甲基化對(duì)牙周炎發(fā)生與發(fā)展的影響及臨床應(yīng)用

姜亦洋 劉怡

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京口腔醫(yī)院牙周科，全牙再生與口腔組織功能重建北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，組織再生免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)室 北京 100050

牙周炎是一種以牙齒支持組織的炎癥和破壞為特征的微生物感染性疾病[1]，多種外在和內(nèi)在因素影響牙周炎的發(fā)生和發(fā)展[2]，其中，個(gè)體對(duì)細(xì)菌感染的免疫反應(yīng)在疾病進(jìn)展中起關(guān)鍵作用[3]。宿主通過產(chǎn)生細(xì)胞因子對(duì)微生物的侵害做出反應(yīng)，而后細(xì)胞因子刺激激活效應(yīng)的過程即為炎癥事件。這些細(xì)胞因子在白細(xì)胞募集、刺激骨吸收和誘導(dǎo)組織降解蛋白酶中起重要作用，可直接或間接導(dǎo)致牙周破壞。個(gè)體的免疫反應(yīng)不僅取決于其基因特征，還受到基因調(diào)控的影響。除DNA序列會(huì)影響基因的表達(dá)，表觀遺傳修飾也可使其發(fā)生改變,從而影響牙周炎的進(jìn)展[4]。

甲基化是表觀遺傳修飾的一種，是在細(xì)胞內(nèi)普遍發(fā)生的一種修飾過程和反應(yīng)，包括DNA甲基化和蛋白質(zhì)甲基化等。甲基化在基因表達(dá)調(diào)控及細(xì)胞分化等生命過程中所起到的作用不容忽視[5]。特定的甲基化改變與多種疾病的發(fā)生有關(guān)，如癌癥和炎癥相關(guān)的疾病[6]，其中包括牙周炎[7]。

在細(xì)胞核內(nèi)，DNA與蛋白質(zhì)緊密相連并且相互作用，形成染色質(zhì)這一有序結(jié)構(gòu)。DNA甲基化普遍發(fā)生在DNA鏈中的胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤（cytosine-phosphate-guanine，CpG）二核苷酸上，由甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)，甲基從S-腺苷甲硫氨酸共價(jià)轉(zhuǎn)移到胞嘧啶上[8]。CpG序列具有種系特異性并可能與印記基因相關(guān)，其上所發(fā)生的甲基化DNA序列會(huì)導(dǎo)致更濃縮的DNA結(jié)構(gòu)[9]。這些CpG島主要位于基因的啟動(dòng)子區(qū)域，當(dāng)調(diào)控區(qū)發(fā)生甲基化時(shí)，可通過干擾轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入啟動(dòng)子區(qū)域而沉默基因[10]。在正常的生理?xiàng)l件下，CpG位點(diǎn)的甲基化由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶維持，作為某些轉(zhuǎn)座因子沉默的調(diào)控機(jī)制和防御病毒序列的保護(hù)機(jī)制[11]（圖1）。

圖1 DNA甲基化機(jī)制Fig 1 DNA methylation mechanism

當(dāng)牙周炎存在時(shí)，甲基化發(fā)生在牙齒周圍的生物膜-牙齦界面局部。經(jīng)證實(shí)，CpG甲基化對(duì)包括牙周炎在內(nèi)的炎性疾病有病理學(xué)影響[7,12-13]。已有研究[14]表明，同正常組織相比，牙周炎患者的炎癥組織中存在著與細(xì)胞分化、凋亡、脂多糖介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)、腫瘤發(fā)生和細(xì)胞黏附途徑相關(guān)的不同的DNA甲基化模式。CpG甲基化模式和相關(guān)基因表達(dá)的改變可能是個(gè)體對(duì)牙周病易感性差異的原因。因而，了解牙周炎相關(guān)的甲基化特征，對(duì)個(gè)體化的牙周治療和預(yù)防方案的制定有著積極意義[15-16]。

