中性粒細胞在牙周炎和糖尿病雙向關系中作用的研究進展

張冬霞，林 江

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院口腔科， 哈爾濱 150001)

近年來，牙周炎與糖尿病的關系受到極大關注，其原因在于兩者相互影響、相互制約。牙周炎是牙周支持組織的一種常見慢性炎癥性疾病。據(jù)流行病學數(shù)據(jù)統(tǒng)計，約10%的成年人患有晚期牙周炎，這是導致牙齒松動和早失的主要原因[1]。許多學者認為，牙周炎是糖尿病的第六大并發(fā)癥[2-4]。而Taylor和Borgnakke[5]證明，牙周炎可以抑制糖類代謝并增加糖尿病的發(fā)生風險，是糖尿病患者的一個危險因素。臨床中，糖尿病患者的血糖控制不良時牙周炎的患病率、嚴重程度和進展速度均增加[5-6]。通常患有糖尿病的患者同時存在嚴重的廣泛性牙周炎，它會成為慢性炎癥的來源，可能對血糖控制產生不良影響[7]。有研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病伴牙周炎患者機體會發(fā)生許多改變，尤其是中性粒細胞的功能改變在兩種疾病的發(fā)生發(fā)展中均發(fā)揮重要作用[8-9]?，F(xiàn)就中性粒細胞在牙周炎和糖尿病雙向關系中作用的研究進展予以綜述。

1 中性粒細胞在牙周炎和糖尿病中的作用

中性粒細胞是機體炎癥反應和免疫應答的主要參與者，在正常情況下，通過上皮屏障的單個微生物能被中性粒細胞有效清除。中性粒細胞對微生物的破壞作用涉及一系列機制，主要包括黏附作用、趨化作用、吞噬作用、釋放抗菌物質和形成胞外殺菌網(wǎng)絡[10]。但由于宿主自身免疫因素或牙周致病菌導致的中性粒細胞功能過強或過弱與牙周炎，特別是與全身疾病(糖尿病、心血管疾病、免疫系統(tǒng)疾病、胃腸道疾病等)患者牙周炎的發(fā)生緊密相連。糖尿病是一種最常見的慢性內分泌疾病，其特點為代謝紊亂，尤其是糖代謝紊亂。糖尿病可分為1型和2型兩種，其中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)最常見(占90%)[11]。大多數(shù)關于牙周炎和糖尿病之間聯(lián)系的研究集中在T2DM上，這可能由于這兩種疾病通常在40～50多歲人群中高發(fā)。然而，1型糖尿病患者患牙周炎的風險亦增加，且多為兒童和青少年[12]。因此，無論青少年還是成年人糖尿病患者均應被視為患牙周炎風險較高的患者，尤其是在血糖控制不佳的情況下更應被重視。

1.1中性粒細胞在牙周炎中的功能改變 在牙周炎中，關于中性粒細胞功能可能受損的研究最早集中在對細菌衍生的趨化肽N-甲酰-L-甲硫氨酰-L-白氨酰-L苯丙氨酸信號相關的趨化性受損上，這些研究大多是在外周血中性粒細胞上進行。研究顯示，有相當大比例侵襲性牙周炎患者(72%～86%)趨化肽N-甲酰-L-甲硫氨酰-L-白氨酰-L苯丙氨酸模式相關的趨化性(定向遷移)下降到10-9～10-7，但隨機遷移沒有改變或增加[13]。而學者更加關注牙周炎患者基礎治療前后中性粒細胞趨化性的變化。如Kumar和Prakash[14]在侵襲性牙周炎和慢性牙周炎患者中均觀察到，中性粒細胞和單核細胞的趨化性降低，且兩組患者在牙周治療后趨化性升高，雖然升高幅度較小，但證實牙周治療存在一定的治療效果。另有研究也證明了慢性牙周炎與中性粒細胞趨化性降低有關，且通過成功治療慢性牙周炎，中性粒細胞趨化性得到部分恢復[15]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞趨化功能障礙可能通過增加組織轉運時間使牙周炎患者易患上牙周炎，從而加重中性粒細胞介導的側支組織損傷[15]。

