補(bǔ)體系統(tǒng)在種植體周圍疾病發(fā)生發(fā)展過程中作用的研究進(jìn)展

許彤彤，謝麗麗，蔡 青，王鶴齡，全 旭,2，崔云霞,2，張慧彥,2，孟維艷

(1.吉林大學(xué)口腔醫(yī)院口腔種植科，吉林 長春 130021；2.吉林省牙發(fā)育及頜骨重塑與再生重點實驗室，吉林 長春 130021；3.吉林大學(xué)口腔醫(yī)院老年口腔科，吉林 長春 130021)

隨著口腔醫(yī)學(xué)的不斷進(jìn)步以及人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，被稱作是人類“第三副牙齒”的種植義齒逐漸被越來越多的牙列損失和無牙頜患者所青睞。雖然目前臨床統(tǒng)計種植體10年留存率可達(dá)97.1%[1]，然而種植體周圍黏膜炎及種植體周圍炎仍是導(dǎo)致種植義齒修復(fù)失敗的主要原因[2]。可能導(dǎo)致種植體周圍炎的危險因素有許多，但目前公認(rèn)的最主要的致病因素是種植體頸部所形成的菌斑生物膜。根據(jù)2008 年第六屆歐洲牙周病學(xué)研討會[3]的觀點：種植體周圍黏膜炎僅發(fā)生于種植體周圍軟組織，而種植體周圍炎同時累及軟硬組織，主要表現(xiàn)為種植體周軟組織紅腫溢膿以及支持骨組織的吸收破壞，甚至種植體松動等。種植體周圍組織與天然牙周組織不僅在生物學(xué)特點等方面存在一定相似性，而且在疾病的發(fā)生發(fā)展過程方面也十分相似。報道[4]顯示：曾有牙周病史的患者植入種植體后，種植體周圍炎患病風(fēng)險大大增加，說明種植體周圍炎與牙周炎存在一定的關(guān)聯(lián)性。研究[5]顯示：有牙周炎病史的患者種植體邊緣骨喪失量更大，且預(yù)后較牙周健康者差。由于無貫通于天然牙牙骨質(zhì)和牙齦結(jié)締組織中的齦牙纖維組織相比天然牙與牙齦組織中存在的連接，種植體頸部僅有的環(huán)行纖維不易阻擋致病菌及其代謝產(chǎn)物，因而更容易受到侵襲，且一旦發(fā)病進(jìn)展更為迅速[6-7]。補(bǔ)體系統(tǒng)是宿主體內(nèi)固有免疫應(yīng)答的重要組成部分。Damgaard等[8]研究顯示：在牙周炎患者的齦溝液中存在大量補(bǔ)體成分，如C1q、C3、C4、C5、C5a、C5b、C9和B因子等。文獻(xiàn)[9-10]報道：補(bǔ)體C3和C5a及其受體在牙周炎中可能參與效應(yīng)通路。然而，目前國內(nèi)并無關(guān)于補(bǔ)體在種植體周圍疾病進(jìn)展過程中作用的相關(guān)研究，國外也未見相關(guān)綜述報道。本文就補(bǔ)體在種植體周圍疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用做一簡要綜述。

