细胞因子与牙槽骨吸收关系的研究进展_36660

细胞因子与牙槽骨吸收关系的研究进展_36660 细胞因子与牙槽骨吸收关系的研究进展 ====================================================================== 【摘要】 牙周炎是危害人类健康的重要疾病之一，是造成失牙的最主要原因 之一，牙槽骨吸收是其主要病理改变。研究发现，功能相互重叠的多种细胞因 子调控宿主的免疫反应，形成复杂的调控网络，活化或抑制破骨细胞的形成， 致使牙槽骨吸收的进行或停止。这些细胞因子对破骨细胞分化的调控作用是导 致附着丧失和牙槽骨吸收的关键。 【关键词】 牙周炎;免疫 Abstract:Periodontal disease， seriously damaging human health， is the main reason for lost teeth. Alveolar bone resorption is the major pathological change. Recent researches reveal that a series of cytokines make up a complex network to regulate immune reactions of hosts， activate or inhibit formation of oteoclast and lead to bone lost. The regulating function of these cytokines is important to differentiation of oteoclast in terms of lost attachment and alveolar bone resorption. Key words:periodontitis; immune 牙周炎是危害人类健康的重要疾病之一，我国成年人患病率高达50%，是 牙齿缺失的最主要原因之一，其主要病理改变为牙龈的炎症、牙槽骨吸收等。 近三十年来研究发现，牙周炎的发生、发展与宿主防御细胞释放的多种细胞因 子密切相关;各种因子相互功能重叠，调控宿主的免疫反应，导致了组织的继发 性损伤;这些细胞因子对破骨细胞分化的调控作用是导致附着丧失和牙槽骨吸收 的关键。现将与牙槽骨吸收相关的细胞因子综述如下。 白细胞介素(interleukin，IL) 1.1 IL-1在炎症反应中起重要作用，主要由单核巨噬细胞产生。其受体家 族包括I型受体(IL-1RI)、II型受体(IL-1RII)和IL-1受体辅助蛋白(IL- 1RAcP)。传导刺激信号的主要是IL-1RI/IL-1RAcP复合物;而IL-1RII则通过与 IL-1RI竞争结合IL-1起抑制作用。IL-1受体相关激酶(IL-1 Receptor Associated Kinase 1，IRAK)途径是IL-1信号转导的一条重要途径。IRAK有 三个成员IRAK-1、IRAK-2和IRAK-M。IL-1与其受体结合导致IL-1/IL- 1RI/IL-1RAcP/MyD88/IRAK复合物的形成。其中MyD88是含死亡结构域的接合 体分子。之后IRAK磷酸化并激活下游的肿瘤坏死因子受体相关因子6(Tumour necrosis factor Receptor Associated Factor 6，TRAF6)，最终引起核因子 κB(Nuclearfactor κB，NF-κB)和活化蛋白-1(Activator protein-1 ，AP-1) 的活化。 IL-1是促进骨吸收的一种炎性细胞因子，与骨质疏松、类风湿关节炎、牙周炎的骨质破坏有关。IL-1α能够促进成骨细胞(Osteoblast，OB)的巨噬细胞集落刺激因子(Macrophage Colony-Stimulating Factor，M-CSF)达、前列腺环素E2(Prostaglandin E2，PGE2)分泌，同时还能下调OB的骨保护素(Osteoprotegerin，OPG)表达，从而在NF-KB配体的受体或激活因子(Receptor or Activator of NF-KB Ligand，RANKL)存在下促进破骨细胞(Oteoclast，OC)分化。IL-1可直接诱导OC单核前体细胞融合，形成类破骨多核细胞(OCL)，还可通过酪氨酸激酶-NF-κB途径，上调破骨细胞组织酶K表达并促进骨吸收。此外，Li等的研究发现，缺少IRAK-M的小鼠发生骨质疏松，与破骨细胞分化、活化、半衰期增加有关，表明IRAK-M是OC骨吸收关键的调节剂。