固有免疫應(yīng)答在牙周炎中的作用

劉乙臻 呂廣應(yīng) 綜述 王琳源 審校

牙周炎是由牙周菌斑微生物引起的，發(fā)生在牙齒周圍組織(包括牙齦、牙周膜、牙槽骨和牙骨質(zhì))的慢性炎癥性疾病，是臨床常見的口腔三大疾病之一，不僅是導(dǎo)致牙齒缺失的主要原因，也是其他系統(tǒng)性疾病如糖尿病、心腦血管疾病、關(guān)節(jié)炎等的誘發(fā)因素，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量和全身健康。近年研究表明宿主對抗牙周致病菌的免疫應(yīng)答(包括固有免疫應(yīng)答和適應(yīng)性免疫應(yīng)答)在牙周炎的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸中發(fā)揮著重要作用。固有免疫應(yīng)答是體內(nèi)固有免疫細(xì)胞(單核/巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹突細(xì)胞、肥大細(xì)胞等)和固有免疫分子(補(bǔ)體、急性期蛋白等)非特異性地識別、結(jié)合病原體及其產(chǎn)物或其他抗原性異物后被迅速活化，并產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)，從而將病原體等抗原性物質(zhì)殺傷、清除的過程，是宿主抵御致病微生物的第一道防線。本文對目前國內(nèi)外關(guān)于固有免疫應(yīng)答在牙周炎中的作用研究進(jìn)行綜述，說明固有免疫應(yīng)答在牙周炎發(fā)生中的作用和意義。

1 固有免疫細(xì)胞在牙周炎中的作用

1.1 單核/巨噬細(xì)胞

單核/巨噬細(xì)胞是免疫系統(tǒng)的重要成員之一，是免疫系統(tǒng)偵查入侵病原體及異質(zhì)性抗原的前哨，能夠啟動固有免疫反應(yīng)，其抗原呈遞作用對適應(yīng)性免疫的啟動也非常重要。根據(jù)巨噬細(xì)胞在不同細(xì)胞因子作用下的極化特點，分為M1型和M2型巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞在Th1細(xì)胞產(chǎn)生的白介素-2(interleukin-2，IL-2)和干擾素-γ(interferon-γ， IFN-γ)的作用下分化為M1型細(xì)胞，M1型細(xì)胞能產(chǎn)生高水平的一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)和促炎性細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)和白介素-6(interleukin-6，IL-6)等，專職提呈抗原，參與正向免疫應(yīng)答，具有促炎性作用；巨噬細(xì)胞在Th2細(xì)胞產(chǎn)生的白介素-4(interleukin-4，IL-4)和白介素-13(interleukin-13，IL-13)的作用下分化為M2型細(xì)胞，M2型細(xì)胞能表達(dá)高水平的精氨酸酶(arginase-1，Arg-1)、FXⅢ-A及抗炎性細(xì)胞因子白介素-10(interleukin-10，IL-10)，僅有較弱抗原提呈能力，并通過分泌抑制性細(xì)胞因子下調(diào)免疫應(yīng)答，具有抑炎性作用。

巨噬細(xì)胞作為組織常駐細(xì)胞，是遇到外來抗原的第一個免疫細(xì)胞。隨著巨噬細(xì)胞在感染部位的聚集，暴露于更多刺激性物質(zhì)，如宿主衍生的細(xì)胞因子、趨化因子以及病原體配體,分化為不同表型的巨噬細(xì)胞，M1巨噬細(xì)胞和M2巨噬細(xì)胞，通過與病原微生物的相互作用，分泌促炎性細(xì)胞因子和趨化因子，不僅參與微生物的吞噬還促進(jìn)炎癥的產(chǎn)生，有實驗證明，M1巨噬細(xì)胞是牙齦卟啉單胞菌(P.gingivalis)感染小鼠的主要局部組織浸潤細(xì)胞[1]，牙周炎患者病變牙齦組織中主要浸潤細(xì)胞是M1巨噬細(xì)胞，同時也發(fā)現(xiàn)少量M2巨噬細(xì)胞，釋放抗炎因子IL-10,但其水平明顯低于促炎因子。誘導(dǎo)性一氧化氮合酶(induced nitric oxide synthase， iNOS)是經(jīng)典的M1巨噬細(xì)胞促炎因子，動物實驗發(fā)現(xiàn)iNOS敲除大鼠的骨密度和骨體積明顯增高，與P.gingivalis感染的正常大鼠相比，P.gingivalis感染的iNOS敲除大鼠破骨細(xì)胞數(shù)量明顯減少，破骨細(xì)胞分化減弱，促炎性細(xì)胞因子IL-1對骨吸收的促進(jìn)作用也明顯減弱，表明牙周炎時，在P.gingivalis刺激下M1型巨噬細(xì)胞可通過分泌iNOS促進(jìn)破骨細(xì)胞分化，加重牙槽骨吸收[2]，此外，也可分泌細(xì)胞因子，誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫應(yīng)答對抗病原菌感染，牙周病原體可以激活單核細(xì)胞，單核細(xì)胞提呈抗原給CD4+T細(xì)胞，導(dǎo)致人類的CD4+T細(xì)胞分泌的白介素-17(interleukin-17, IL-17)增加[3]， IL-17可通過激活NF-kB信號通路上調(diào)某些基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)[4]，進(jìn)而加重牙周炎患者的病變程度。而在炎癥緩解期，則主要是M2巨噬細(xì)胞發(fā)揮作用，分泌抗炎性細(xì)胞因子，促進(jìn)組織修復(fù)。

