巨噬細(xì)胞極化及牙齦卟啉單胞菌對其極化調(diào)控的研究進(jìn)展

于海燕，高愛超，李　娜(綜述)，于維先(審校)

(1．吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院牙發(fā)育及頜骨重塑與再生省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130021； 2.吉林大學(xué)口腔醫(yī)院牙周病科,長春 130021)

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巨噬細(xì)胞極化及牙齦卟啉單胞菌對其極化調(diào)控的研究進(jìn)展

于海燕1,2△，高愛超1,2△，李娜1,2△(綜述)，于維先1,2※(審校)

(1．吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院牙發(fā)育及頜骨重塑與再生省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130021； 2.吉林大學(xué)口腔醫(yī)院牙周病科,長春 130021)

摘要：牙齦卟啉單胞菌(Pg)是慢性牙周炎的重要病原菌，其毒力部分來自細(xì)菌細(xì)胞壁及產(chǎn)物，如脂多糖、菌毛、莢膜多糖和牙齦蛋白酶。這些化學(xué)成分在誘導(dǎo)宿主先天和后天的免疫反應(yīng)中起重要的作用，如誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的極化和炎性細(xì)胞因子的釋放。極化的巨噬細(xì)胞對炎癥的進(jìn)展、組織的破壞和炎癥的抑制、損傷組織的修復(fù)與重建等具有重要作用。該文就巨噬細(xì)胞的極化特點(diǎn)以及Pg對巨噬細(xì)胞極化的影響進(jìn)行綜述，為牙周病的防治尋找新的途徑。

關(guān)鍵詞：巨噬細(xì)胞；極化；牙齦卟啉單胞菌

牙周炎是以牙周結(jié)締組織破壞和牙槽骨吸收為特點(diǎn)的慢性炎癥性疾病，牙周炎患者牙周組織被密集的炎性細(xì)胞浸潤，其中包括單核巨噬細(xì)胞，在微生物及其產(chǎn)物的作用下，單核巨噬細(xì)胞通過其分泌的介質(zhì)在宿主炎癥反應(yīng)中起重要的調(diào)節(jié)作用。牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonas gingivalis,Pg)是公認(rèn)的牙周病重要致病菌[1]，為革蘭陰性厭氧菌。其毒力因子有脂多糖、菌毛、莢膜多糖、牙齦素等，可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表型與功能的活化，從而產(chǎn)生多種炎性介質(zhì)，引起牙周組織損傷而致牙周炎癥的啟動與發(fā)展?，F(xiàn)就巨噬細(xì)胞極化及Pg對其極化調(diào)控的研究進(jìn)展予以綜述。

1巨噬細(xì)胞極化

巨噬細(xì)胞是組織固有免疫的重要成員，在生理狀態(tài)下，巨噬細(xì)胞可通過清理細(xì)胞碎片產(chǎn)生營養(yǎng)因子，并通過抑制過度的免疫炎癥反應(yīng)來維持組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。在感染和組織損傷狀態(tài)下，巨噬細(xì)胞可通過殺傷病原菌和分泌細(xì)胞因子、趨化因子等發(fā)揮宿主免疫防御作用。此時，由于病原菌和細(xì)胞因子等在組織內(nèi)的表達(dá)，組織微環(huán)境發(fā)生變化，具有多能性的巨噬細(xì)胞被活化表現(xiàn)出一系列不同的功能特性，根據(jù)誘導(dǎo)途徑和表型不同將它們的兩個極端狀態(tài)稱為M1和M2型巨噬細(xì)胞：通過經(jīng)典途徑活化的巨噬細(xì)胞為M1型巨噬細(xì)胞，通過選擇性途徑活化的巨噬細(xì)胞為M2型巨噬細(xì)胞。

M1型巨噬細(xì)胞可由干擾素、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子、脂多糖和其他微生物產(chǎn)物誘導(dǎo)形成[2]，能有效地殺死微生物、分泌炎性細(xì)胞因子,但同時有可能引起間接性的組織損傷。M1型巨噬細(xì)胞主要表現(xiàn)為白細(xì)胞介素(interleukin,IL)12、IL-23的高表達(dá)，誘導(dǎo)性一氧化氮合酶的特征性表達(dá)[3]。其次，M1效應(yīng)分子還有腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-1、IL-15、IL-6、活性氧中間體、活性氮中間體。