蛋白質(zhì)甲基化（如組蛋白甲基化）是基因調(diào)控的重要途徑，它可以調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，在基因轉(zhuǎn)錄過程中起重要的調(diào)節(jié)作用[17-18]。組蛋白甲基化多發(fā)生在特定的氨基酸殘基上，常見于精氨酸和賴氨酸殘基[19]。除DNA甲基化外，染色質(zhì)中組蛋白翻譯后修飾也是牙周炎的一種主要表觀遺傳機(jī)制[20]。

1 促炎性細(xì)胞因子

在牙周炎的整個(gè)免疫反應(yīng)過程中，宿主通過產(chǎn)生多種細(xì)胞因子對(duì)微生物的侵害做出反應(yīng)，引起炎癥的發(fā)生。其中以白細(xì)胞介素（interleukin，IL）、γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）為代表的促炎性細(xì)胞因子可直接參與到免疫反應(yīng)中，在炎癥過程中通常有較高水平的表達(dá)。IL-8、特異性配體CC型等趨化因子則可通過募集炎癥細(xì)胞，間接調(diào)控和促進(jìn)炎癥反應(yīng)。在牙周炎患者中，以上因子的表達(dá)均會(huì)呈現(xiàn)異常，并且與相關(guān)基因的甲基化修飾密切相關(guān)。

1.1 IL

IL-6是一種多功能的促炎癥因子，在感染時(shí)生成增多，具有廣泛的生物學(xué)活性。牙周炎患者血清、唾液和齦溝液中IL-6濃度高于健康對(duì)照者，IL-6的過度生成已被證實(shí)在牙周炎中起病理作用[21]。IL-6表達(dá)的個(gè)體差異可由啟動(dòng)子區(qū)域中與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)的基因多態(tài)性解釋，此外DNA甲基化也是調(diào)節(jié)IL-6 mRNA表達(dá)的一種關(guān)鍵機(jī)制[22]。Ishida等[23]發(fā)現(xiàn)，慢性牙周炎患者外周血IL-6基因啟動(dòng)子區(qū)域存在2個(gè)單一CpG序列的低甲基化譜，與其外周血IL-6水平升高相關(guān)。為了進(jìn)一步評(píng)估IL-6在牙周組織中的作用，Kobayashi等[24]研究了IL-6基因啟動(dòng)子區(qū)域的19個(gè)CpG序列，發(fā)現(xiàn)慢性牙周炎患者中的總體甲基化率在牙齦組織中顯著低于外周血，且與探診深度呈負(fù)相關(guān)，而在健康人的牙齦組織和外周血中呈相似的總甲基化率，且慢性牙周炎組IL-6 mRNA在牙齦組織中相對(duì)于外周血的比例顯著高于健康人。由此得知，慢性牙周炎患者牙齦組織中IL-6基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)增加可能與IL-6啟動(dòng)子低甲基化有關(guān)。

IL-8是已知最有效的趨化因子，負(fù)責(zé)誘導(dǎo)趨化，即細(xì)胞向炎癥部位的定向遷移，它能募集和激活急性炎性細(xì)胞，也能介導(dǎo)中性粒細(xì)胞的活化和遷移，與牙周炎過程密切相關(guān)[25-27]。IL-8可受到宿主基因啟動(dòng)子甲基化的調(diào)節(jié)，研究[28]顯示，慢性牙周炎患者IL-8基因啟動(dòng)子區(qū)域的低甲基化頻率和mRNA水平高于健康人。Andia等[29]又研究發(fā)現(xiàn)，健康人口腔上皮細(xì)胞的IL-8基因啟動(dòng)子區(qū)域呈現(xiàn)非甲基化狀態(tài)的個(gè)體頻率約為62%，而在廣泛性侵襲性牙周炎組中該頻率增加至86.5%。