除中性粒細胞趨化性受損外，有研究顯示局部或全身性侵襲性牙周炎患者中性粒細胞的吞噬功能和殺傷能力也受損[16]。中性粒細胞的吞噬功能受損會導致細菌的積累、細菌清除的延遲和口腔微生物穩(wěn)態(tài)的紊亂[17]。此外，大多數(shù)數(shù)據(jù)支持中性粒細胞過度活躍和啟動這一觀點，它會導致牙周炎組織破壞的增加。這種引發(fā)可能與中性粒細胞的黏附性和超氧化物歧化酶的釋放增加有關，且與較高的氧化爆發(fā)高度相關。Ling等[18]已證實，慢性牙周炎患者外周血中性粒細胞釋放的超氧化物歧化酶極度活躍，并對牙周病原體呈高反應性。

1.2中性粒細胞在糖尿病中的功能改變 T2DM通過減少膠原轉換，降低中性粒細胞的趨化性和吞噬功能。有文獻報道，無論血糖控制與否，T2DM患者的中性粒細胞趨化性均會降低，但經(jīng)胰島素治療中性粒細胞吞噬功能降低可得到一定的改善[19]。中性粒細胞將微生物有效清除后，其自身也將被清除，從而達到炎癥消退和穩(wěn)態(tài)恢復的目的。通常中性粒細胞在炎癥部位發(fā)生自發(fā)性凋亡，隨后介導巨噬細胞清除凋亡的中性粒細胞[20]。Sudo等[21]通過測定胱天蛋白酶(caspase)3的陽性率發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，糖尿病組有遲發(fā)性的中性粒細胞凋亡，且糖尿病患者中性粒細胞產生的抗凋亡細胞因子水平較高。研究表明，糖尿病組和非糖尿病組小鼠中性粒細胞自發(fā)凋亡存在顯著差異[22]。中性粒細胞凋亡延遲不僅表現(xiàn)在糖尿病患者中，還在慢性牙周炎中被證實[23]。Manosudprasit等[24]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，T2DM組的中性粒細胞自發(fā)性凋亡反應明顯延遲，且血糖控制不佳對中性粒細胞自發(fā)性凋亡有明顯的延緩作用，但糖尿病病程對中性粒細胞自發(fā)性凋亡的影響不顯著。

1.3中性粒細胞在糖尿病伴牙周炎患者中的功能改變 基于以上研究結果，人們開始進一步研究糖尿病和牙周炎共患病患者的中性粒細胞特性。研究表明，糖尿病伴牙周炎患者的中性粒細胞趨化[25]和吞噬功能降低[26]、細胞凋亡延遲[24]等功能缺陷均較正常人、單純牙周炎及單純糖尿病患者嚴重。這與牙周炎的嚴重程度及血糖控制情況密切相關。與糖尿病伴輕度牙周炎患者相比，糖尿病伴重度牙周炎患者的中性粒細胞趨化功能更低，且與血糖控制較好的伴糖尿病的慢性牙周炎患者和無糖尿病的慢性牙周炎患者相比，血糖控制不佳的伴糖尿病的慢性牙周炎患者中性粒細胞釋放的超氧化物明顯增多，中性粒細胞蛋白激酶C的活性明顯增強[25]。另有研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病伴牙周炎患者的脫顆粒物質釋放亦增加[27]。