M2型巨噬細(xì)胞可由IL-4/13、IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子β、糖皮質(zhì)激素和免疫復(fù)合物等誘導(dǎo)形成，能抑制炎癥反應(yīng)，促進(jìn)組織修復(fù)和傷口愈合[4]。 M2型巨噬細(xì)胞主要表現(xiàn)為 IL-10的高表達(dá)，精氨酸酶1的特征性表達(dá)。其次，M2效應(yīng)分子還有清道夫受體、生長因子、單核細(xì)胞趨化蛋白1、Th2趨化因子(CCL18和CCL22)等。

2Pg感染誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化

雖然脂多糖和菌毛一般被認(rèn)為是Pg的主要致病因子，但是宿主防御系統(tǒng)對于整個細(xì)菌的反應(yīng)可能有別于單一毒力因子，從而啟動一個不同的免疫反應(yīng)。Zhou等[5]研究表明，Pg菌誘導(dǎo)的小鼠腹膜巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子與單純的脂多糖和菌毛誘導(dǎo)有所不同，這在體內(nèi)經(jīng)過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)得到了類似的結(jié)果。體外研究表明，單一毒力因子和完整Pg調(diào)節(jié)M2效應(yīng)分子單核細(xì)胞趨化蛋白1和M1效應(yīng)分子IL-6 mRNA的表達(dá)是不同的。以下分別對Pg的4種毒力因子對巨噬細(xì)胞極化的作用進(jìn)行綜述。

2.1脂多糖在巨噬細(xì)胞極化中的作用脂多糖是革蘭陰性菌外膜的主要成分，是單核巨噬細(xì)胞向M1表型極化的強(qiáng)大誘導(dǎo)劑[6]。Hamedi等[7]在體外培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，Pg的脂多糖能促進(jìn)單核細(xì)胞釋放多種促炎性因子，其中包括TNF-α，而TNF-α是M1型巨噬細(xì)胞極化的主要誘導(dǎo)因子。Pg的脂多糖是人Toll樣受體2(Toll-like receptors 2，TLR2)的激動劑，能抑制宿主的免疫炎癥反應(yīng)。TLR2的激活通過磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B途徑抑制核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)p65的釋放，從而減少巨噬細(xì)胞IL-12的釋放，IL-12的高表達(dá)同時也是M1型巨噬細(xì)胞的表型特征。相反，Pg的脂多糖也會通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑，激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶 1/2信號，促進(jìn)IL-10的釋放，IL-10的高表達(dá)又是M2型巨噬細(xì)胞的表性特征[8]。Pg的脂質(zhì)A通過五酰基化異構(gòu)發(fā)揮激動TLR4的功能，五?；闹|(zhì)A與脂多糖結(jié)合蛋白和CD14形成復(fù)合物，使巨噬細(xì)胞表面的TLR4-髓樣分化蛋白2被激活，進(jìn)而通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子1信號途徑啟動巨噬細(xì)胞的M1型極化。脂多糖刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生誘導(dǎo)性一氧化氮合酶可被神經(jīng)調(diào)節(jié)素受體蛋白1抑制，此作用可能是由于轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β的泛素化激活巨噬細(xì)胞的M2表型[9]。Kang等[10]發(fā)現(xiàn)，脂多糖誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞分泌一氧化氮、干擾素γ、前列腺素E2和IL-6等可被從肉豆蔻中分離的二芳基壬烷抑制，二芳基壬烷通過抑制NF-κB 抑制蛋白激酶的磷酸化、IκBα的磷酸化與降解、NF-κB的核轉(zhuǎn)錄來抑制脂多糖誘發(fā)的NF-κB的激活。

