整合素αvβ6與牙周炎關(guān)系的研究進(jìn)展

王 博， 畢良佳

第四次全國(guó)口腔健康流行病調(diào)查報(bào)告顯示，我國(guó)各年齡組口腔健康比例很低，影響口腔健康的疾病以齲病和牙周病為主，口腔健康與全身情況密切相關(guān)，已經(jīng)報(bào)道牙周炎與糖尿病、心腦血管疾病、阿爾茲海默癥等均存在一定的關(guān)聯(lián)。整聯(lián)蛋白參與細(xì)胞增殖、遷移、存活等多種細(xì)胞行為，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中扮演重要角色。在健康人的結(jié)合上皮中，整合素αvβ6高表達(dá)；在牙周炎患者的結(jié)合上皮中，整合素αvβ6的表達(dá)明顯下降，提示整合素αvβ6的表達(dá)與牙周炎存在某種關(guān)聯(lián)，因此，本文主要介紹整合素與牙周炎之間的關(guān)系。

1 整合素家族及其相關(guān)功能概述

整合素作為一種細(xì)胞表面受體，在哺乳動(dòng)物的發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用，其中整合素αvβ6與牙周組織的關(guān)系最為密切。

1.1 整合素的結(jié)構(gòu)和功能

整合素是細(xì)胞表面受體，屬于細(xì)胞粘附分子家族，參與介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞和細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的相互作用。在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中提供粘附力和牽引力[1]，更重要的是，他們參與調(diào)節(jié)許多信號(hào)傳導(dǎo)途徑，如細(xì)胞增殖，遷移，細(xì)胞存活，分化，腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移，以此在細(xì)胞與其周圍環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)雙向信號(hào)傳導(dǎo)[2]。整合素由兩個(gè)非共價(jià)連接的異二聚體α和β亞基組成。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)18個(gè)α和8個(gè)β亞基，他們可以形成24種不同類型的整聯(lián)蛋白，具有不同的配體識(shí)別和組織分布特征[3]。在各種生命活動(dòng)中扮演重要角色，比如已經(jīng)證實(shí)整合素α11β1在小鼠切牙萌出期間起作用[4]。

1.2 敲除不同整合素基因的小鼠表現(xiàn)出不同的發(fā)育缺陷

整合素對(duì)于哺乳動(dòng)物的發(fā)育至關(guān)重要，在實(shí)驗(yàn)性小鼠模型中，敲除不同的整合素會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的發(fā)育缺陷。例如，敲除整合素α3，α5，α6，αv，β1和β4的基因?qū)е屡咛ピ缙谒劳?，從而無(wú)法研究這些整聯(lián)蛋白在牙周組織發(fā)育或疾病表型中的作用[5]。敲除整合素β3和β5的小鼠存活，但是目前還沒(méi)有關(guān)于這些動(dòng)物牙周的報(bào)道，只有敲除β6基因的小鼠表現(xiàn)出明顯的牙周病表型，包括牙周組織的炎癥、附著水平的喪失和牙槽骨的吸收[4]，因此下文我們主要介紹整合素αvβ6和牙周病的關(guān)系。

1.3 整合素αvβ6的位置及其結(jié)構(gòu)

作為整合素家族的成員，整合素αvβ6是由兩個(gè)亞基αv和β6組成的異二聚體，兩個(gè)亞基的編碼基因位于人染色體的不同區(qū)域，但它們彼此接近。編碼αv亞基的基因(也稱為CD51)定位于2q31～q32，人整合素β6基因(ITGB6)已被證實(shí)存在于染色體2q24～q31中[6-7]。αv亞基可以與β1，β3，β5，β6和β8亞基結(jié)合，而β6亞基僅能與αv亞基結(jié)合，整合素αv亞基的主要功能是識(shí)別配體，而整合素β6亞基的主要功能是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，同時(shí)β6亞基是整合素αvβ6的限速亞基，在傷口愈合、炎癥控制和致癌方面起重要作用[2，8]。ITGB6的表達(dá)水平可以代表αvβ6的表達(dá)水平。同時(shí)，整合素β6尾部有其他任何整聯(lián)蛋白中未發(fā)現(xiàn)的C-末端11-氨基酸延伸，可能是整合素β6在許多方面具有獨(dú)特功能的原因[9]。

