輔助性T細胞17與牙周炎骨免疫

呂輝 王華 孫雯

1.江蘇省口腔疾病研究重點實驗室 南京 210029；2.南京醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院 南京 211166

牙周炎是最為常見的口腔炎性疾病之一。最新的分類標準根據(jù)牙周炎的嚴重性和復雜程度，將其分為4個不同的階段（Stage Ⅰ～Ⅳ），又根據(jù)疾病的生物學特征，分為3個不同的等級（Grade A～C）[1]。牙周炎的始動因素為菌斑微生物[2]；牙石、創(chuàng)傷性咬合等是牙周炎的局部促進因素；吸煙、精神壓力及內(nèi)分泌失調(diào)等是牙周炎的全身刺激因素。牙周炎還與糖尿病、心腦血管疾病、早產(chǎn)、胃病等全身性疾病密切相關[3-6]。流行病學調(diào)查[7]顯示，全球牙周炎的患病率高達11.2%，且在40歲左右達患病高峰。

牙周炎晚期的癥狀主要為牙周組織破壞嚴重、牙槽骨吸收、牙齒松動等[8]。研究[9]表明，牙周炎導致的骨組織喪失與炎癥誘導的免疫反應有著密切聯(lián)系，這一過程不僅與單核巨噬細胞、成纖維細胞等介導的固有免疫反應相關，更與T細胞、B細胞介導的適應性免疫反應緊密關聯(lián)。

T細胞是淋巴細胞的重要組分，主要亞型包括輔助性T（T helper，Th）細胞、調(diào)節(jié)性T（regulatory T，Treg）細胞、抑制性T細胞和細胞毒性T細胞等，它們均在牙周炎的發(fā)展過程發(fā)揮各不相同的作用[10]。其中，Th細胞包括Th1、Th2和Th17等細胞亞型。Th17細胞是機體免疫防御中的重要一員，在牙周炎的免疫進程中發(fā)揮重要作用[11]。Th17細胞可以保護機體免受致病菌的侵害，抑制感染；同時，Th17細胞又可以影響成骨細胞骨形成，誘導破骨細胞骨吸收，造成骨組織的損傷[12]。本文對Th17細胞的分化過程和調(diào)節(jié)因素，以及其在牙周炎過程中對骨免疫的影響進行綜述。

1 Th17細胞與牙周炎

1.1 Th17細胞的表達

Th17細胞作為CD4+Th亞群中的一員，可特征性地分泌白細胞介素（interleukin，IL） -17，因此被命名為Th17細胞[13]。牙周炎患者的牙周組織及齦溝液中Th17細胞的細胞因子譜（包括IL-17等）表達顯著增高[14-15]。Chen等[16]證實了Th17細胞增多及IL-17表達增高與牙周炎之間存在一定的相關性。這些都說明Th17細胞確實存在于牙周炎患者的牙周支持組織。

1.2 Th17細胞的發(fā)生

在牙周炎發(fā)生過程中，Th17細胞是機體的免疫系統(tǒng)在受到致病菌刺激后產(chǎn)生的。有研究[17]表明，這一過程與單核細胞的提呈有關，一些牙周炎致病菌，如牙齦卟啉單胞菌和伴放線放線桿菌等，可通過激活單核細胞令其CD40、CD54和HLADR表達增加，從而導致腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、IL-1β、IL-6和IL-23的釋放增加，最終引起CD4+T細胞向Th17細胞分化。

1.3 Th17細胞分化的調(diào)節(jié)

Th17細胞的分化過程受多種IL的調(diào)節(jié)，例如IL-1、IL-6、IL-12和IL-23可促進Th17細胞分化；相反，IL-4與IL-35則有抑制Th17細胞分化的作用。其中，IL-6在Th17細胞分化和發(fā)揮細胞功能兩方面均有重要的作用[18-19]。研究[18]表明，IL-6可通過激活Janus蛋白酪氨酸激酶（Janus protein tyrosine kinase，JAK）/信號傳導子與轉錄激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）通道來活化細胞，還可以通過穩(wěn)定轉錄因子RORγt來促進IL-17的表達。在Th17細胞的成熟過程中，IL-1受體表達水平的上調(diào)也可促進Th17細胞的分化[20]。此外，IL-12、IL-23在Th17細胞的活化發(fā)生過程中也發(fā)揮重要作用[21]；與此相反，IL-4則是起到抑制初始CD4+T細胞向Th17細胞分化的作用[22]；IL-35可以抑制Th17細胞發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用[23]。