1.2 樹突細(xì)胞

樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs) 是專門的抗原提呈細(xì)胞，在補(bǔ)充和激活固有免疫細(xì)胞，傳遞協(xié)同刺激信號給初始T細(xì)胞，觸發(fā)適應(yīng)性免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，其分泌的細(xì)胞因子能極大地影響固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的質(zhì)量。單核細(xì)胞來源的樹突細(xì)胞(monocyte derived dendritic cells，MDDCs) 的成熟會伴隨著CD1a減少和細(xì)胞表面MHC-Ⅱ及協(xié)同刺激因子CD80、CD86表達(dá)的增加，促進(jìn)抗原提呈，活化CD4+T和CD8+T細(xì)胞，從而促進(jìn)機(jī)體的免疫反應(yīng)。而漿細(xì)胞樣樹突細(xì)胞(plasmacytoid dendritic cells，PDC)表達(dá)低水平的MHC-Ⅱ和協(xié)同刺激因子，高水平的CD123，不能刺激抗原特異性T細(xì)胞增殖，進(jìn)而減弱機(jī)體的免疫應(yīng)答。DCs處于非成熟狀態(tài)時具有吞噬細(xì)菌能力，能抵抗微生物入侵，但同時牙周抗原也可通過促炎性細(xì)胞因子間接調(diào)節(jié)DCs細(xì)胞的功能。暴露于P.gingivalis后，牙齦組織細(xì)胞如成纖維細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞會分泌促炎性細(xì)胞因子，DCs細(xì)胞在這些促炎性細(xì)胞因子刺激下，誘導(dǎo)Th2和Treg細(xì)胞的增殖，而Th2細(xì)胞可促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞分化，分泌抗炎性細(xì)胞因子，Treg細(xì)胞也可分泌抗炎性細(xì)胞因子，減輕炎癥反應(yīng)；當(dāng)DCs細(xì)胞與細(xì)菌直接作用時，DCs細(xì)胞會誘導(dǎo)Th1細(xì)胞擴(kuò)增，Th1細(xì)胞可促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞分化，分泌促炎性細(xì)胞因子，加重炎癥反應(yīng)[5]，此外P.gingivalis來源LPS會識別TLR2，并誘導(dǎo)DCs成熟，這說明P.gingivalisLPS可誘導(dǎo)人DCs細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶-9，提示當(dāng)DCs遇到P.gingivalisLPS后會加速組織損傷和牙齦中白細(xì)胞浸潤[6],加重炎癥反應(yīng)。DCs的初始成熟與趨化因子受體7(chemokine receptor 7，CCR7)密切相關(guān)。牙周感染后，CCR7可調(diào)節(jié)DCs細(xì)胞遷移到淋巴節(jié)點(lymph node，LN)，然后DCs捕獲、加工、處理抗原，通過MHC-Ⅰ向CD8+T細(xì)胞提呈抗原，通過MHC-Ⅱ向CD4+T細(xì)胞提呈抗原，誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞的增殖，激活未致敏的初始 T 細(xì)胞和抗原特異性B細(xì)胞分化成漿細(xì)胞，調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)，與牙周炎的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[7]。