2 中性粒細胞在牙周炎和糖尿病雙向關系中的作用機制

2.1趨化和吞噬功能降低 中性粒細胞功能的改變與牙周致病菌的入侵緊密相連。有研究發(fā)現(xiàn)，牙齦卟啉單胞菌可以分泌磷酸絲氨酸轉氨酶(phosphoserine aminotransferase,SerB)，SerB蛋白可以抑制上皮細胞分泌白細胞介素(interleukin，IL)-8[28]。而有研究證實，IL-8是中性粒細胞的趨化因子[29]。因此當牙齦卟啉單胞菌入侵時，中性粒細胞可能不能及時有效地殺滅牙周致病菌，從而導致牙周炎的發(fā)生；而對SerB基因突變體感染的大鼠(即缺乏SerB)進行研究發(fā)現(xiàn)，大鼠牙齦組織中中性粒細胞的募集較野生型細菌感染大鼠增加，提示牙周炎大鼠局部中性粒細胞趨化反應不足[28]。這可能由于牙齦卟啉單胞菌分泌SerB蛋白，SerB蛋白抑制趨化因子IL-8的分泌所致。同時，有學者還發(fā)現(xiàn)T2DM伴牙周炎患者經(jīng)基礎治療后，β-葡萄糖醛酸酶(一種催化復雜碳水化合物分解的糖苷酶，由中性粒細胞產生)和趨化因子IL-8的水平較單純牙周炎患者降低，提示局部中性粒細胞趨化反應不足[30]。這可能由于趨化因子梯度改變所致，且糖尿病加重了牙周炎患者趨化因子分泌不足這一缺陷，這也可能是糖尿病罹患牙周炎的原因之一。中性粒細胞趨化功能降低對牙周組織的危害性較大，導致局部炎癥信號傳達不足，中性粒細胞源源不斷地從骨髓細胞中輸出，在外周血中大量聚集，使機體形成過度免疫應答，最終導致牙周組織的損害。

2.2抗菌物質釋放增加 中性粒細胞釋放的抗菌物質主要包括活性氧類和顆粒物質。顆粒物質又包括基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-8、明膠酶、髓過氧化物酶、中性粒細胞絲氨酸蛋白酶和抗菌肽(α-防御素和人源陽離子抗菌肽-18)。在一項試驗性牙齦炎研究中，與非糖尿病對照組相比，1型糖尿病組患者齦溝液中的IL-1β和MMP-8水平明顯升高[31]。在糖尿病小鼠的研究中，學者發(fā)現(xiàn)高血糖導致了過度的炎癥反應及白細胞的邊緣化和超氧物質的產生[32]。這提示，糖尿病狀態(tài)可能導致白細胞出現(xiàn)功能缺陷，表現(xiàn)為牙齦組織中性粒細胞的積累和超氧化物的釋放增加，并最終導致牙周組織損傷。有研究表明，血糖控制不佳的糖尿病伴慢性牙周炎患者中性粒細胞經(jīng)波酯肉豆蔻酸酯刺激后釋放的超氧物質明顯增多，中性粒細胞的蛋白激酶C活性明顯增強[25]。蛋白激酶C可以調節(jié)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的活性，而還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的激活可誘導活性氧類的產生[33]。這提示，高血糖可誘導中性粒細胞啟動，其特點為蛋白激酶C活性增強，超氧化物釋放增加?；钚匝躅?超氧化物)的產生可導致促炎細胞因子的表達上調，它可以通過誘導核因子κB的激活或促分裂原活化的蛋白激酶途徑加速骨質吸收[34]。

目前，氧化應激被認為是糖尿病伴牙周炎的主要致病因素之一[35]。氧化應激的特點是活性氧類的過度產生和抗氧化劑的相對缺乏[36]。活性氧類活化后產生的有害產物通常被用來評估氧化應激相關疾病的后果，如3-硝基酪氨酸、4-羥基-2-非烯醇和 8-羥基脫氧鳥苷分別被用來評價蛋白質氧化損傷、脂質過氧化和DNA氧化損傷。Li等[37]對單純牙周炎、單純糖尿病、糖尿病伴牙周炎患者和健康者進行研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎可明顯增強局部氧化損傷，而糖尿病可顯著增加全身氧化損傷，抑制抗氧化能力(丙二醛表達增加，超氧化物歧化酶活性降低)，同時兩種疾病協(xié)同加重了局部和全身氧化損傷。此外，糖尿病伴牙周炎患者的抗氧化轉錄因子(核轉錄因子紅系2相關因子2)基因和蛋白表達亦明顯下調[38]。核轉錄因子紅系2相關因子2是調節(jié)大量抗氧化劑和解毒酶的關鍵轉錄因子[38-39]。以上結果提示，局部和全身氧化損傷的增強和核轉錄因子紅系2相關因子2的下調在糖尿病牙周炎的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。