除IL外，γ干擾素和轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β等細胞因子也在Th17細胞的分化過程中起重要的調(diào)節(jié)作用[22,24]。研究[25]表明，TGF-β水平上升，RORγt表達增加，Th-17細胞的分化增加。TGF-β還可與IL-6聯(lián)合作用，誘導Th17細胞的分化[26]。牙周炎病變微環(huán)境內(nèi)的其他細胞對Th17細胞的分化也具有一定的影響。例如，在缺乏朗格漢斯細胞的牙周炎小鼠體內(nèi)，原始CD4+T細胞傾向于分化為Th1細胞，而Th17細胞的分化被抑制[3]。在分化發(fā)生與控制炎癥發(fā)展方面，Treg細胞與Th17細胞存在著此消彼長的關系，因此可將Treg細胞與Th17細胞的比值視作衡量炎癥嚴重程度的重要參數(shù)之一[27]。

2 Th17細胞與牙周炎骨免疫

2000 年Arron等[28]提出“骨免疫學”的概念，描述了骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)細胞間的相互作用、免疫失調(diào)可導致的骨代謝異常。骨代謝受到成骨細胞和破骨細胞的調(diào)節(jié)，成骨細胞生成骨質(zhì)，破骨細胞吸收骨質(zhì)，二者共同維持著骨組織的動態(tài)平衡。Th17細胞作為免疫細胞中的重要一員，在牙周炎骨代謝中發(fā)揮重要作用。

2.1 Th17細胞與間充質(zhì)干細胞及成骨細胞

間充質(zhì)干細胞可介導牙周組織的再生，但在炎癥環(huán)境下，這一功能出現(xiàn)異常[29]。間充質(zhì)干細胞與Th17細胞之間的關系較為復雜。首先，間充質(zhì)干細胞可抑制Th17細胞的分化，減少IL-17的表達[30-31]；間充質(zhì)干細胞通過上調(diào)程序性死亡受體-1配體（programmed death receptor-1 ligand，PD-L1）的表達，從而加強了對Th17細胞分化的抑制作用[32]。因此有學者[33]認為，在治療牙周病時，可利用間充質(zhì)干細胞下調(diào)Th17細胞的分化，進而調(diào)節(jié)Treg細胞與Th17比值，以達到抑制免疫反應和骨吸收、促進骨再生的作用。但也有體外實驗[34-35]證實，這種抑制Th17分化的作用受間充質(zhì)干細胞與活化T細胞數(shù)目比值的影響，在特定的比例或濃度下會誘導Th17細胞的分化。其次，Th17細胞誘導巨噬細胞等產(chǎn)生的促炎性細胞因子（如TNF-α和IL-1等）對間充質(zhì)干細胞也有影響。

TNF-α可誘發(fā)牙周間充質(zhì)干細胞產(chǎn)生炎癥反應[36]。TNF-α也對間充質(zhì)干細胞的分化有調(diào)節(jié)作用，可通過Wnt信號通路、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogentic protein，BMP）信號通路及絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路等通路，抑制間充質(zhì)干細胞的成骨分化與骨形成[37]。而IL-1則對間充質(zhì)干細胞有雙重作用，在低濃度時通過BMP/Smad信號通路促進間充質(zhì)干細胞的成骨，高濃度時通過核因子（nuclear factor，NF）-κB和MAPK信號通路抑制成骨[38]。

成骨細胞主要由間充質(zhì)干細胞分化而來，能特異性分泌多種生物活性物質(zhì)，參與骨形成進程。Mansoori等[39]在成骨細胞中加入IL-17，發(fā)現(xiàn)成骨細胞數(shù)量減少，這表明IL-17可誘導成骨細胞的凋亡。此外，TNF-α亦對成骨細胞的凋亡起到關鍵作用。在用3-乙?；?11-酮基-β-乳香酸抑制TNF-α活性后，成骨細胞的分化作用增強[40]，這表明TNF-α抑制成骨細胞的分化。具體來說，TNF-α可通過下調(diào)B淋巴細胞瘤-2基因（BCL-2）、活化半胱天冬酶以及促進細胞色素C的釋放來介導成骨細胞的凋亡[41]。另一方面，成骨細胞表達熱休克蛋白22，參與TNF-α刺激的IL-6合成，從而促進Th17細胞的分化[42]。而IL-6可在體外通過包含Src同源結構域2的蛋白酪氨酸磷酸酶（Src-homology domain 2 containing protein-tyrosine phosphatase，SHP2）/絲裂原活化蛋白激酶胞外信號調(diào)節(jié)激酶激酶（mitogen-activated protein kinase-extracellular signal-regulated kinase kinase，MEK）和SHP2/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，Akt）2途徑抑制成骨細胞的分化[43]。上述過程是否會加劇牙周炎骨喪失的進程仍有待進一步研究。此外，Th-17細胞因子譜系的新成員IL-26亦可促進成骨細胞分化和骨形成[44]。

