TREM-1表达升高,18h后sTREM-1表达升高;分别加入TREM-1的激动剂和拮抗剂可使炎症因子IL-1β、IL-8的分泌增加或减少,提示TREM-1在牙周炎发生、发展过程中起到炎症级联放大作用,但具体作用机制尚未明确。

2.2sTREM-1在牙周炎中的研究

TREM-1的胞外结构是一种可溶性形式,称为可溶性髓样细胞触发受体-1(solubletriggeringreceptorexpressedonmyeloidcells,sTREM-1)。有学者提出,sTREM-1可能直接来自可变剪接体,或由金属蛋白酶介导的蛋白水解导致膜结合的TREM-1脱落之后产生。因sTREM-1在体液样本中很容易通过免疫化学分析检测,已被证明可作为一种可靠的诊断和分析细菌感染性炎症预后的标志物。

与健康牙龈样本或牙周炎中健康牙龈位点和牙周炎位点相比较,牙周炎位点的龈沟液中sTREM-1分泌显著增加;牙周探诊深度5~7mm组sTREM-1分泌显著高于0~3mm组;sTREM-1的表达水平在不同样本及不同位点存在差异,吸烟可影响sTREM-1表达水平,但与非吸烟组的差异无统计学意义;有学者认为sTREM-1表达水平升高可能是由于下游炎症因子的正反馈作用引起,反映宿主清除感染的能力。

还有研究通过分析健康人群、慢性或侵袭性牙周炎患者龈沟液及龈下菌斑样本中,sTREM-1与牙周病主要病原菌(牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体、福赛斯坦纳菌、伴放线放线杆菌)含量之间的关系,结果显示慢性和侵袭性牙周炎组的sTREM-1分泌水平显著高于健康组,但2种牙周炎组之间的sTREM-1分泌水平差异无统计学意义;sTREM-1分泌水平与特定位点的细菌含量呈正相关(伴放线放线杆菌除外),得出结论sTREM-1的表达水平可在一定程度上反映牙周炎的病变程度。

另一组研究结果显示,在慢性牙周炎及侵袭性牙周炎患者血清中的sTREM-1表达水平也有所上升,且与龈沟液中sTREM-1表达水平呈正相关,提示牙周炎症与全身炎症性疾病具有相关性,但龈沟液中sTREM-1是否可作为预测牙周炎的生物学标志物或口腔/系统性炎症相互作用的指标,仍需进一步的研究。牙龈卟啉单胞菌有2种蛋白酶发挥毒力效用:精氨酸特异性(argininespecific,RgpA)蛋白酶和赖氨酸特异性(lysinespecific,Kgp)蛋白酶,2种均为厌氧型蛋白酶,可利用游离氨基酸作为碳和氮的来源,通过降解抗菌肽和干扰C5a受体与TLR信号的串话(crosstalk)逃避宿主的抗菌反应。

牙龈卟啉单胞菌精氨酸特异性蛋白酶可使中性粒细胞表面的TREM-1游离,引起sTREM-1增加,进而增强宿主免疫反应;赖氨酸特异性蛋白酶可降解sTREM-1,影响中性粒细胞维持的宿主免疫反应。这种对宿主免疫反应的双向调控可使牙龈卟啉单胞菌在高炎症条件下逃逸宿主免疫细胞的攻击,在低营养状态时,增强炎症反应。因此,这种对TREM-1的差异性调节作用可能是牙龈卟啉单胞菌引起慢性牙周炎一种新的病因机制假说。

2.3TREM-2在牙周炎中的研究

TREM-2和TREM-1是结构相似的糖蛋白(25~30kDa),它们都与接头蛋白DAP12结合,而TREM-1的激活功能较强,TREM-2对免疫细胞信号转导的抑制功能较强。TREM-1高表达于单核/巨噬细胞和中性粒细胞,TREM-2主要表达于巨噬细胞、单核细胞来源的树突细胞、破骨细胞和小胶质细胞。

类风湿关节炎和牙周炎在骨免疫方面具有很多相似性,炎症在骨吸收中起关键作用,炎症可激活反馈抑制作用,限制骨吸收。研究发现了3种炎症因子导致破骨细胞形成抑制的机制:Toll样受体配体和细胞因子调控TREM-2等共刺激分子表达下调;巨噬细胞集落刺激因子(macrophagecolonystimulatingfactor,M-CSF)的受体c-Fms(colonystimulatingfactor1receptor)失活导致RANK(receptoractivatorofnuclearfactor-κB)转录减少;转录抑制因子如干扰素调节因子8的诱导作用。这些机制可通过互补和协作方式调控炎症中的破骨细胞形成,增强上述作用可能作为抑制骨吸收的新治疗手段。

TREM-2被认为是一种炎症反应的负向调控因子,但它在牙周炎中的研究甚少。Chen等的最新研究发现,在健康牙龈上皮样本中无TREM-2表达,而在50%的牙周炎牙龈上皮样本中发现TREM-2表达;结缔组织中TREM-2表达规律类似于上皮,仅有13.3%的健康牙周结缔组织样本检测出TREM-2表达,而牙周炎结缔组织样本中TREM-2检出率达50%。

TREM-2促进树突细胞的成熟和存活,可作为细胞吞噬受体来识别和结合某些细菌和真菌,并提高微生物清除作用来增强宿主的免疫反应,这与之前的一项研究认为P.gingivalis与TREM-2表达下降有关的结论冲突。因此,TREM-2与牙周炎的关系亟待进一步研究。

综上所述,TREMs在系统性炎症中的作用已有大量研究,但它在牙周炎中的研究仍处于初级阶段。目前大部分研究集中于细菌和TREMs家族相互作用的体外研究或评估蛋白表达水平的横断面研究,缺乏有效的体内纵向研究来评估牙周炎发生、发展过程中TREM-1、sTREM-1、TREM-2发挥作用的机制。由于TREMs家族在炎症及破骨细胞形成中均发挥重要调控功能,明确它在牙周炎发病机制中的作用对牙周炎的诊断、治疗靶点及预后具有重要意义,并有助于深入理解牙周炎与全身炎症性疾病之间的联系。

来源:吴迪,王佐林.髓样细胞触发受体家族与牙周炎病因机制的研究进展[J].口腔颌面外科杂志,2020,30(01):47-52.

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