Zeidán-Chuliá等[27]通過收集有關MMP-7在T2DM與廣泛性牙周炎中相互作用的證據(jù)發(fā)現(xiàn)，T2DM和廣泛性牙周炎患者牙齦組織中的MMP-7表達增加。MMP-7對免疫反應的調節(jié)既有有益作用，也有破壞性作用。MMP-7刺激中性粒細胞的再上皮化和經(jīng)皮遷移，從而分別參與傷口愈合和炎癥反應[33]。同時他們還發(fā)現(xiàn)，MMP-7的表達增加與高血糖活性氧類激活有關，MMP-7的表達受到抑制時，會影響牙齦中性粒細胞的轉歸。

2.3凋亡延遲 中性粒細胞是血液中最豐富的免疫細胞，當發(fā)生炎癥反應時，大量的中性粒細胞向炎癥部位聚集，雖然在正常情況下中性粒細胞可以有效殺滅致病菌，但中性粒細胞凋亡延遲導致其分泌和凋亡平衡失調時，中性粒細胞釋放的組織毒性物質可以加重炎癥反應。因此，及時調節(jié)中性粒細胞凋亡對終止炎癥反應和防止細胞毒性物質釋放加重炎癥反應十分必要。研究發(fā)現(xiàn)，T2DM伴慢性牙周炎患者的中性粒細胞凋亡存在延遲，這增加了炎癥反應的發(fā)生[24,40]。中性粒細胞凋亡涉及一系列復雜機制，其中主要包含兩條信號通路：①線粒體(內源性)通路，內源性通路調節(jié)自發(fā)性凋亡；②死亡受體(外源性)通路。而外源性凋亡作為炎癥過程的一部分可被腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)-α和凋亡相關因子Fas配體介導[24,41]。Sudo等[21]已證實，糖尿病患者出現(xiàn)中性粒細胞自發(fā)性凋亡延遲與caspase-3的陽性率降低有關。Manosudprasit 等[24]進一步證實，T2DM和T2DM伴慢性牙周炎患者的caspase-3活性顯著降低，外周血中性粒細胞自發(fā)性凋亡均明顯延遲，且T2DM伴慢性牙周炎患者外周血中性粒細胞自發(fā)性凋亡延遲加重。可見，在內源性通路中，T2DM伴慢性牙周炎患者中性粒細胞出現(xiàn)自發(fā)性凋亡延遲與caspase-3活性降低相關。研究證實，中性粒細胞的自發(fā)凋亡也有外源性通路的參與，即caspase-3激活了上游啟動子caspase-8(代表外源性途徑)，同時觸發(fā)凋亡相關因子受體(Fas受體、TNF受體)與其特異性死亡配體結合，使caspase的活化減弱，從而觸發(fā)caspase依賴性通路，延遲中性粒細胞自發(fā)性凋亡[24]。可見，中性粒細胞凋亡過程由兩種信號通路協(xié)同完成。此外，通過caspase途徑不僅可以抑制中性粒細胞凋亡，還可以促進正常的牙齦上皮和結締組織的細胞凋亡，這也再次說明糖尿病可以加劇牙周組織的破壞[40]。雖然目前依賴caspase途徑是抑制中性粒細胞凋亡的主要機制之一，但在中性粒細胞中還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸過度刺激可產生大量的超氧化物歧化酶，并抑制細胞凋亡。這一機制可能在抑制牙周炎患者中性粒細胞凋亡中發(fā)揮作用，從而導致活性氧類的過度生成[42]。

晚期糖基化終末產物與中性粒細胞的凋亡亦有密切聯(lián)系。當中性粒細胞單獨與葡萄糖共同孵育時，不影響中性粒細胞凋亡，但其與晚期糖基化終末產物受體激動劑S100B同時孵育可誘導中性粒細胞凋亡[43]。晚期糖基化終末產物受體在中性粒細胞、單核細胞和巨噬細胞表面表達，雖然單用晚期糖基化終末產物刺激中性粒細胞產生的過氧化物較少，但用化學誘導劑N-甲酰-L-甲硫氨酰-L-白氨酰-L-苯丙氨酸刺激后，活性氧類的生成明顯增加[44]。這證明，T2DM患者中性粒細胞凋亡的抑制是通過晚期糖基化終末產物受體和晚期糖基化終末產物受體配體介導的相互作用發(fā)生。同時，晚期糖基化終末產物還與口腔的易感性、炎癥反應的加重和伴有糖尿病的牙槽骨破壞密切相關[45-46]。Sakamoto等[47]研究發(fā)現(xiàn)，晚期糖基化終末產物和牙齦卟啉單胞菌的脂多糖可以抑制大鼠骨髓細胞成骨細胞標志物的表達，升高炎癥水平，提示兩者可能是加重糖尿病伴牙周炎患者骨吸收的重要因素。