1 補(bǔ)體系統(tǒng)及其對種植體周圍致病菌的作用

補(bǔ)體是存在于正常人和動物組織液及細(xì)胞表面的一組經(jīng)活化后具有溶菌溶細(xì)胞活性的蛋白質(zhì)，是固有免疫的重要組成成分，可參與固有免疫與特異性免疫的效應(yīng)階段。補(bǔ)體系統(tǒng)根據(jù)不同的生物學(xué)功能，可分為補(bǔ)體固有成分、補(bǔ)體調(diào)控成分和補(bǔ)體受體。補(bǔ)體固有成分是指存在于齦溝液或體液中、參與補(bǔ)體級聯(lián)激活反應(yīng)的成分，包括C1q、C4、P因子和甘露糖結(jié)合凝集素(MBL)以及參與共同途徑的C3、C5、C6、C7和C9等。這些補(bǔ)體固有成分可以與一些存在于不同細(xì)胞表面、介導(dǎo)多種生物效應(yīng)的補(bǔ)體受體(如CR1、CR3、CR5、C3aR和C5aR等)結(jié)合，發(fā)揮免疫效應(yīng)。在感染、組織損傷和炎癥狀態(tài)下，血漿補(bǔ)體成分水平升高，活化的補(bǔ)體成分可以通過補(bǔ)體3種不同途徑在靶細(xì)胞膜表面形成膜攻擊復(fù)合體(membrane attack complex，MAC)，使靶細(xì)胞破裂。此外補(bǔ)體系統(tǒng)對于適應(yīng)性免疫也具有一定調(diào)控作用。在全身感染性疾病中，Yuan等[11]發(fā)現(xiàn)：由于腹部敗血癥感染而導(dǎo)致的C3耗竭患者血漿中C3水平與疾病的嚴(yán)重程度呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系；而外源性施用人C3蛋白明顯改善了結(jié)腸上皮支架腹膜炎模型小鼠48 h內(nèi)的存活率[12]。另外，補(bǔ)體活化過程中可以形成C5a、C3a和C4a等過敏毒素，使肥大細(xì)胞或嗜堿性粒細(xì)胞脫顆粒，釋放組胺和其他血管活性物質(zhì)，增加血管通透性，介導(dǎo)局部炎癥反應(yīng)。

種植體周圍健康狀況與種植體周圍細(xì)菌數(shù)量和組成有關(guān)。臨床上使用菌斑指數(shù)作為評價細(xì)菌數(shù)量的診斷標(biāo)準(zhǔn)。牙周組織健康時，細(xì)菌數(shù)量較少，且多為需氧菌或兼性厭氧菌的革蘭陽性鏈球菌和放線菌。當(dāng)炎癥出現(xiàn)時，齦下菌斑數(shù)量和革蘭陰性菌數(shù)量明顯增加，并且以活動桿菌和螺旋體占優(yōu)勢。目前公認(rèn)的與種植體周圍和牙周疾病相關(guān)的致病菌主要包括牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonasgingivalis，P.gingivalis)、中間普氏菌(Prevotellaintermedia，P.intermedia)、伴放線放線桿菌(Actinobacillusactinomycetemcomitan，A.actinomycetemcomitan)及密螺旋體(Treponemadenticola，T.denticola)。

P.gingivalis是一種非酵解糖的革蘭陰性厭氧菌，是目前公認(rèn)的牙周疾病主要致病菌,其分泌的許多毒力因子(如牙齦素、膠原酶等)均可對牙周組織產(chǎn)生破壞作用。研究[13]證實：P.gingivalis可以誘導(dǎo)產(chǎn)生C5a，但在牙齦素基因缺失時小鼠體內(nèi)無法產(chǎn)生C5a，這充分說明了牙齦素與C5a之間的聯(lián)系。P.gingivalis分泌的牙齦素包括精氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶牙齦蛋白酶R(gingipainR,Rgp)和賴氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶牙齦蛋白酶K(gingipainK，Kgp)，其中RgpA和RgpB能促進(jìn)凝血酶原形成凝血酶，而凝血酶具有C5轉(zhuǎn)化酶活性，可以促進(jìn)C5裂解。研究[14]顯示：與野生型小鼠比較，C3缺失的小鼠感染P.gingivalis7 d后細(xì)菌總數(shù)增加，而感染42 d后細(xì)菌總數(shù)比野生型明顯減少，說明在感染P.gingivalis的不同時期，牙齦素對于補(bǔ)體的作用可能不同：感染初期時僅有少量P.gingivalis存在，此時補(bǔ)體活化但P.gingivalis并未被徹底消滅，原因可能是P.gingivalis可以通過補(bǔ)體受體進(jìn)入巨噬細(xì)胞，逃逸了補(bǔ)體的殺傷作用[15]；或是P.gingivalis通過補(bǔ)體受體黏附于紅細(xì)胞[16]，使其不僅逃過吞噬細(xì)胞的攻擊，還能以紅細(xì)胞作為載體轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，增加了引發(fā)其他疾病的可能性。感染的后期階段，P.gingivalis釋放的牙齦素濃度到達(dá)一定水平，RgpA可通過菌體表面捕獲C4結(jié)合蛋白(C4b-binding protein，C4bBP)，加速C3轉(zhuǎn)化酶的降解，從而減少補(bǔ)體的活化及其殺菌活動，也保護(hù)了生物膜中的敏感菌種。反過來，被細(xì)菌蛋白酶和膠原酶等胞外蛋白酶破壞的牙周組織還能進(jìn)一步為生物膜中的細(xì)菌提供營養(yǎng)物質(zhì)，有利于細(xì)菌進(jìn)一步增殖。