IL-10是一種抗炎細(xì)胞因子，可以限制炎癥反應(yīng)，在牙周炎組織中可能與抑制骨吸收有關(guān)[30-31]。研究[32]表明，在慢性牙周炎患者炎癥組織的所有提取位點(diǎn)均觀察到IL-10基因甲基化的存在，其中在-110CpG區(qū)域發(fā)生部分甲基化，在-185CpG區(qū)域發(fā)生全部或部分甲基化?？梢?，IL-10基因甲基化是炎癥牙周組織中的普遍特征。Szalmás等[30]進(jìn)一步研究證實(shí)，IL-10表達(dá)的改變主要?dú)w因于-110和-185CpG區(qū)域與轉(zhuǎn)錄因子的相互作用。關(guān)于部分甲基化的發(fā)生，其原因可能是由于細(xì)菌刺激所引發(fā)的免疫應(yīng)答涉及到不同細(xì)胞類型，且不同炎癥細(xì)胞存在于不同活化階段所致。

在牙周炎炎癥的發(fā)生及發(fā)展過程中，促炎和抗炎因子相互制約，共同決定著牙周炎的發(fā)展與轉(zhuǎn)歸。其中，IL-6、IL-8表達(dá)的增加與IL-10表達(dá)的降低，均與相應(yīng)啟動(dòng)子的甲基化程度密切相關(guān)。此發(fā)現(xiàn)在一定程度上為牙周炎的分子診斷開辟了一條嶄新的道路，并有望應(yīng)用于牙周炎病變程度的預(yù)測與參考。此外，作為免疫與炎癥反應(yīng)中重要的一類細(xì)胞因子，IL家族中的其他亞群在牙周炎過程中所發(fā)生的甲基化變化仍有待研究與探索。

1.2 IFN-γ

IFN-γ是一種主要由T細(xì)胞產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子，其生成量與牙周病進(jìn)展和嚴(yán)重程度相關(guān)[33]。Viana等[32]評(píng)估了IFN-γ基因-186和-54CpG區(qū)域的甲基化模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，慢性牙周炎和健康組均顯示出甲基化陽性的高頻率，且兩組均存在全部和部分甲基化，但僅在牙周炎組中檢測到未甲基化的樣本。Zhang等[34]經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出相同的結(jié)論，雖然IFN-γ基因在牙周組織中甲基化頻繁，但慢性牙周炎患者可能存在去甲基化。在活組織檢查中，牙周炎樣本的IFN-γ啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi)全部6個(gè)CpG位點(diǎn)的甲基化水平顯著低于牙周健康和牙齦炎樣本，而轉(zhuǎn)錄水平明顯高于健康牙周組織，這表明IFN-γ啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi)的低甲基化狀態(tài)與慢性牙周炎患者IFN-γ轉(zhuǎn)錄增加有關(guān)，是慢性炎癥狀態(tài)的特征之一，且在牙周病進(jìn)展過程的牙齦組織中，IFN-γ表達(dá)增高[35]。

1.3 特異性配體CC型趨化因子-25（specific ligand CC chemokine-25，CCL25）與IL-17C

CCL25參與白細(xì)胞運(yùn)輸，在牙齦組織中表達(dá)增加，可增強(qiáng)白細(xì)胞募集到炎癥部位的能力[36]，IL-17C屬于IL-17家族，在牙周炎患者的牙齦組織和齦溝液中表達(dá)量上調(diào)[37-39]，這2種細(xì)胞因子均參與到宿主對(duì)細(xì)菌感染反應(yīng)的重要途徑中[40]。為探究侵襲性牙周炎（aggressive periodontitis，AgP）的發(fā)生機(jī)制，Schulz等[41]評(píng)估了22個(gè)與牙周病相關(guān)的炎癥候選基因的CpG甲基化水平，結(jié)果顯示，在對(duì)AgP患者行牙齦活組織檢查后可見，CCL25和IL-17C的CpG甲基化與健康牙周組織相比顯著降低，從而引起基因表達(dá)的增加，導(dǎo)致CCL25和IL-17C增多，以致牙周附著喪失，這一發(fā)現(xiàn)為牙周炎的病因提供了新見解。