2 整合素αvβ6與抗炎因子的相互調(diào)節(jié)及影響整合素表達(dá)的因素

一般整合素αvβ6在成人上皮細(xì)胞中不表達(dá)，只在腫瘤轉(zhuǎn)移、胚胎發(fā)育、創(chuàng)傷愈合等特定情況下表達(dá)，但在健康結(jié)合上皮中整合素αvβ6高表達(dá)。ITGB6亞基敲除小鼠出現(xiàn)典型的牙周病表現(xiàn)。在牙周炎癥時(shí)，結(jié)合上皮中整合素αvβ6的表達(dá)下調(diào)，出現(xiàn)結(jié)合上皮退縮、牙周袋形成、牙槽骨吸收等典型癥狀。使用整合素αvβ6特異性抗體阻斷整合素αvβ6介導(dǎo)的抗炎因子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)活化可以導(dǎo)致牙周炎癥狀，恢復(fù)αvβ6的表達(dá)，炎癥是可逆的，同時(shí)，牙齦卟啉單胞菌可以有效抑制TGF-β1對(duì)αvβ6的刺激，使αvβ6表達(dá)下調(diào)，出現(xiàn)牙周炎癥表現(xiàn)。表明整合素αvβ6與TGF-β1的相互作用在維持牙周組織健康，防止牙周炎癥發(fā)生中發(fā)揮重要作用。

2.1 在牙周炎中，整合素αvβ6與TGF-β1的相互作用

牙周病是一種慢性炎癥性疾病，大部分是由于細(xì)菌聚集在牙齒周圍形成牙菌斑后引起的，也與一些其他因素相關(guān)，比如糖尿病、高血壓、早產(chǎn)、吸煙、飲食結(jié)構(gòu)、性激素水平、精神壓力等，會(huì)導(dǎo)致牙齦腫脹出血、疼痛不適，結(jié)合上皮丟失，牙槽骨吸收，牙齒松動(dòng)移位甚至脫落[10-11]，在影響功能美觀的同時(shí)，增加患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。此外，已證實(shí)牙周病與許多全身性疾病相關(guān)，如心血管疾病、腦血管疾病、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、阿爾茲海默病甚至炎癥[12-13]。牙周病已經(jīng)被醫(yī)學(xué)界定義為威脅人類健康的第三大殺手，僅次于癌癥和心血管疾病[14]，同時(shí)也是威脅口腔健康的第一大殺手，因此，口腔健康與人全身健康息息相關(guān)，應(yīng)引起足夠的重視，進(jìn)一步明確牙周病發(fā)病機(jī)制，尋求牙周病治療新方法對(duì)于提高人們生活質(zhì)量至關(guān)重要。

已有研究表明整合素αvβ6在抑制炎癥方面發(fā)揮重要作用，可以抑制主要炎癥細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子α(TNF-α)，白介素6(IL-6)的表達(dá)，促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)和白介素-10(IL-10)的表達(dá)，起到控制炎癥的作用[15-17]。TGF-β1在控制炎癥，維持機(jī)體健康方面發(fā)揮重要作用，TGF-β1基因敲除小鼠在出生后幾周由于多器官淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞大量浸潤(rùn)而死亡，表明TGF-β1對(duì)T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞具有免疫檢測(cè)作用，從而控制炎癥[18]。整合素β6亞基失效小鼠出現(xiàn)明顯的皮膚和肺部炎癥，恢復(fù)ITGB6的表達(dá)后炎癥具有明顯的好轉(zhuǎn)，提示整合素αvβ6在抑制上皮組織炎癥中發(fā)揮重要作用。整合素αvβ6與潛在TGF-β1復(fù)合物的β1-LAP的精氨酸(Arg)-甘氨酸(Gly)-天冬氨酸(Asp)即(RGD)序列的結(jié)合產(chǎn)生細(xì)胞骨架介導(dǎo)的收縮力，導(dǎo)致LAP的構(gòu)象變化和隨后的活性TGF-β1釋放[13，19]。整合素αvβ6對(duì)TGF-β1的激活取決于表皮生長(zhǎng)因子受體途徑底物8(Eps8)的存在或不存在，該底物是肌動(dòng)蛋白重塑，內(nèi)吞作用和GTP酶活化的調(diào)節(jié)劑[20]。盡管TGF-β1可被多種機(jī)制激活，但整合素介導(dǎo)的途徑似乎在體內(nèi)占主導(dǎo)地位。精氨酸(Arg)-甘氨酸(Gly)-天冬氨酸(Asp)序列(RGD)突變的LAP小鼠(αvβ6整合素配體)表現(xiàn)出與TGF-β1缺失小鼠相似的表型，說(shuō)明αvβ6介導(dǎo)的TGF-β1的活化在保護(hù)牙周組織中起關(guān)鍵作用[21-22]。