P.intermedia對于補(bǔ)體的作用主要通過細(xì)胞外蛋白酶(interpain A,InpA)作用于C3并促進(jìn)C3a的釋放[17]。與牙齦素類似，低濃度InpA對于補(bǔ)體激活的作用表現(xiàn)為促進(jìn)，而高濃度InpA則抑制補(bǔ)體激活[8]。P.intermedia也可以與補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白C4bBP和H因子、I因子結(jié)合分別下調(diào)C4b、C3b，抑制補(bǔ)體反應(yīng)[18]。隨著與生物膜之間距離的逐漸增加，牙周組織中牙齦素和InpA濃度逐漸減低，牙周組織外部補(bǔ)體活化，不僅擴(kuò)散了這種炎癥的狀態(tài)，還使生物膜內(nèi)細(xì)菌的數(shù)量不斷增加。

致病菌可能通過產(chǎn)生胞外蛋白酶調(diào)節(jié)補(bǔ)體的活化，而補(bǔ)體反應(yīng)的激活可能會直接或間接導(dǎo)致口腔菌群組成和數(shù)量的改變。在10～12周齡小鼠口服接種P.gingivalis的實驗[19]中，野生型小鼠生物膜上厭氧細(xì)菌數(shù)量整體增加，而在C3aR和C5aR基因敲除小鼠中，加入P.gingivalis后菌群數(shù)量未見明顯改變。研究[20]表明：H因子的某片段可以與T.denticola表面維持結(jié)合狀態(tài)，因此T.denticola可以逃逸補(bǔ)體活化的旁路途徑。A.actinomycetemcomitan表面的膜外蛋白Omp100可以通過誘捕H因子抑制C3b活性和MAC在細(xì)菌表面上沉積，從而增加其生存率[21]。研究[22]顯示：福賽坦氏菌T.forsythia可以利用其蛋白酶Karilysin降低MBL和C4，抑制經(jīng)典途徑和凝集素途徑，并且Karilysin可與牙齦素和InpA協(xié)同保護(hù)生物膜內(nèi)其他敏感菌屬。

2 補(bǔ)體系統(tǒng)促進(jìn)種植體周圍軟組織細(xì)胞的炎癥反應(yīng)

種植體周圍致病菌一旦突破或逃避了免疫防御機(jī)制形成感染源后，會導(dǎo)致種植體周圍疾病的發(fā)生。種植體周圍炎癥首先表現(xiàn)為僅累及種植體周圍軟組織的可逆性炎癥，出現(xiàn)軟組織腫脹發(fā)紅、探診出血、種植體周圍結(jié)合上皮附著喪失等癥狀。