Sato等 -1α诱导OB-OC前体共培养系统OC生成的的研究显示MyD88介导的信号是IL 关键，并参与生理性骨转换。虽然IL-1不能直接诱导OC前体分化为OC，但IL-1能诱导表达c-Fos的OC前体分化为具有骨吸收功能的OC，而且由OB分泌的一些蛋白能诱导OC前体分泌IL-1。 1.2 IL-4 IL-4是由Th2细胞亚群、B细胞、肥大细胞等分泌的多效性细胞因子，能强烈抑制RANKL诱导的生理骨吸收和病理情况下TNF-α诱导OC生成。体外研究显示， IL-4抑制鼠骨髓巨噬细胞(BMM)、人CD14+单个核细胞和RAW264.7巨噬细胞系在RANKL和M-CSF诱导下的OC分化，抑制成熟OC的骨吸 -/-小鼠， IL-4不能抑制OC分化，来自收活性，但是如果BMM来自STAT6 STAT6-/-小鼠的成熟OC即使在IL-4用下，其活性并不降低。所以IL-4抑制破骨细胞前体向OC分化及成熟OC的活性是通过STAT依赖的机制完成。同时IL-4还抑制了OC的RANK表达。Mohamed等的研究还发现IL-4能在mRNA水平强烈抑制RANKL诱导的NFATc1表达;并以时间和剂量依赖的方式抑制c-fos表达。因此， IL-4下调OC分化还可能由于部分抑制RANKL-RANK信号通路转录因子NFATc1和c-fos的表达。但是是否是通过JAK/STAT依赖的方式抑制它们的表达还有待证实。除了对破骨细胞前体的直接作用， IL-4还能以STAT6依赖的机制逆转维生素D3诱导的成骨细胞的RANKL mRNA表达及OPG mRNA和蛋细胞因子对破骨细胞生物学功能的调控作用降低，使RANKL/OPG比值下降从而不利于OC生成。 1.3 IL-7 IL-7是由骨髓基质细胞分泌的糖蛋白，靶细胞主要为淋巴细胞，对来自人或小鼠骨髓的B祖细胞、胸腺细胞及外周成熟的T细胞等均有促生长活性。虽然体外实验显示， IL-7对RANKL和M-CSF诱导的破骨细胞分化具有抑制作用;但是更多的体内实验显示， IL-7通过其对B细胞和T细胞的作用促进破骨细胞生成。IL-7刺激B220+细胞向破骨细胞分化;诱导T细胞分泌TNF-α和RANKL促进破骨细胞的生成。在大鼠卵巢切除术后小鼠IL-7产生增加，通过刺激T细胞输出和造血细胞生成，从而增加T细胞的产生，介导了雌激素缺乏时的破骨细胞生成增加。另外， IL-17还能够增强TNF和IL-1的促炎作用。 干扰素(IFN) 干扰素是最先发现的细胞因子，因其具有干扰病毒感染和复制的能力故称为干扰素。根据来源和理化性质，可将干扰素分为α、β和γ三种类型。 IFN-α/β主要由白细胞、成纤维细胞和病毒感染的组织细胞产生，称为?型干扰素。IFN-γ主要由活化T细胞和NK细胞产生，称为?型干扰素。 IFN-γ是由活化的Th1细胞和NK细胞分泌的的糖蛋白，具有强大的免疫调节效应并能通过调控许多基因和蛋白的表达发挥多重生物学活性。IFN-γ是参与调控骨代谢的一个重要的细胞因子。IFN-γ对OC分化具有抑制作用。Takayanagi等发现，IFN-γ通过诱导蛋白酶体激活剂PA28激活泛素蛋白酶体系统快速降解TRAF6，使其下游信号NF-κB和JNK(c-Jun N-terminal kinase) 无法活化，破骨细胞前体过表达TRAF6则恢复了OC的生成，说明TRAF6是IFN-γ作用的一个关键靶点。另外， IFN-γ还能通过下调组织酶K表达抑制OC分化。组织酶K是由OC分泌的骨吸收所必需的胶原蛋白酶，组织酶K基因的无义、错义和反义突变则导致致密性成骨不全症，表现为骨样硬化和身材矮小。RANKL以时间和剂量依赖的方式刺激小鼠可分化为OC的RAW264.7细胞系的组织酶K mRNA表达;IFN-γ能显著抑制RANKL这一作用。虽然IFN-γ能抑制OC分化，但是亦有研究报道IFN-γ能通过恢复OC的形成有效治疗人和大鼠 IFN-γ不能预防RA患者的骨丢失的骨硬化症，并且随机对照临床试验显示， 和阻断环孢素A的骨消耗作用。IFN-γ受体-/-的小鼠也不发生卵巢切除术所诱导的骨丢失;在RA患者中， IFN-γ+T细胞而不是IFN-γ-T细胞能诱导单核细胞生成OC，并可以通过添加OPG和增加抗IFN-γ抗体来抑制IFN-γ+T细胞 γ对OC生成和骨吸收还具有促进作用。Gao等的的作用。以上结果提示IFN- 研究对此做出了一个可能的解释:在炎症、感染、雌激素缺乏的情况下， T细胞活化产生RANKL及促进OC生成的TNF-α;而IFN-γ能刺激MHC II类分子的表达，能促进抗原提呈细胞的抗原提呈作用，使T细胞产生RANKL和TNF-α增加，因而对破骨细胞的生成和骨吸收具有促进作用。所以在生理或病理情况下， IFN-γ对骨吸收的最终作用是IFN-γ对OC生成的直接的抑制作用和间接的促进作用的平衡。 