除整合素αvβ6是TGF-β1的激活劑以外，TGF-β1也是維持上皮細(xì)胞中αvβ6表達(dá)所必須的。在牙齦角質(zhì)形成細(xì)胞中，TGF-β1強(qiáng)烈增加了整合素ITGB6的mRNA的表達(dá)，并增加整合素αvβ6的細(xì)胞表面水平[21-22]。在Itgβ6啟動(dòng)子處有正調(diào)節(jié)區(qū)域， TGF-β1在該調(diào)節(jié)區(qū)域增加整合素αvβ6的轉(zhuǎn)錄激活，從而增加整合素的表達(dá)[23]。抗TGF-β1抗體阻斷內(nèi)源性TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，使角質(zhì)形成細(xì)胞中整合素αvβ6的mRNA的表達(dá)降低了50%，表明內(nèi)源性TGF-β1在調(diào)節(jié)整合素αvβ6的基礎(chǔ)性表達(dá)中起主要作用[14]。除此之外，其他因子也會(huì)影響整合素αvβ6的表達(dá)，白介素-8(IL-8)可以通過(guò)受體CXCR1和CXCR2促進(jìn)由αvβ6介導(dǎo)的細(xì)胞遷移，腫瘤壞死因子α(TNF-α)通過(guò)激活蛋白1(activator protein-1,AP-1)影響整合素αvβ6的表達(dá)[24]。白介素IL-32γ(IL-32γ)通過(guò)NF-κB途徑增加整合素αvβ6的表達(dá)[25]。整合素αvβ5向整合素αvβ6的轉(zhuǎn)化在角質(zhì)形成細(xì)胞中CD9調(diào)節(jié)的細(xì)胞遷移和MMP-9活化中起關(guān)鍵作用[26]。

整合素αvβ6和TGF-β1兩種分子之間存在相互正反饋環(huán)，因此，αvβ6和TGF-β1平衡失調(diào)可能是許多整合素αvβ6相關(guān)疾病的病因?qū)W基礎(chǔ)[27-28]。除此之外，整合素αvβ6的功能與FOXO家族有關(guān)。FOXO是叉頭框蛋白家族，在細(xì)胞增殖、分化、凋亡、生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用，可以調(diào)節(jié)多個(gè)基因的表達(dá)，在維持機(jī)體平衡方面發(fā)揮重要作用，其中FOXO1，F(xiàn)OXO3a與炎癥相關(guān)的[29-32]牙周病的主要致病菌牙齦卟啉單胞菌裂解液能以上調(diào)FOXO3a的方式下調(diào)ITGB6的轉(zhuǎn)錄，使細(xì)胞中整合素ITGB6的mRNA和蛋白水平下降[33]。