1.4 TNF-α

TNF-α作為一種炎性細(xì)胞因子，可參與對(duì)細(xì)菌的早期固有免疫應(yīng)答，其表達(dá)量可在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)[42-43]。牙周炎患者血清、牙齦組織和齦溝液中的TNF-α水平與進(jìn)行性進(jìn)展的牙周炎關(guān)系尤為密切[44-46]。Zhang等[47]調(diào)查了牙周炎不同階段人牙齦活檢組織中TNF-α啟動(dòng)子的DNA甲基化改變，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重慢性牙周炎患者與健康者相比，TNF-α啟動(dòng)子內(nèi)的-163 bp和-161 bp兩個(gè)CpG位點(diǎn)甲基化升高，并且牙齦組織中TNF-α轉(zhuǎn)錄水平降低，這表明DNA甲基化是控制牙周炎時(shí)TNF-α轉(zhuǎn)錄表達(dá)的一個(gè)重要調(diào)控機(jī)制。考慮到牙齦活檢組織中所存在的混合細(xì)胞類型可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，Kojima等[48]進(jìn)一步鑒定了慢性牙周炎患者血細(xì)胞中TNF-α啟動(dòng)子片段-343～+57 bp的12個(gè)CpG位點(diǎn)，又發(fā)現(xiàn)在-72 bp處甲基化率和頻率明顯高于健康組，這反映了牙周的局部炎癥狀態(tài)。但是，僅從這一發(fā)現(xiàn)尚不可得出TNF-α基因啟動(dòng)子的甲基化是個(gè)體對(duì)慢性牙周炎易感性增加的原因。

1.5 前列腺素（prostaglandin，PG）E2

PGE2是一種重要的調(diào)控介質(zhì)，在2種環(huán)氧合酶（cyclooxygenase，COX）-1、2催化下合成，其中COX-2由前列腺素內(nèi)過氧化物合成酶（prostaglandin endoperoxide synthase，PTGS）2基因編碼[49]。因此，PGE2的合成與COX-2的誘導(dǎo)表達(dá)緊密結(jié)合，而PTGS2基因又是COX-2轉(zhuǎn)錄調(diào)控水平的關(guān)鍵[50]。PGE2在正常生理?xiàng)l件下低表達(dá)，進(jìn)行性牙周炎癥時(shí)可促使其表達(dá)增加[51-52]。

在牙周炎患者中，齦溝液PGE2水平的升高與探診出血等臨床指征相關(guān)，并可以預(yù)測牙周附著喪失[53]。有調(diào)查顯示，PGE2和COX-2的表達(dá)水平在進(jìn)展的牙周病變中升高，而在慢性牙周炎中降低。針對(duì)此現(xiàn)象，Zhang等[54]研究顯示，慢性牙周炎患者牙齦活檢組織的PTGS2啟動(dòng)子甲基化水平與無炎癥樣本相比增加了5倍，且在-458 bp處的甲基化水平與PTGS2的轉(zhuǎn)錄水平呈負(fù)相關(guān)，這與慢性牙周炎中COX-2表達(dá)抑制相一致。這種現(xiàn)象一方面可以反映疾病的歷史活動(dòng)性發(fā)作，另一方面反映了炎癥進(jìn)展過程中新穩(wěn)態(tài)平衡的建立，即慢性狀態(tài)下甲基化增加的亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變，從而建立了防止牙周組織無限制破壞的內(nèi)在保護(hù)機(jī)制，Zhong等[53]研究所發(fā)現(xiàn)的牙周袋較深部位PGE2水平較低這一現(xiàn)象，便可以用這一觀點(diǎn)來解釋。而這種甲基化狀態(tài)又并非是不可逆的，Asa’ad等[55]評(píng)估了牙周治療對(duì)慢性牙周炎患者DNA甲基化的影響，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行牙周治療后2周和8周，其PTGS2甲基化水平顯著降低?？梢?，牙周治療可重置牙周炎患者PTGS2炎性基因的DNA甲基化狀態(tài)。