2.2 Th17細胞與破骨細胞

破骨細胞來源于單核巨噬細胞系統(tǒng)。破骨細胞的前體細胞表達核因子κB受體活化因子（receptor activator of nuclear factor κB，RANK），與核因子κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL）結合后，在巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF）刺激下得以成熟。牙周炎患者組織中的RANKL和M-CSF含量升高，為破骨細胞的成熟提供了局部環(huán)境[45-46]。

破骨細胞骨吸收主要依靠溶酶體的作用，一方面可以酸化骨陷窩；另一方面可以調(diào)節(jié)骨細胞間基質(zhì)[47]。

王中秀等[48]通過對比牙周炎大鼠與正常大鼠的牙周組織IL-17含量、破骨細胞計數(shù)、骨吸收陷窩計數(shù)及牙槽骨高度，證實Th17細胞對破骨細胞骨吸收具有促進作用。而de Aquino等[49]通過對IL-17受體A基因缺失小鼠的牙周炎骨喪失模型研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎骨喪失依賴于Th17細胞的擴增和IL-17信號傳導。

Th17細胞要發(fā)揮對破骨細胞的作用，主要依靠其分泌的細胞因子及其誘導巨噬細胞、成纖維細胞和上皮細胞產(chǎn)生的促炎性細胞因子，這些細胞因子包括IL-1、IL-6、IL-17、IL-23和TNF-α等。其中，IL-1、IL-17和TNF-α促進破骨細胞的表達，加劇骨破壞；IL-6和IL-23的作用具有兩面性。

1）IL-17：作為Th17細胞分泌的特征性細胞因子，在引起口腔炎癥疾病中起重要作用。IL-17可在牙周炎患者的牙槽骨中大量表達[14]。IL-17上調(diào)對破骨細胞的活化具有促進作用，可增加Th17細胞表達RANKL并促進其與破骨細胞前體細胞表面的RANK結合，在M-CSF的作用下，促進破骨細胞的成熟[50]。

2）IL-1：與IL-17相似，在Th17細胞的分化與成熟過程中也呈高表達[19]，且與牙周病的發(fā)生有顯著的相關性[51]。IL-1可以活化組織蛋白酶K（cathepsin K）[52]。組織蛋白酶K是破骨細胞溶酶體中的關鍵蛋白酶，可分解骨基質(zhì)中的骨膠原纖維[53]。另一方面，用激光降低患者牙周IL-1水平后，可治療牙周炎，緩解牙槽骨損傷，亦印證了IL-1在促進破骨細胞骨吸收中的作用[54]。

3）IL-6和IL-23：在骨損傷中的作用具有兩面性。首先，IL-6具有誘導Th17細胞分化[18]和緩解炎癥[55]的作用。Balto等[55]發(fā)現(xiàn)，IL-6基因缺失的牙周炎小鼠牙槽骨吸收明顯增加，這表明IL-6有緩解炎癥、減弱骨吸收的作用。此外，在體外IL-6可增加RANKL mRNA的表達，說明IL-6亦對破骨細胞的分化有一定影響[56]。IL-23對破骨細胞的成熟具有促進作用，通過刺激成骨細胞高表達RANKL和促進破骨細胞前體細胞高表達RANK，從而加快破骨細胞骨吸收[57-58]。Shukla等[59]也證實，利用抗IL-23抗體治療，可明顯緩解骨喪失情況。但IL-23可誘導T細胞分泌GM-CSF來抑制破骨細胞的形成[60]，這又體現(xiàn)了IL-23在骨損傷中的抑制作用。