2.2 影響整合素αvβ6表達(dá)的因素及其表達(dá)情況對(duì)牙周組織的影響

整合素αvβ6是一種完全的上皮整合素，通常不在成人的上皮細(xì)胞中表達(dá)，在毛囊、腸上皮和牙齦上皮中表達(dá)有限[3]，但在成釉細(xì)胞和健康結(jié)合上皮中有基礎(chǔ)性表達(dá)[34]。在健康牙周組織中，結(jié)合上皮的作用是將牙齦密閉在牙釉質(zhì)上，從而防止細(xì)菌進(jìn)入牙齦組織[35]。在牙周病時(shí)，整合素αvβ6在結(jié)合上皮中的表達(dá)強(qiáng)烈下調(diào)，小鼠中單個(gè)基因ITGB6的無(wú)效突變可引發(fā)慢性牙周炎的所有典型癥狀，包括附著喪失、炎癥和晚期牙槽骨吸收，結(jié)合上皮轉(zhuǎn)化為典型的口袋上皮，在一些樣本中延伸至根長(zhǎng)度的50%以上，在結(jié)締組織內(nèi)部也可見(jiàn)上皮入侵，形成充滿單核細(xì)胞的膿腫樣病變，而野生型小鼠結(jié)合上皮結(jié)構(gòu)正常并且粘附位置仍為釉牙本質(zhì)界[14，36]。同時(shí)，患主動(dòng)脈粥樣硬化的概率也明顯增高[37]。用體外培養(yǎng)的口腔生物膜提取物處理人工培養(yǎng)的牙齦上皮細(xì)胞，抑制了整合素αvβ6的表達(dá)，促進(jìn)了促炎細(xì)胞因子白介素-1β(IL-1β)，白介素-6(IL-6)的表達(dá)。此外，具有β6整聯(lián)蛋白SiRNA降低的牙齦上皮細(xì)胞顯示IL-1β表達(dá)增加，TGF-β1表達(dá)下降，表明牙周病中的炎癥反應(yīng)至少部分是由于牙周病原體或細(xì)菌生物膜誘導(dǎo)的ITGB6表達(dá)下調(diào)而抑制整合素αvβ6介導(dǎo)的TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)引起的[15，38]。已經(jīng)有報(bào)道ITGB6功能喪失的患者釉質(zhì)發(fā)育缺陷，并且有晚期牙周病表現(xiàn)[38-39]。具有Kindlin-1突變的患者患有侵襲性牙周炎，Kindlin可以與整聯(lián)蛋白結(jié)合并充當(dāng)該受體的細(xì)胞內(nèi)活化劑，也提示了整合素αvβ6與牙周炎的關(guān)系[16，40-42]。

除了炎癥外，創(chuàng)傷也會(huì)影響整合素αvβ6在結(jié)合上皮中的表達(dá)。牙齦組織容易在咀嚼或刷牙的時(shí)候受到創(chuàng)傷，整合素αvβ6在非傷口標(biāo)本的結(jié)合上皮中強(qiáng)烈表達(dá)，在剛剛創(chuàng)傷后的結(jié)合上皮中無(wú)表達(dá)，在創(chuàng)傷后1 d的傷口中可以檢測(cè)到低水平表達(dá)的整合素αvβ6，在創(chuàng)傷后3 d的傷口中，αvβ6的表達(dá)變?yōu)閺?qiáng)陽(yáng)性，并且在之后的研究過(guò)程中保持不變，這說(shuō)明在結(jié)合上皮的修復(fù)過(guò)程中，快速地修復(fù)了整合素αvβ6的表達(dá)[3]。

3 整合素αvβ6在治療牙周病中的展望

牙周炎作為人類口腔疾病的第一大殺手，給人們的生活帶來(lái)極大的困擾，現(xiàn)在臨床上常用的治療方法各有其局限性，因此尋找一種新的有效的治療方法很有必要。整合素αvβ6在結(jié)合上皮中表達(dá)的情況與牙周炎癥變化密切相關(guān)，已經(jīng)證實(shí)整合素αvβ6介導(dǎo)的TGF-β1活化在預(yù)防慢性炎癥性牙周炎中起關(guān)鍵作用，缺乏αvβ6的上皮細(xì)胞驅(qū)動(dòng)炎癥過(guò)程，最終導(dǎo)致骨吸收和牙齒脫落。整合素αvβ6與抗炎細(xì)胞因子TGF-β1的相互正反饋調(diào)節(jié)及αvβ6在牙周炎癥前后的變化提示αvβ6在抑制牙周炎癥方面發(fā)揮重要作用。通過(guò)特異性識(shí)別RGD序列的整合素靶向治療癌癥已有一定研究[41-42]，并且現(xiàn)在已提出通過(guò)控制炎癥來(lái)抑制牙周炎，提高患者生活質(zhì)量，因此，通過(guò)靶向控制整合素αvβ6的表達(dá)來(lái)控制牙周炎癥成為可能。雖然有必要對(duì)整合素αvβ6表達(dá)與牙周炎進(jìn)展的相關(guān)性及其分子機(jī)制進(jìn)行更詳細(xì)的研究，但整合素αvβ6研究的進(jìn)展注定會(huì)促進(jìn)牙周病治療的分子工具的開(kāi)發(fā)。