2.2菌毛在巨噬細(xì)胞極化中的作用菌毛為細(xì)胞表面存在的比鞭毛更細(xì)、更短而直硬的絲狀物，介導(dǎo)細(xì)菌對宿主細(xì)胞和各種口腔底物、分子的黏附。它們在外周白細(xì)胞的趨化、細(xì)胞因子的分泌和炎癥相關(guān)信號通路的激活中扮演了重要角色。在巨噬細(xì)胞吞噬病原體的過程中，Pg的菌毛具有重要意義,并為進(jìn)一步研究Pg感染和宿主細(xì)胞之間的相互作用奠定基礎(chǔ)。Ogawa等[11]研究發(fā)現(xiàn)，Pg的菌毛和由菌毛亞基蛋白組成的活性肽ALTTE通過兩種途徑促進(jìn)IL-6的釋放，一種途徑是通過p38MAPK的磷酸化，活化NF-κB途徑，啟動IL-6基因轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)IL-6 mRNA的表達(dá)。另一種途徑為TLR2和CD14分子誘導(dǎo)IL-6的釋放，在此過程中脂多糖結(jié)合蛋白可協(xié)助Pg菌毛和CD14之間的相互作用。IL- 6在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮促炎作用，主要由M1型巨噬細(xì)胞分泌，M2型巨噬細(xì)胞不分泌。與CD14激活TLR2途徑不同，趨化因子受體4抑制小鼠巨噬細(xì)胞表面的TLR2途徑，Pg的菌毛可誘導(dǎo)趨化因子受體4介導(dǎo)的環(huán)腺苷酸依賴的蛋白激酶A活化，進(jìn)而抑制TLR2引起的NF-κB途徑激活，NF-κB是巨噬細(xì)胞向M1表型極化過程中的關(guān)鍵分子，NF-κB的活性抑制則介導(dǎo)了巨噬細(xì)胞向M2表型的極化[12-13]。研究證實(shí)，在炎癥后期，p50 NF-κB二聚體抑制NF-κB驅(qū)動的M1巨噬細(xì)胞的極化以及干擾素β的表達(dá)，并促使巨噬細(xì)胞向M2型極化[14]。Hajishengallis等[15]研究表明，Pg的CDE型菌毛結(jié)構(gòu)可與C3補(bǔ)體蛋白受體結(jié)合，激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2，促進(jìn)IL-10 mRNA的表達(dá)，抑制IL-12 mRNA的表達(dá)，IL-10和IL-12均為M1型巨噬細(xì)胞的表面標(biāo)志物。

2.3莢膜多糖在巨噬細(xì)胞極化中的作用莢膜多糖又稱K抗原，是Pg的一個重要致病因子，可刺激巨噬細(xì)胞分泌多種炎性介質(zhì)，也可在一定程度上抑制巨噬細(xì)胞的免疫炎癥反應(yīng)。Pg的莢膜多糖具有K1~K6六個血清型。Yamaguchi等[16]在小鼠巨噬細(xì)胞與Pg的莢膜多糖共培養(yǎng)的過程中發(fā)現(xiàn)，K1型菌株刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子的能力最強(qiáng)。Vernal等[17]研究發(fā)現(xiàn)，所有的Pg莢膜血清型均可誘導(dǎo)M1型細(xì)胞因子的表達(dá)，K1與 K2血清型的莢膜多糖可誘導(dǎo)IL-1β、IL-6、IL-12p35、IL-12p40和干擾素γ高表達(dá)。