Th17細胞還可通過調(diào)控骨保護素（osteoprotegerin，OPG）/RANKL/RANK系統(tǒng)對破骨細胞發(fā)揮作用。Th17與RANKL具有正相關性[61]。RANKL分為分泌型和膜結合型2種，可由不同的細胞產(chǎn)生。Tsukasaki等[12]研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎中RANKL主要是由IL-17誘導產(chǎn)生的膜結合型RANKL。而RANKL可通過誘導破骨細胞分化以及破骨細胞特異性蛋白（如活化T細胞核因子- 1、組織蛋白酶K、抗酒石酸酸性磷酸酶等）的表達，顯著提高局部破骨細胞數(shù)量，促進骨吸收[62-63]。此外，IL-17可導致RANKL與OPG的mRNA之比增加，在上調(diào)RANKL表達的同時下調(diào)OPG的表達，從而建立有利于骨破壞的環(huán)境[64-65]。

除上述途徑外，機體亦可通過調(diào)節(jié)Treg細胞/Th17細胞的比例來促進或抑制破骨細胞的生成。研究[66]表明，F(xiàn)ms樣酪氨酸激酶3配體會下調(diào)Treg細胞/Th17細胞的比例，促進破骨細胞骨吸收。

3 小結

Th17細胞作為CD4+T細胞亞群中的重要一員，在牙周炎骨免疫中發(fā)揮重要作用。隨著基礎和臨床研究的不斷深入，很多證據(jù)提示Th17細胞可以通過分泌細胞因子直接作用于牙周組織的破骨細胞、間充質(zhì)干細胞和成骨細胞，直接調(diào)控牙周炎的骨損傷和骨重塑過程。Th17細胞在牙周炎骨免疫中的作用如圖1所示。

圖1 Th17 細胞在牙周炎骨免疫中的作用Fig 1 Role of Th17 cells in periodontitis related osteoimmunology

在牙周炎免疫微環(huán)境內(nèi)，1）口腔微生物上調(diào)TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23，促進Th17細胞分化，同時又可通過上調(diào)IL-4與IL-35抑制Th17細胞分化。2）Th17細胞上調(diào)TNF-α，抑制間充質(zhì)干細胞的成骨分化，而IL-1對間充質(zhì)干細胞有雙重作用；反之，間充質(zhì)干細胞又可抑制Th17細胞的分化。3）Th17細胞通過分泌IL-17、上調(diào)TNF-α誘導成骨細胞凋亡并抑制其成骨分化，而其分泌的IL-26可以促進成骨細胞分化；反之，成骨細胞分泌的熱休克蛋白22可以促進IL-6誘導的Th17細胞分化。4）Th17細胞通過分泌IL-17、上調(diào)IL-1和TNF-α誘導破骨細胞分化，而其分泌的IL-6、IL-23對破骨細胞的分化具有雙重作用。

牙周炎的免疫微環(huán)境是一個復雜的整體，所有微環(huán)境內(nèi)的成員都互相依存，互相影響。因此，所有治療方案的提出都不能僅僅針對某一細胞組分或是其分泌的細胞因子，應當就牙周炎免疫微環(huán)境內(nèi)所有成員進行整體的評估和考量。這提示需從整體評估治療效果，包括評估炎癥的控制、牙周新附著的形成、破骨細胞骨吸收的抑制，以及間充質(zhì)干細胞的成骨向分化與骨形成等。然而，目前大部分研究僅針對某一種細胞因子在牙周炎中的致病作用進行研究。例如，IL-17免疫缺陷小鼠表現(xiàn)出廣泛的黏膜易感染性和炎癥應答障礙[67]；TNF-α敲除小鼠對牙齦卟啉單胞菌誘導的牙周炎骨喪失具有抵抗能力，明確了TNF-α在實驗性牙周炎中的致病作用[68]。但除了Th17細胞，巨噬細胞也分泌IL-17和TNF-α，因此上述影響不一定僅是IL-17細胞產(chǎn)生的作用。有研究[69]通過特異性敲除Th17細胞的關鍵調(diào)控基因Rorc，從而下調(diào)Th17細胞的數(shù)量，抑制了實驗性牙周炎小鼠的骨喪失；同時，Th17細胞分化基因缺陷患者也表現(xiàn)出對牙周炎癥易感性的降低。該研究明確地證實了Th17細胞在牙周炎中的整體作用是促進牙周炎相關的骨喪失，但是該研究沒有進一步研究Th17細胞缺陷的情況下，牙周組織中破骨細胞、間充質(zhì)干細胞和成骨細胞的變化。相信利用該模型的深入研究，可以進一步明確Th17細胞在牙周炎骨免疫微環(huán)境中的具體作用。

綜上所述，骨免疫領域的快速發(fā)展揭示了骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)之間的聯(lián)系，而研究Th17細胞在牙周炎骨免疫中的作用可為牙周炎的臨床治療提供新的思路。