1.3 中性粒細(xì)胞

中性多形核白細(xì)胞(polymorphonuclear leukocyte，PMN)又稱中性粒細(xì)胞(neutrophil)，是最早對菌斑生物膜做出反應(yīng)的免疫細(xì)胞。PMN的數(shù)目異常和功能缺陷都會增加牙周炎的易感性和嚴(yán)重程度。PMN表面不僅具有細(xì)胞趨化反應(yīng)受體，還有與細(xì)胞吞噬有關(guān)的受體─Fc受體。中性粒細(xì)胞是移動最快的哺乳動物細(xì)胞，牙齦組織中的PMN沿著由結(jié)合上皮中IL-8和細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)形成的趨化梯度穿過結(jié)合上皮移至感染部位，在補(bǔ)體和抗體的協(xié)同作用下吞噬細(xì)菌，通過氧化或非氧化機(jī)制殺滅胞內(nèi)的細(xì)菌，隨后PMN由巨噬細(xì)胞攝取清除。最新研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎患者外周血白細(xì)胞趨化作用有缺陷，會增加其在組織中的移動時間，從而造成相應(yīng)組織損傷[8]。PMN募集和趨化功能的障礙會導(dǎo)致抗炎信號缺乏，促炎性IL-17、G-CSF表達(dá)增高，外周血中PMN數(shù)量不斷增高，同時持續(xù)表達(dá)的IL-17會促進(jìn)牙周膜細(xì)胞表達(dá)核因子kB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand，RANKL)，抑制骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)表達(dá)，加重骨吸收。此外，在與菌斑微生物相互作用的過程中，激活的PMN不僅吞噬和殺滅胞內(nèi)細(xì)菌，還合成釋放酶、前列腺素等生物活性物質(zhì)破壞牙周組織結(jié)構(gòu)，如彈性蛋白酶和膠原蛋白酶的增多，會引起組織膠原纖維的解聚，增加局部組織的滲透性，從而增加了牙周炎的易感性，導(dǎo)致牙周組織損傷。研究發(fā)現(xiàn)局限型侵襲性牙周炎與PMN的過度激活有關(guān)，PMN相關(guān)的促炎性細(xì)胞因子高表達(dá)，而吞噬功能發(fā)生障礙，會使應(yīng)激反應(yīng)過度，病原體清除不力，加重牙周局部的炎癥程度[9]。此外，PMN還可以通過呼吸爆發(fā)機(jī)制產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)，過量的ROS會對組織細(xì)胞造成損傷[10]?？偟膩碚f，在牙周炎的病變組織中，一方面牙周致病菌的細(xì)胞成分和炎性因子引起高敏性PMN的激活、聚集，從而加速ROS的產(chǎn)生，另一方面組織損傷可通過產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物、炎癥介質(zhì)及氧化蛋白質(zhì)激活PMN，進(jìn)而加重局部炎癥程度和組織損傷。

1.4 肥大細(xì)胞

肥大細(xì)胞(mast cells)是炎癥介質(zhì)的有效來源，激活后的肥大細(xì)胞能產(chǎn)生組胺、白三烯、前列腺素、蛋白酶和一些細(xì)胞因子及趨化因子，能吸引PMN 到達(dá)炎癥感染區(qū)域，清除細(xì)菌，同時肥大細(xì)胞還可以吞噬并加工細(xì)菌抗原以提呈抗原給T細(xì)胞，進(jìn)而參與適應(yīng)性免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)健康牙齦組織中僅有少量肥大細(xì)胞，而在牙周炎的病變牙齦組織中肥大細(xì)胞以及脫顆粒肥大細(xì)胞明顯增多，且與牙周炎的炎癥程度和組織損傷密切相關(guān)，表明肥大細(xì)胞參與牙周炎的發(fā)病過程[11]。Malcolm等[12]研究發(fā)現(xiàn)，P.gingivalis感染肥大細(xì)胞缺乏小鼠和正常小鼠后，P.gingivalis感染的正常小鼠牙槽骨吸收明顯，而肥大細(xì)胞缺乏小鼠則未出現(xiàn)明顯牙槽骨吸收，表明肥大細(xì)胞參與牙槽骨的吸收過程。與正常小鼠相比，肥大細(xì)胞缺乏小鼠的TNF和IL-6表達(dá)降低，提示肥大細(xì)胞可能通過產(chǎn)生TNF 和IL-6參與牙周炎的發(fā)病過程。Sushma等[13]人實驗發(fā)現(xiàn)，在牙周炎癥感染組織中肥大細(xì)胞數(shù)量要多于健康牙齦組織，這說明肥大細(xì)胞的數(shù)量和牙周炎有關(guān)。組胺可破壞組織屏障，造成水腫并促進(jìn)細(xì)胞浸潤，而組胺是肥大細(xì)胞分泌最豐富的產(chǎn)物，有動物實驗研究發(fā)現(xiàn)抑制大鼠對組胺的攝取能抑制破骨細(xì)胞的產(chǎn)生和激活[14]，也表明肥大細(xì)胞可通過組胺促進(jìn)牙槽骨的吸收，從而加重牙周炎癥程度。