1.6 其他

除此之外，還有一些促炎性因子的甲基化也與牙周炎相關(guān)：編碼牙周膜的相關(guān)基因——膠原蛋白-α1基因，會(huì)隨著老齡化出現(xiàn)甲基化水平增高、基因沉默現(xiàn)象，這可能影響了牙周病的易患性[56]。牙周炎患者的E-鈣黏蛋白基因中的CpG島高甲基化導(dǎo)致了基因沉默，致使牙齦上皮中負(fù)責(zé)細(xì)胞間黏附的蛋白表達(dá)量下降[57-58]。用于控制炎癥的抑制因子SOCS1（suppressor of cytokine signaling 1）和含有高CpG密度的轉(zhuǎn)座因子LINE-1，在廣泛性侵襲性牙周炎患者的口腔上皮細(xì)胞中，表現(xiàn)出DNA低甲基化狀態(tài)，但在炎癥控制3個(gè)月后，這種甲基化狀態(tài)可恢復(fù)至正常[59-60]。牙齦卟啉單胞菌的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可以誘導(dǎo)人牙周膜細(xì)胞中DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的增加而使Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（runt-related transcription factor，RUNX）2高甲基化、表達(dá)下調(diào)，抑制來自牙周膜的細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化，從而影響骨再生[61]。

2 信號(hào)分子

牙周炎病原微生物入侵機(jī)體時(shí)，固有免疫細(xì)胞可通過表達(dá)模式識(shí)別受體（pattern recognition receptor，PRR）識(shí)別微生物的病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP），從而啟動(dòng)免疫應(yīng)答，對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)抵御病原體入侵和維持平衡狀態(tài)起重要調(diào)節(jié)作用。目前對(duì)PRR的研究主要集中于Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR），TLR是包含了至少13種蛋白質(zhì)的家族，可以對(duì)不同微生物產(chǎn)物產(chǎn)生反應(yīng)[62-63]。牙齦卟啉單胞菌被認(rèn)為是慢性牙周炎的主要病原體，其表面存在大量的PAMP，其中包括與其他細(xì)菌結(jié)構(gòu)不同的LPS，通?？杀谎例l上皮細(xì)胞的TLR-2和TLR-4識(shí)別，激活天然免疫，進(jìn)而刺激宿主產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子，誘導(dǎo)牙槽骨吸收和基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的產(chǎn)生[42,64-67]。在所涉及的信號(hào)通路中，DNA甲基化起著關(guān)鍵的調(diào)控作用，并會(huì)進(jìn)一步影響后期的生理效應(yīng)。

De Oliveira等[68]通過分析健康者與慢性牙周炎患者牙齦組織中TLR2和TLR4基因啟動(dòng)子部分區(qū)域的DNA甲基化狀態(tài)，并未發(fā)現(xiàn)二者有顯著差異，這可能由于所研究的CpG位點(diǎn)有限，不能排除其他位點(diǎn)存在異常甲基化狀態(tài)的可能性。de Faria Amormino等[69]則經(jīng)過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了慢性牙周炎患者TLR-2基因呈現(xiàn)高甲基化水平、轉(zhuǎn)錄抑制的現(xiàn)象，且甲基化頻率與探診深度呈正相關(guān)，表明TLR-2高甲基化可能是牙周炎嚴(yán)重程度的指標(biāo)之一。牙周炎患者TLR-2基因低表達(dá)可減少炎癥介質(zhì)，促使牙周組織中細(xì)菌的慢性持續(xù)存在。探究其具體機(jī)制可知，TLR基因中的DNA甲基化CpG位點(diǎn)位于啟動(dòng)子區(qū)域中核因子（nuclear factor，NF）-κB結(jié)合位點(diǎn)的周圍，NF-κB途徑是人類細(xì)胞中誘導(dǎo)TLR轉(zhuǎn)錄的主要因素[70]。DNA甲基化的改變可以影響NF-κB與啟動(dòng)子的結(jié)合，從而影響TLR表達(dá)的激活和調(diào)節(jié)（圖2）。