转化生长因子-β(TGF-β) 转化生长因子-β(TGF-β)超家族是一组调节细胞生长和分化的蛋白质家族，由TGF-β原型、骨形态发生蛋白(BMP)、活化素(activin)、抑制素(inhibin)等40多个成员组成。在哺乳动物中只发现3个亚型:TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，它们的结构有60%,80%的同源性。其中TGF-β1在骨骼的含量最多，最初是以一种潜在形式由成骨细胞分泌并储存在骨基质中。TGF-β1参与趋化成骨细胞前体和成骨细胞前体增殖和分化为成熟的OB表型及OB凋亡的过程的同时，在OC分化增殖及进行骨吸收的过程中也有很重要的作用。TGF-β可以通过上调OC细胞因子信号转导抑制蛋白(suppressor of cytokine signaling，SOCS)的表达，抑制两面神激酶(Janus Kinase，JAK)活性和信号传导及转录激活因子(Signal transducers and activators of transcription，STAT)的磷酸化，阻断OC形成的抑制信号，促进OC的生成。此外，TGF-β1还可以上调AP-1家族成员Jun-B来促进OC的生成。 TGF-β对OC分化、生成及功能具有双重调节作用。Karst等在支持细胞、小鼠脾细胞或骨髓破骨细胞前体的共培养下，发现低浓度TGF-β能刺激破骨细胞分化，而高浓度却抑制其分化。进一步研究发现， TGF-β的这种作用是通 过改变支持细胞RANKL/OPG比例来实现的，即低浓度的TGF-β升高RANKL/OPG比例;而高浓度时则降低RANKL/OPG比例。在去除支持细胞情况下，发现任何浓度的TGF-β都可以直接刺激破骨细胞生成。另外，一些研究观察到随着作用时间的延长，TGF-β对破骨细胞分化作用由刺激转变为抑制。在TGF-β作用于破骨细胞24 h后，可诱导胞质表达NFATc1。Morten等的研究发现， TGF-β可以诱导人外周高度纯化的CD14+破骨细胞前体细胞p38 MAPK活性，增强p38MAPK募集单个核细胞到骨吸收位点的作用;但TGF-β对成熟的破骨细胞没有此作用。并且TGF-β的持续作用将下调RANK表达，削弱了RANKL-RANK信号，减弱了促进OC生成的作用。TGF-β可在OC皱折缘被MMP-9活化，活化的MMP-9又反过来下调TGF-β的活化。因此，TGF-β对OC生成的作用也提供了一个负反馈的调节方式。 肿瘤坏死因子(TNF) 肿瘤坏死因子是一类能引起肿瘤组织出血坏死的细胞因子。1975年Garwell等将卡介苗注射给荷瘤小鼠，两周后再注射脂多糖，结果在小鼠血清中发现一种能使肿瘤发生出血坏死的物质，称为肿瘤坏死因子。肿瘤坏死因子分为TNF-αTNF-β两种，前者主要由脂多糖/卡介苗活化的单核巨噬细胞产生，亦称恶病质素;后者主要由抗原/有丝分裂原激活的T细胞产生，又称淋巴毒素。TNF-α/β为同源三聚体分子，主要生物学作用如下:(1)对肿瘤细胞和病毒感染细胞有生长抑制和细胞毒作用;(2)激活巨噬细胞、NK细胞，增强吞噬杀伤功能，间接发挥抗感染、抗肿瘤作用;(3)增强T、B细胞对抗原和有丝分裂原的增生反应，促进MHC-?类分子表达，增强Tc细胞杀伤活性;(4)诱导血管内皮细胞表达粘附分子和分泌IL-1、IL-6、IL-8、CSF等细胞因子促进炎症反应发生;(5)直接作用或刺激巨噬细胞释放IL-1间接作用下丘脑体温调节中枢引起发热;(6)引起代谢紊乱，重者出现恶病质。 TNF-α主要由激活的单核巨噬细胞分泌，此外淋巴细胞、成纤维细胞等亦可产生。它是一种强有力的促进骨吸收的细胞因子，能诱导OB/基质细胞、T细胞、牙周韧带细胞和滑膜细胞等表达RANKL，导致OC活化。其受体有两型:TNFRI和TNFRII。TNFRI是RANKL诱导OC生成的主要促进剂;完整的TNFRI是RANK介导的OC生成作用的最大化所必需， TNFRII则有抑制作用。在TNF-α浓度很高时，可不依赖于基质细胞和T细胞，促进OC分化并发挥骨吸收作用。TNF-α能直接刺激破骨细胞前体细胞CD11b+/Gr-1-/lo/c-Fms-向CD11b+/Gr-1-/lo/c-Fms+转化，同时刺激OB/基质细胞产生M-CSF，促进Fms+的前体细胞增殖。另一方面， TNF-α诱导基质细胞产生M-CSF上调破骨细胞前体的RANK表达，进而促进骨吸收。此外， TNF-α直接增强OC生成的作用也与促进破骨细胞前体细胞的RANKL-RANK信号通路的主要的调节剂c-Fos和NFATc1表达有关。并且RANKL还能诱导TNF-α的表达，所以， TNF-α还可作为OC生成的一个自分泌因子与RANKL协同作用。