2 固有免疫分子在牙周炎中的作用

2.1 補(bǔ)體

補(bǔ)體是血清和體液中一組具有酶活性的蛋白質(zhì)，能調(diào)節(jié)免疫和炎癥信號通路，調(diào)節(jié)宿主體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，是固有免疫與適應(yīng)性免疫之間聯(lián)系的一個重要紐帶。發(fā)生細(xì)菌感染時，宿主體內(nèi)的補(bǔ)體活化，通過補(bǔ)體自身的抗菌作用及免疫細(xì)胞的活化，清除微生物，加強(qiáng)免疫，達(dá)到控制炎癥的作用。一旦補(bǔ)體系統(tǒng)失調(diào)則會打破宿主的菌群平衡，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)生和組織破壞。補(bǔ)體有三種抗菌作用：直接殺菌作用，調(diào)理素作用和吞噬作用。有些補(bǔ)體如C5b-9膜攻擊復(fù)合物能夠直接溶解細(xì)菌細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)菌死亡，,即直接殺菌作用。調(diào)理素作用即補(bǔ)體片段在病原體的目標(biāo)表面沉積，通過與吞噬細(xì)胞表面的特定受體結(jié)合，如通過C3a和C5a激活G蛋白偶聯(lián)受體C3aR和C5aR，刺激中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的識別、攝入和破壞作用。IgG抗體和C3片段都是經(jīng)典調(diào)理素，C3片段中的CR3和CR4是iCR3的特異性受體，細(xì)菌經(jīng)過補(bǔ)體iC3b調(diào)理后，即能被白細(xì)胞表面受體CR3識別，細(xì)菌與吞噬細(xì)胞發(fā)生黏附并陷入吞噬細(xì)胞，從而吞噬細(xì)菌。此外，補(bǔ)體可以刺激白細(xì)胞分泌TNF和GM-CSF，調(diào)節(jié)輔助性T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，提高細(xì)胞免疫和T細(xì)胞依賴的抗體分泌，增強(qiáng)機(jī)體免疫力。在牙周炎發(fā)病過程中，補(bǔ)體作為固有免疫分子，一方面通過調(diào)動機(jī)體防御反應(yīng)，保護(hù)宿主，另一方面還可以直接作用于免疫細(xì)胞或通過調(diào)控信號傳導(dǎo)通路，協(xié)助病原菌進(jìn)一步感染和破壞牙周組織，協(xié)同Toll樣受體放大固有免疫和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致組織損傷[15]。

在炎癥條件下，GCF在血清中含有高達(dá)70%至80%濃度的補(bǔ)體。且從牙周炎患者收集的GCF含有比來自健康個體的GCF更高濃度的活化補(bǔ)體片段[16]，通過C3轉(zhuǎn)化測定，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)實驗性牙齦炎的人類志愿者的活化補(bǔ)體會隨著臨床炎癥參數(shù)的升高而進(jìn)行性升高[17]，相反，正在接受治療的牙周炎患者炎癥的緩解導(dǎo)致補(bǔ)體活性降低，如GCF中C3-C3c轉(zhuǎn)化率的降低。這些結(jié)果都說明牙周炎時系統(tǒng)失衡，補(bǔ)體過度活化，促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生和組織破壞，因此如果能抑制補(bǔ)體的過度活化，可以緩解牙周炎癥的發(fā)展。