圖2 DNA甲基化影響TLR介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路Fig 2 The effects of DNA methylation on TLRs-mediated intracellular signaling pathways

此外，誘導(dǎo)組織炎癥很大程度上依賴于TLR信號(hào)，TLR信號(hào)通過募集髓樣分化因子初次應(yīng)答基因88（myeloid differentiation primary response gene 88，MyD88），并激活NF-κB來驅(qū)動(dòng)促炎途徑。為了維持組織的體內(nèi)平衡，TLR誘導(dǎo)的促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，由抗炎細(xì)胞因子控制，其中也包括在牙周組織中存在的轉(zhuǎn)化生長因子（transfor ming growth factor，TGF）-β家族[71]。Smad6是TGF-β誘導(dǎo)的抗炎信號(hào)傳遞過程中的一種關(guān)鍵介質(zhì)。研究[72]證實(shí)，蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶1介導(dǎo)Smad6甲基化，隨后，Smad6募集并促進(jìn)MyD88降解，從而抑制NF-κB激活。在牙齦上皮中，Smad6發(fā)生甲基化，并且通過蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶1-Smad6信號(hào)傳導(dǎo)限制TLR-MyD88-NF-κB通路，由此控制炎癥以維持組織穩(wěn)態(tài)。當(dāng)Smad6甲基化紊亂時(shí)，則加劇了實(shí)驗(yàn)性牙周炎中的炎癥和骨質(zhì)破壞。Smad6甲基化在TGF-β和TLR-NF-κB信號(hào)之間的這種交互作用機(jī)制，為調(diào)節(jié)牙周炎中宿主免疫應(yīng)答提供了新的思路。

3 細(xì)胞外基質(zhì)

在牙周炎的發(fā)展過程中，細(xì)胞外基質(zhì)（extracellu lar matrix，ECM）的構(gòu)成也會(huì)發(fā)生改變，這種改變可能會(huì)受到牙周病原體、吸煙等因素的影響[73]。

Takai等[74]用LPS作為細(xì)菌毒素刺激人牙周成纖維細(xì)胞引發(fā)炎癥反應(yīng)，在啟動(dòng)子區(qū)的CpG島發(fā)現(xiàn)了25個(gè)與ECM相關(guān)的高度甲基化的基因，且其中有9個(gè)表達(dá)水平顯著低于對(duì)照，包括Ⅲ型纖連蛋白和錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域-1，Ⅳ型膠原蛋白-α1、α2，Ⅻ型膠原蛋白-α1，XV型膠原蛋白-α1，層黏連蛋白-α5、β1，MMP -25、蛋白質(zhì)-O-甘露糖基轉(zhuǎn)移酶-1和界面蛋白-3；這項(xiàng)模擬人類牙周炎的體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯勘砻?，長時(shí)間的LPS刺激會(huì)引起ECM相關(guān)基因的高甲基化，下調(diào)其轉(zhuǎn)錄水平，但這些基因影響牙周炎發(fā)展的具體機(jī)制尚不清楚。

MMP是細(xì)胞外基質(zhì)降解中最重要的酶家族[75]，其中，MMP-9在牙槽骨生長和重建中起著重要作用，MMP-9的過度表達(dá)可能與牙周炎的嚴(yán)重程度有關(guān)[76]。金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP）-1是一種內(nèi)源性MMP抑制劑，可與大多數(shù)MMP結(jié)合。有研究[77]發(fā)現(xiàn)，MMP-9 CpG島甲基化水平與慢性牙周炎的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，且MMP-9和TIMP-1基因的DNA甲基化狀態(tài)呈現(xiàn)出明顯的性別差異——與男性患者相比，女性患者的MMP-9甲基化水平較低但TIMP-1甲基化水平較高，并且TIMP-1的甲基化水平隨著年齡而逐漸降低。這一發(fā)現(xiàn)為慢性牙周炎提供了新的見解，MMP基因的異常甲基化作為一種性別特異性生物標(biāo)志物可能存在臨床價(jià)值，可用以監(jiān)測牙周炎的風(fēng)險(xiǎn)和評(píng)估疾病進(jìn)展。