TGF-β家族為多功能性蛋白，有利于血管生成和纖維發(fā)生。Verardi等[23]收集了10例種植后炎癥較重患者和10名健康、無系統(tǒng)疾病志愿者的種植體周圍肉芽組織后進(jìn)行成纖維細(xì)胞培養(yǎng)，在未使用C1q刺激時，種植體周圍炎成纖維細(xì)胞表達(dá)的轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)濃度低于牙周炎；使用C1q刺激后，種植體周圍炎患者TGF-β表達(dá)水平明顯增加，TGF-β有抑制上皮細(xì)胞形成的作用，間接說明種植體周圍結(jié)合上皮的附著喪失可能與補(bǔ)體的刺激有關(guān)。另外，P.gingivalis可以使口腔上皮細(xì)胞膜上的補(bǔ)體負(fù)調(diào)節(jié)蛋白CD46減少和脫落，脫落CD46的上皮細(xì)胞一方面對于補(bǔ)體敏感性增加，袋內(nèi)的上皮屏障被破壞并使細(xì)菌侵入下層組織甚至波及全身，另一方面上皮細(xì)胞分泌IL-8并募集粒細(xì)胞[8]，使相應(yīng)位置出現(xiàn)炎癥反應(yīng)。但是在炎癥狀態(tài)下，上皮細(xì)胞卻上調(diào)了CD46、CD55和CD59的表達(dá)，這可能是宿主細(xì)胞防止自身被過度活化的補(bǔ)體溶解的反應(yīng)[24]。

Verardi等[23]使用了C1q刺激種植體周圍炎患者成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)VEGF的表達(dá)水平增加了7倍。VEGF主要能促進(jìn)新血管生成，并可以活化和協(xié)同多信號通路，這可能與損傷處長期存在炎性滲出導(dǎo)致炎癥處齦溝液流量增加有關(guān)。

3 補(bǔ)體系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)骨細(xì)胞的生物學(xué)行為影響骨改建

當(dāng)早期種植體周圍黏膜炎未得到及時有效的控制時，種植體周圍病變將進(jìn)一步向更深處發(fā)展，累及骨組織后將造成牙槽骨吸收甚至種植體脫落。牙槽骨的結(jié)構(gòu)與身體其他骨骼一樣，主要由成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間的相互作用保持骨的穩(wěn)定，一旦這種動態(tài)平衡被打破，牙槽骨則發(fā)生改建。

3.1 補(bǔ)體促進(jìn)成骨細(xì)胞的遷移和分化并促進(jìn)炎性因子的分泌 Ignatius等[25]發(fā)現(xiàn)：在健康人成骨細(xì)胞、骨細(xì)胞和骨折大鼠的成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞及軟骨樣細(xì)胞中存在C5aR。當(dāng)活化的補(bǔ)體與骨細(xì)胞表面受體結(jié)合后，一方面激活骨細(xì)胞內(nèi)信號通路[26-27]，另一方面可以使促炎因子IL-6和IL-8分泌增加[28]，從而影響成骨細(xì)胞對于炎癥的調(diào)控。當(dāng)補(bǔ)體缺失時可能會影響骨愈合。一項動物實驗[29]表明：骨折早期C3和C5缺失的小鼠均有新骨形成，21 d后，僅C5缺失的小鼠骨修復(fù)明顯減少,而僅C3缺失的小鼠此時仍然能正常進(jìn)行骨愈合。因此猜測C5是骨愈合的重要因子，并且可能有一些外源性途徑可以生成C5，如凝血酶原途徑。

另外補(bǔ)體過敏毒素可以影響骨細(xì)胞的遷移。C3a和C5a濃度越高，對于間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)的趨化作用越強(qiáng)[27]。C5a對于成骨細(xì)胞也有趨化作用，并且這種趨化作用比對于MSC的作用更加明顯。研究[25]表明：MSC骨化時，補(bǔ)體調(diào)控成分CD46、CD59和補(bǔ)體受體C5aR表達(dá)增加，而CD46和CD59在成骨細(xì)胞骨化時的調(diào)控作用更強(qiáng)，表明骨細(xì)胞系中成熟細(xì)胞對于補(bǔ)體的作用更加敏感[30]。Matsuoka等[31]發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞產(chǎn)生的C3a能刺激成骨細(xì)胞的分化，在成熟破骨細(xì)胞的條件培養(yǎng)基中加入成骨細(xì)胞后，成骨細(xì)胞堿性磷酸酶(ALP)活性及ALP染色明顯增加，而加入骨髓巨噬細(xì)胞(BMM)的培養(yǎng)基或空白培養(yǎng)基則無此作用，ELISA檢測發(fā)現(xiàn)該成骨細(xì)胞生長刺激因子為C3a，這說明破骨細(xì)胞可以分泌C3a，并且具有促進(jìn)成骨細(xì)胞生長分化的作用。