2.4炎癥介質分泌增加 在牙周組織受到細菌攻擊后，白細胞(主要是中性粒細胞)釋放出多種炎癥介質。有文獻報道，T2DM伴慢性牙周炎組牙周組織中的IL-1β[48]、IL-6和TNF-α[49]水平高于單純慢性牙周炎對照組。在一項系統(tǒng)性回顧研究中，T2DM伴慢性牙周炎患者牙周治療后血清中的IL-6水平降低[50]。其中，IL-6在慢性牙周炎發(fā)生發(fā)展過程中能誘導牙周組織中的血管內皮生長因子表達，進而導致牙周組織中炎癥細胞增多，并最終加劇炎癥反應；同時IL-6也可以激活組織中的中性粒細胞，延緩吞噬細胞對喪失功能的中性粒細胞的吞噬，造成炎癥介質的水平升高[51]。在一項針對39例1型糖尿病患者的研究中，糖尿病伴牙周炎組患者齦溝液中的IL-1β和前列腺素E2水平明顯高于無糖尿病牙周炎對照組[43]。除上述炎癥因子外，有研究發(fā)現(xiàn)糖尿病伴慢性牙周炎組牙周組織中的核因子κB受體活化因子配體、核因子κB受體活化因子配體/骨保護素比值、IL-17和IL-23水平明顯高于單純慢性牙周炎對照組[40]。同時IL-17和IL-23可作為炎癥信號轉導至骨髓，使骨髓釋放中性粒細胞增加，最終導致外周血的中性粒細胞數(shù)量增多[52]。

3 中性粒細胞在牙周炎和糖尿病中的潛在治療方法

隨著對牙周炎和糖尿病患者中性粒細胞趨化、凋亡等功能缺陷機制的深入認識，人們試圖尋找可以緩解中性粒細胞功能缺陷的藥物。Cutando等[48]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病伴牙周病患者局部應用褪黑素后，TNF-α、IL-6和C反應蛋白水平明顯降低，牙齦指數(shù)和牙周袋深度明顯下降。Tang等[53]報道，1,25-二羥維生素D3可通過激活p38促分裂原活化的蛋白激酶信號通路誘導T2DM伴慢性牙周炎患者的中性粒細胞凋亡。另有學者將外周血中性粒細胞與人冠狀動脈內皮細胞共同培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，內皮細胞亦可以抑制中性粒細胞的內源性凋亡，且其還下調了Fas、TNF-α和腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體介導的外源性凋亡[54]。此外，尋求抑制中性粒細胞釋放或激活炎癥因子的方法，對炎癥的控制同樣重要?；谝陨辖Y果，褪黑素、1,25-二羥維生素D3和內皮細胞可能作為一種免疫調節(jié)劑在T2DM伴牙周炎的發(fā)生、發(fā)展中起免疫調節(jié)作用。

4 小 結

中性粒細胞在牙周炎和糖尿病雙向關系中發(fā)揮重要作用。正常情況下，中性粒細胞在宿主對齦下菌斑生物膜的抵抗中起關鍵作用。然而，在兩種疾病的發(fā)展過程中，中性粒細胞的趨化、吞噬功能受損，抗炎信號轉導受阻，骨髓中中性粒細胞、單核巨噬細胞、樹突狀細胞等炎癥細胞釋放增加，分泌了大量中性粒細胞相關的抗菌物質和細胞因子，這些物質引發(fā)了宿主的過度免疫應答，最終導致牙周組織的損傷和血糖控制不佳。可見，中性粒細胞功能的改變是牙周炎和糖尿病發(fā)病的重要因素。因此，充分了解中性粒細胞在牙周炎和糖尿病雙向關系中的重要作用及作用機制，并尋求針對中性粒細胞功能缺陷的潛在治療方法十分必要，未來需進一步深入研究，以為預防這兩種疾病的發(fā)生發(fā)展提供依據(jù)。