2.4牙齦蛋白酶在巨噬細(xì)胞極化中的作用牙齦素是Pg合成并分泌的一種牙齦蛋白酶，屬梭菌蛋白酶家族，是Pg的主要毒力因子之一。牙齦素可分為兩種：牙齦蛋白酶R(gingipain R，Rgp)和牙齦蛋白酶K(gingipain K，Kgp)，Rgp又包括RgpA和RgpB 兩種形式。Rgp和Kgp具有C5 轉(zhuǎn)化酶活性，可裂解C5為具有生物活性的C5a，C5a通過細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶和磷脂酰肌醇3激酶依賴的途徑，引發(fā)下游級聯(lián)反應(yīng)啟動M2表型的相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄，負(fù)向調(diào)節(jié)TLR4和CD40誘導(dǎo)的M2型巨噬細(xì)胞IL-12家族細(xì)胞因子(IL-12和IL-23)的合成[18]。牙齦素的黏附單位可顯著上調(diào)巨噬細(xì)胞M1型促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，F(xiàn)itzpatrick等[19]將活性和非活性形式的高分子量牙齦素作用于巨噬細(xì)胞，通過基因芯片、聚合酶鏈反應(yīng)和酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)等方法檢測到干擾素γ、IL-1β、粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子等促炎性細(xì)胞因子的釋放顯著增加,認(rèn)為牙齦蛋白酶誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分化并高分泌IL-1β的過程涉及分解蛋白的機(jī)制。Grenier等[20]提出無論是活性還是熱失活的Kgp均可活化巨噬細(xì)胞，使其TNF-α的釋放增加，并呈劑量依賴性，而Kgp活化巨噬細(xì)胞釋放的IL-8并無劑量依賴性。p38αMAPK的抑制劑SB203580可不同程度地降低TNF-α和IL-8的釋放量，提示巨噬細(xì)胞可通過MAPK途徑促進(jìn)Kgp活化。M2型巨噬細(xì)胞也可通過MAPK的細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶通路的調(diào)節(jié)作用，在免疫反應(yīng)的后期明顯增多。

3結(jié)語

Pg感染后，其多種毒力因子一方面可直接造成牙周組織的損傷，另一方面可誘導(dǎo)M1型巨噬細(xì)胞的活化，分泌多種促炎性細(xì)胞因子，引發(fā)宿主的免疫損傷。Pg在某種程度上也可抑制M1的表達(dá)，誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞的抗炎效應(yīng)，有利于損傷牙周組織的修復(fù)與重建。最新的研究表明，慢性牙周炎主要是由宿主的免疫應(yīng)答引起的，了解巨噬細(xì)胞的極化特點(diǎn)，調(diào)節(jié)M1與M2型極化狀態(tài)，探討Pg在牙周炎發(fā)生、發(fā)展作用的詳盡機(jī)制，可以此為靶點(diǎn)為牙周病的防治提供新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1]Hajishengallis G,Darveau RP,Curtis MA.The keystone-pathogen hypothesis[J].Nat Rev Microbiol, 2012,10(10):717-725.

[2]Romo N,Magri G,Muntasell A,etal.Natural killer cell-mediated response to human cytomegalovirus-infected macrophages is modulated by their functional polarization[J].J Leukoc Biol,2011, 90(4):717-726.

[3]Brüne B,Dehne N,Grossmann N,etal.Redox control of inflammation in macrophages[J].Antioxid Redox Signal, 2013,19(6):595-637.

[4]Wynn TA,Barron L,Thompson RW,etal.Quantitative assessment of macrophage functions in repair and fibrosis[J].Curr Protoc Immunol,2011.

[5]Zhou Q,Desta T,Fenton M,etal.Cytokine profiling of macrophages exposed to Porphyromonas gingivalis,its lipopolysaccharide,or its FimA protein[J].Infect Immun,2005,73(2):935-943.

[6]Pena OM,Pistolic J,Raj D,etal.Endotoxin tolerance represents a distinctive state of alternative polarization(M2) in human mononuclear cells[J].J Immunol,2011,186(12):7243-7254.

[7]Hamedi M,Belibasakis GN,Cruchley AT,etal.Porphyromonas gingivalis culture supernatants differentially regulate Interleukin-1β and Interleukin-18 in human monocytic cells[J].Cytokine,2009,45(2):99-104.

[8]Martin M,Schifferle RE,Cuesta N,etal.Role of the phosphatidylinositol 3 kinase-Akt pathway in the regulation of IL-10 and IL-12 by Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide[J].J Immunol,2003, 171(2):717-725.

[9]Ye S,Xu H,Jin J,etal.The E3 ubiquitin ligase neuregulin receptor degradation protein 1 (Nrdp1) promotes M2 macrophage polarization by ubiquitinating and activating transcription factor CCAAT/enhancer-binding Protein β (C/EBPβ)[J].J Biol Chem,2012,287(32):26740-26748.