3.2 補(bǔ)體與破骨細(xì)胞相互促進(jìn) 研究[28,32]表明：補(bǔ)體是通過直接或間接作用促進(jìn)破骨細(xì)胞形成。破骨細(xì)胞由多核巨細(xì)胞(multinuclear giant cell, MNGC)組成，通過分泌組織蛋白酶K和膠原溶解組織蛋白酶等溶酶體酶降解無機(jī)質(zhì)，使骨基質(zhì)內(nèi)的膠原纖維裸露，造成骨質(zhì)吸收。Tu等[32]發(fā)現(xiàn)：與野生型小鼠比較，C3(-/-)小鼠破骨細(xì)胞表達(dá)量更少。在間接作用方面，C3(-/-)小鼠在VD刺激下，骨髓細(xì)胞中表達(dá)巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)和核因子κB受體活化因子配體/骨保護(hù)素(RANKL/OPG)較少，這說明C3a和C5a刺激成骨細(xì)胞中RANKL的表達(dá)，間接促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成。然而在無RANKL存在時，C3a和C5a刺激的單核細(xì)胞也可以形成破骨樣細(xì)胞[28]，說明補(bǔ)體系統(tǒng)與破骨細(xì)胞之間的作用通路不止一條。另外，Ignatius等[28]發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞可以直接裂解C5，說明C5除了已知活化的3種途徑外，還可以被破骨細(xì)胞直接活化。

4 展 望

目前，鈦種植體被認(rèn)為是一種“惰性”材料，放入體內(nèi)后應(yīng)通過平穩(wěn)的傷口愈合過程而形成良好的骨整合。從免疫學(xué)的角度來看，任何材料進(jìn)入機(jī)體后，材料表面都會發(fā)生蛋白質(zhì)的吸附，從而在一定程度上激活免疫系統(tǒng)。研究[33]顯示：免疫介導(dǎo)的異物反應(yīng)失衡可能也是種植體周圍骨質(zhì)流失的原因。在異物進(jìn)入體內(nèi)的早期階段無明確的觸發(fā)因素，但補(bǔ)體系統(tǒng)可能發(fā)揮關(guān)鍵作用。體內(nèi)外實驗[34-36]表明：植入后鈦表面增加了補(bǔ)體蛋白的結(jié)合。許多炎性和免疫細(xì)胞表面能表達(dá)補(bǔ)體受體，因此在植入的早期階段，即使沒有致病菌的作用，種植體表面黏附的補(bǔ)體蛋白也可能被免疫系統(tǒng)識別，從而引發(fā)一系列反應(yīng)。為此有研究者在植入物的保護(hù)涂層中加入了補(bǔ)體抑制劑[37]。

目前一些臨床試驗中已經(jīng)應(yīng)用補(bǔ)體抑制劑進(jìn)行了相關(guān)的研究[38]。有學(xué)者[27]在猿猴模型上局部使用C3抑制劑可以觀察到牙周炎骨喪失明顯減少。在由絲線誘導(dǎo)的牙周炎模型中，局部注射C5a受體拮抗劑可以顯著性地下調(diào)炎性因子TNF-α、 IL-1β、 IL-6 和IL-17的表達(dá)水平，減少骨吸收，預(yù)防牙周炎的形成[39]，這說明使用補(bǔ)體抑制劑不僅有控制和治療作用，更在一定程度上可達(dá)到預(yù)防疾病的目的，這對于患病的高危人群是十分有意義的。

綜上所述，補(bǔ)體系統(tǒng)在一定程度上會影響種植體周圍疾病的發(fā)生發(fā)展過程，然而其具體機(jī)制仍需今后進(jìn)一步明確。