吸煙被認(rèn)為是慢性牙周炎的一個(gè)主要危險(xiǎn)因素[78-81]，為了解釋吸煙在牙周炎發(fā)展中的作用，Cho等[82]研究發(fā)現(xiàn)，吸煙可能通過影響DNA甲基化模式調(diào)控相關(guān)的基因，并通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用干擾ECM組織相關(guān)基因的表達(dá)，來增加對(duì)牙周炎的易感性、降低牙周組織愈合能力、加速牙周組織破壞。雖然吸煙引起的這種DNA甲基化不能直接引發(fā)牙周炎，但可通過影響ECM的組織結(jié)構(gòu)，從而間接地影響疾病的發(fā)生發(fā)展。

4 病原菌毒力因子

牙周炎患者體內(nèi)細(xì)胞因子表達(dá)的改變，普遍受到自身細(xì)胞中的基因啟動(dòng)子甲基化的調(diào)控，除此之外，也可受到來自于病原體的調(diào)控。比如IL-8可受到細(xì)菌細(xì)胞因不同程度甲基化所導(dǎo)致的不同水平毒力因子的調(diào)節(jié)[83]。

伴放線放線桿菌中已鑒定出存在DNA腺嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶，它能控制伴放線放線桿菌中的基因，特別是與毒力相關(guān)的基因的表達(dá)。在DNA腺嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶突變株中，DNA甲基化功能的喪失改變了伴放線放線桿菌細(xì)胞毒素的產(chǎn)生，進(jìn)而影響了IL-8的分泌[84]。因此，除了宿主，存在于口腔病原體中的甲基化機(jī)制也是牙周炎期間免疫應(yīng)答的相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制[85]。

5 與甲基化相關(guān)的牙周炎治療策略

認(rèn)識(shí)甲基化對(duì)牙周炎的致病性調(diào)控，可就其具體的調(diào)控機(jī)制治療牙周炎，即逆轉(zhuǎn)牙周炎發(fā)生時(shí)基因的甲基化，使甲基化狀態(tài)處于穩(wěn)態(tài)，這可能是預(yù)防和治療早期牙周炎的一種新方法。5-氮雜-2’-脫氧胞苷（5-aza-2’-deoxycytidine，5-aza）是一種治療骨髓增生異常綜合征的藥物，也是甲基化轉(zhuǎn)移酶的抑制劑，可導(dǎo)致DNA去甲基化[86]，因此被認(rèn)為是研究DNA甲基化對(duì)細(xì)胞、組織和相關(guān)疾病影響的有價(jià)值的工具。

牙周炎的愈合需要牙齦成纖維細(xì)胞對(duì)局部生長因子做出積極反應(yīng)，但DNA甲基化導(dǎo)致的基因沉默可能會(huì)降低其對(duì)局部生長因子的反應(yīng)性。Sufaru等[87]通過體外研究發(fā)現(xiàn)，5-aza會(huì)引起牙齦成纖維細(xì)胞IL-11基因CpG位點(diǎn)的去甲基化，從而增加了對(duì)TGF-β1的敏感性，使IL-11表達(dá)增加。不過在本研究中，5-aza被用于激發(fā)體外甲基化狀態(tài)的改變，故相應(yīng)結(jié)論目前只能在體外模型的背景下加以解釋。