[10]Kang J,Tae N,Min BS,etal.Malabaricone C suppresses lipopolysaccharide-induced inflammatory responses via inhibiting ROS-mediated Akt/IKK/NF-κB signaling in murine macrophages[J].Int Immunopharmacol,2012,14(3):302-310.

[11]Ogawa T,Asai Y,Hashimoto M,etal.Bacterial fimbriae activate human peripheral blood monocytes utilizing TLR2,CD14and CD/CDas cellular receptors[J].Eur J Immunol,2002,32(9): 2543-2550.

[12]Hajishengallis G,Wang M,Liang S.Induction of distinct TLR2-mediated proinflammatory and proadhesive signaling pathways in response to Porphyromonas gingivalis fimbriae[J].J Immunol,2009, 182(11):6690-6696.

[13]Wang M,Shakhatreh MA,James D,etal.Fimbrial proteins of Porphyromonas gingivalis mediate in vivo virulence and exploit TLR2 and complement receptor 3 to persist in macrophages[J].J Immunol,2007,179 (4):2349-2358.

[14]Porta C,Rimoldi M,Raes G,etal.Tolerance and M2 (alternative) macrophage polarization are related processes orchestrated by p50 nuclear factor κB[J]. Proc Natl Acad Sci,2009,106(35): 14978-14983.

[15]Hajishengallis G,Wang M,Liang S,etal.Subversion of innate immunity by periodontopathic bacteria via exploitation of complement receptor-3[J].Adv Exp Med Biol,2008,632:203-219.

[16]Yamaguchi M,Sato K,Yukitake H,etal.A Porphyromonas gingivalis mutant defective in a putative glycosyltransferase exhibits defective biosynthesis of the polysaccharide portions of lipopolysaccharide,decreased gingipain activities, strong autoaggregation,and increased biofilm formation[J].Infect Immun,2010,78(9): 3801-3812.

[17]Vernal R,León R,Silva A,etal.Differential cytokine expression by human dendritic cells in response to different Porphyromonas gingivalis capsular serotypes[J].J Clin Periodontol,2009,36(10): 823-829.

[18]Hawlisch H,Belkaid Y,Baelder R,etal.C5a negatively regulates toll-like receptor 4-induced immune responses[J].Immunity,2005,22(4):415-426.

[19]Fitzpatrick RE,Aprico A,Wijeyewickrema LC,etal.High molecular weight gingipains from Porphyromonas gingivalis induce cytokine responses from human macrophage-like cells via a nonproteolytic mechanism[J].J Innate Immun,2009,1(2):109-117.

[20]Grenier D,Tanabe S.Porphyromonas gingivalis gingipains trigger a proinflammatory response in human monocyte-derived macrophages through the p38α mitogen-activated protein kinase signal transduction pathway[J].Toxins,2010,2(3):341-352.

The Research Progress in Polarization of Macrophage and the Effect of Porphyromonas Gingivalis on the Macrophage Polarization

YUHai-yan1,2,GAOAi-chao1,2,LINa1,2,YUWei-xian1,2.

(1.KeyLaboratoryofToothDevelopmentandJawBoneRemodelingandRegeration,SchoolofStomatology,JilinUniversity,Changchun130021,China; 2.DepartmentofPeriodontics,StomatologyHospital,JilinUniversity,Changchun130021,China)

Abstract:Porphyromonas gingivalis(Pg) is an important pathogen of chronic periodontitis,and cell wall and products of the bacterium,such as lipopolysaccharides,fimbriae,capsule polysaccharide and gingipains are the virulence factors.These factors play an important role in the induction of innate and acquired immune response,such as the polarization of macrophages and the release of inflammatory cytokines.Polarized macrophages play an important role in the progress of inflammation,tissue damage,inhibition of inflammation,restoration and reconstruction of damaged tissue.So in order to find a new way for the treatment of periodontitis,here is to make a review of the polarization characteristics of macrophage and the effect of Pg on the macrophage polarization.

Key words:Macrophage; Polarization; Porphyromonas gingivalis

收稿日期：2014-03-20修回日期：2014-08-04編輯：伊姍

基金項目：吉林省自然科學(xué)基金(201115104)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.014

中圖分類號：R781.4； R392

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)07-1187-03