2.2 急性期蛋白

發(fā)生炎癥時，急性期蛋白(acute phase proteins，APP)血漿濃度會出現(xiàn)增加或減少,這種反應(yīng)稱為急性期反應(yīng)。C-反應(yīng)蛋白(c-reactive protein，CRP)是最強(qiáng)的APP之一。急性組織損傷后，在24～48 h內(nèi)血清或血漿中CRP水平增高，在急性期達(dá)到高峰，隨炎癥或創(chuàng)傷的減弱而降低，因此，CRP水平的高低可為炎癥及相關(guān)疾病過程的診斷、監(jiān)控及治療提供信息。研究發(fā)現(xiàn)牙周炎患者血清中CRP質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于健康對照組，且血漿和齦溝液中CRP水平與牙周炎的炎癥程度密切相關(guān)[18]，而目前尚不知道牙齦組織是否能產(chǎn)生CRP，但牙周治療后牙周炎患者血漿和GCF中CRP水平下降，表明CRP參與牙周炎的發(fā)病過程[19]。乳鐵蛋白(lactoferrin，LF)是一種特別表達(dá)分布的急性期蛋白，僅在PMN次級顆粒中大量存在，在其他白細(xì)胞中不存在，在血漿中微量存在。有研究報道，與健康者相比，牙齦炎和牙周炎患者齦溝液中LF含量增高，且其含量與炎癥臨床指標(biāo)相關(guān)[20]，提示GCF中LF可作為評估牙周治療效果的一個有效指標(biāo)。

2.3 Toll-like受體

Toll 樣受體 (toll like receptors，TLRs) 是固有免疫系統(tǒng)中的模式識別受體(pattern-recognition receptors，PRR)，是固有免疫和適應(yīng)性免疫之間的橋梁，能識別微生物表面的高度保守結(jié)構(gòu)并通過細(xì)胞間信號通路活化固有免疫細(xì)胞，激發(fā)固有免疫應(yīng)答。到目前為止，人類中發(fā)現(xiàn)有十種TLR，能識別病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)。根據(jù)PAMPs類型可將TLRs分兩類，一類主要識別由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的PAMPs，另一類主要識別由核苷酸組成的PAMPs。有研究發(fā)現(xiàn)，與健康牙周組織相比，慢性牙周炎患者的牙周組織中TLR2和TLR4表達(dá)明顯增高，表明TLR2和TLR4參與牙周炎的發(fā)病過程[21]。TLR2缺失小鼠感染后牙周炎癥更嚴(yán)重，有更明顯的牙槽骨喪失，但是IL-1β、TNF-α等促炎性細(xì)胞因子也明顯減少[22]，說明TLR2既參與抗炎因子產(chǎn)生也參與促炎因子產(chǎn)生，具有抗炎和促炎的雙重作用。Sahingu[23]發(fā)現(xiàn)牙周炎患者的TLR9基因表達(dá)明顯上調(diào)，提示牙周炎中牙槽骨吸收可能由TLR9調(diào)控。

2.4 防御素

防御素包括α-防御素和β-防御素，不僅能增強(qiáng)固有免疫系統(tǒng)，還能通過促進(jìn)單核細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、樹突細(xì)胞及肥大細(xì)胞向炎癥感染位點的趨化作用來增強(qiáng)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)。α-防御素主要存在于結(jié)合上皮中，由多形核白細(xì)胞表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)牙周袋中細(xì)菌侵入組織和高水平的蛋白酶激活會引起α2巨球蛋白激活水平升高，而宿主-抗原通過硫酸皮膚素和α2巨球蛋白相互作用可導(dǎo)致直接滅活或清除防御素。因此，在牙周炎中α2巨球蛋白水平升高會降低防御素水平[24]。β-防御素包括hBD1、hBD2 和hBD3，主要存在于齦溝上皮，由黏膜上皮細(xì)胞表達(dá)，hBDs可通過與趨化因子受體6(chemokine receptor 6，CCR6)的相互作用刺激抗原提呈細(xì)胞樹突細(xì)胞和記憶性T細(xì)胞向細(xì)菌入侵位點趨化，促進(jìn)機(jī)體的免疫反應(yīng)。Liu等[25]研究發(fā)現(xiàn)與健康牙齦組織相比，慢性牙周炎患者的病變牙齦組織中hBD3蛋白表達(dá)水平降低，而hBD3 mRNA表達(dá)水平增高，推測牙齦組織中hBD3蛋白表達(dá)減少是因為牙周炎時局部組織對hBD3的消耗，hBD3在牙周炎的發(fā)病過程中可能發(fā)揮保護(hù)性作用。

3 展 望

綜上所述，宿主的固有免疫應(yīng)答是一把雙刃劍，在發(fā)揮著對牙周組織防御保護(hù)作用的同時，也可造成牙周組織損傷。牙周炎的發(fā)生發(fā)展是宿主的免疫保護(hù)和免疫破壞機(jī)制不平衡所致。理解宿主固有免疫應(yīng)答在牙周炎發(fā)生過程中的重要作用及可能的機(jī)制，有助于闡明牙周炎的發(fā)生機(jī)制，為牙周炎的防治提供理論基礎(chǔ)和防治原則，并為牙周炎新療法的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。