由牙周炎引起的牙槽骨吸收是口腔臨床醫(yī)生需要面對(duì)的一個(gè)挑戰(zhàn)，牙槽骨重建和再生是牙周炎治愈的理想狀態(tài)。近期有研究[88]表明，DNA去甲基化可應(yīng)用于基因治療和組織工程領(lǐng)域，能改善牙周組織的再生，已成為一種新的治療方案。Cho等[89]用DNA甲基化抑制劑5-aza處理人牙齦成纖維細(xì)胞（human gingival fibroblast，HGF），誘導(dǎo)成骨細(xì)胞系標(biāo)記物RUNX2和堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）基因的CpG島去甲基化，隨后用骨形態(tài)發(fā)生蛋白2處理這些細(xì)胞，使成骨特異性轉(zhuǎn)錄因子RUNX2和ALP的表達(dá)增加，并成功地將成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)分化為成骨細(xì)胞，充分發(fā)揮了HGF的成骨潛力。再如，某些材料和表面結(jié)構(gòu)具有不同的甲基化修飾。硬表面上生長的細(xì)胞具有轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)，而生長在柔軟材料上的細(xì)胞的染色質(zhì)無轉(zhuǎn)錄活性[90]；在納米水平改變二氧化鈦表面結(jié)構(gòu)可以變換人脂肪細(xì)胞中的組蛋白甲基化模式，從而誘導(dǎo)這些細(xì)胞成骨分化[91]。以上這些方法都為牙槽骨的再生開創(chuàng)了一條新的治療途徑。

組蛋白修飾在調(diào)節(jié)染色質(zhì)動(dòng)力學(xué)和功能中發(fā)揮著重要的作用，最近對(duì)干細(xì)胞的表觀遺傳學(xué)研究[92-94]表明，特定的組蛋白改變和修飾酶在細(xì)胞分化中也是必不可少的。胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白家族（insulin-like growth factor binding protein family，IGFBP）1～6的6個(gè)成員構(gòu)成胰島素樣生長因子軸的不可缺少的組分，其在生長、發(fā)育和骨代謝中起著核心作用。組蛋白去甲基化酶KDM6B可使胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白（insulin-like growth factor binding protein family，IGFBP）5啟動(dòng)子中的組蛋白K27甲基化，由此來下調(diào)IGFBP5的表達(dá)，進(jìn)而通過增強(qiáng)成骨分化和抗炎癥電位促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)的牙周組織再生。IGFBP5的這一新功能的發(fā)現(xiàn)不僅揭示了深入了解間充質(zhì)干細(xì)胞定向分化和抗炎能力的機(jī)制，而且提供了可以用于改善牙周組織再生的潛在靶介質(zhì)[95]。

6 結(jié)束語

綜上，甲基化作為表觀遺傳修飾的一種，是牙周病發(fā)生、發(fā)展的一種重要調(diào)控機(jī)制，可通過改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)選擇性地激活或抑制某些基因，影響促炎性細(xì)胞因子、趨化因子、信號(hào)分子、細(xì)胞外基質(zhì)分子等的表達(dá)，進(jìn)而改變細(xì)胞周圍的局部微環(huán)境，影響牙周炎過程中宿主的免疫調(diào)控水平[15]。

對(duì)甲基化模式和相關(guān)基因表達(dá)改變的研究，不僅可以增加人們對(duì)牙周炎易感性的認(rèn)識(shí)，而且研究結(jié)果還可以作為一種診斷工具，用于篩查患有不同種類和程度的牙周炎患者。此外，認(rèn)識(shí)甲基化調(diào)控在牙周炎發(fā)生和發(fā)展中所發(fā)揮的作用和效應(yīng)，有助于人們探索治療牙周炎的新途徑，改善牙周炎的預(yù)后和轉(zhuǎn)歸。

但由于牙周炎發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，各種因子間存在著相互作用、密切聯(lián)系，尚未了解到所有有關(guān)的甲基化基因和蛋白質(zhì)，部分結(jié)論未能得到統(tǒng)一。此外，目前關(guān)于甲基化評(píng)估作為牙周炎的診斷和應(yīng)用其進(jìn)行治療方面，研究尚不充足，還需進(jìn)一步完善。但是不可否認(rèn)的是，從甲基化的角度認(rèn)識(shí)牙周病的發(fā)病機(jī)制，可為牙周病的治療提供新的工具和治療模式，減少牙周病的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)牙槽骨的功能性再生，因而具有實(shí)際的臨床意義和良好的應(yīng)用前景[13,96]。