雌激素對牙周膜細胞修復(fù)重建牙周組織調(diào)節(jié)機制的研究進展

黎祺， 王賀， 黃紫君， 韓倩倩

1.肇慶醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)?？谇会t(yī)學(xué)院 國家基層醫(yī)療服務(wù)應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，廣東 肇慶（526020）； 2.南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院牙體牙髓病科，廣東 廣州（510280）； 3.南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院牙周病科，廣東 廣州（510280）

牙周病是口腔最常見的疾病之一，特點是牙周組織破壞、吸收、牙齒松動、脫落，牙周組織再生修復(fù)是牙周病治療的熱點和難點［1］。牙周組織由牙周膜、牙槽骨、牙骨質(zhì)及牙齦組成，牙周膜纖維束的兩端分別埋入牙根表面的牙骨質(zhì)和牙槽窩表面的固有牙槽骨，使牙體穩(wěn)固在牙槽窩中。牙周組織在形態(tài)改建和組織修復(fù)的過程中，牙槽骨會不斷吸收和重建，新的牙周膜纖維也會重新附著在牙根表面，形成繼發(fā)性牙骨質(zhì)［2］，這個過程主要依賴牙周膜細胞及其胞外基質(zhì)蛋白的生物學(xué)行為，并可受到雌激素的調(diào)控和影響。本文就雌激素對牙周膜細胞增殖、分化、合成分泌胞外基質(zhì)蛋白的調(diào)控機制，以及雌激素調(diào)控下牙周膜細胞及其胞外基質(zhì)主要蛋白修復(fù)重建牙周組織的機制進行綜述。

1 牙周膜細胞及其胞外基質(zhì)

牙周膜細胞包括牙周膜干細胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）、牙周膜成纖維細胞（human periodontal ligament fibroblasts，HPLFs）、成牙骨質(zhì)細胞、成骨細胞、破骨細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs）。其中HPLFs是牙周膜最主要的細胞，具有獨特且高效的合成和分解胞外基質(zhì)中膠原蛋白的能力，對于維持牙周組織正常改建和損傷后修復(fù)有重要意義［3］。而PDLSCs 的重要潛能是向HPLFs、成牙骨質(zhì)細胞、成骨細胞和破骨細胞分化［4］，BMSCs 也是具有多向分化潛能的干細胞，PDLSCs 和BMSCs 是雌激素調(diào)控牙周組織再生修復(fù)的重要上游細胞。

牙周膜細胞的胞外基質(zhì)是牙周膜細胞合成和分泌的，由結(jié)構(gòu)蛋白、蛋白聚糖、粘連糖蛋白和水組成的復(fù)雜的網(wǎng)架混合結(jié)構(gòu)［5］。細胞可通過改變胞外基質(zhì)各種蛋白和反應(yīng)因子的合成、降解和組織結(jié)構(gòu)來重建胞外基質(zhì)環(huán)境，胞外基質(zhì)環(huán)境變化又對細胞行為產(chǎn)生重要影響。因此，牙周膜細胞的增殖、分化等生物學(xué)行為與其胞外基質(zhì)蛋白、反應(yīng)因子之間互相調(diào)節(jié)，是牙周組織形態(tài)改建、組織修復(fù)和功能維持的基礎(chǔ)，而這些生物學(xué)行為可受雌激素調(diào)控。

2 雌激素調(diào)控牙周膜細胞增殖和分化

雌激素是一種生物學(xué)活性廣泛的甾體類固醇激素，不僅對生殖系統(tǒng)、骨骼、心血管系統(tǒng)的功能有調(diào)節(jié)作用，還影響牙周組織的生長發(fā)育，人體中雌激素包括雌二醇、雌三醇和雌酮，其中雌二醇（17β-estradiol，E2）發(fā)揮主要作用［6］。臨床研究證明，絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松女性使用外源性雌激素治療，可使牙槽骨吸收減緩，牙周附著喪失和牙齦出血減輕［7］。

雌激素主要是通過牙周膜細胞的雌激素受體（estradiol receptor，ER）對細胞的增殖和分化起調(diào)控作用。人體HPLFs、PDLSCs、BMSCs、成牙骨質(zhì)細胞、成骨細胞和破骨細胞的細胞膜上均含有ERα和ERβ［3-4］。兩型ER 功能不同，在不同的組織和細胞中表達的濃度也不一樣，如ERβ 在HPLFs 中占主導(dǎo)地位，而在PDLSCs 中ERα 的表達高于ERβ，兩型ER 可以感受人體中雌激素水平的變化并做出相應(yīng)的反應(yīng)［3］。

在細胞增殖和分化方面，雌激素與PDLSCs、BMSCs 的細胞膜ERα 和ERβ 結(jié)合后，刺激雌激素靶基因啟動子的DNA 序列——雌激素應(yīng)答元件調(diào)控細胞內(nèi)的信號表達，促進細胞增殖并向HPLFs、成骨細胞和成牙骨質(zhì)細胞分化［4，8-10］。PDLSCs、BMSCs 的增殖分化機制含有諸多通路，其中以Wnt/β-catenin 通路的研究最多，國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)雌激素調(diào)控下，PDLSCs、BMSCs 細胞的Wnt/βcatenin 通路被激活，糖原合成酶激酶-3β 被磷酸化而喪失活性，β-catenin 蛋白在細胞內(nèi)聚集，并轉(zhuǎn)移至胞核內(nèi)與轉(zhuǎn)錄因子/淋巴增強因子結(jié)合，調(diào)節(jié)下游靶基因細胞周期素D1 的表達，從而調(diào)控干細胞的增殖、分化、凋亡等代謝活動［8，10-11］。雌激素還可通過調(diào)節(jié)Notch 信號通路促進成牙骨質(zhì)細胞增殖、分化、礦化和牙骨質(zhì)形成［10］。

核因子κB 受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）是誘導(dǎo)破骨細胞分化、生長的一種跨膜蛋白，主要由成骨細胞合成和分泌［12］。雌激素可通過ERα 誘導(dǎo)成骨細胞生成護骨素，護骨素與RANKL 結(jié)合后抑制破骨細胞形成、分化和激活［12］。而雌激素缺乏則上調(diào)破骨細胞RANKL 的表達，抑制骨分化和Notch 信號通路，誘導(dǎo)破骨細胞形成和溶骨活性提高［13-14］。雌激素還可抑制成骨細胞分泌白介素1、白介素6、腫瘤壞死因子α 等破骨細胞激活因子，誘導(dǎo)破骨細胞凋亡，從而抑制骨吸收［9，12］。

3 雌激素調(diào)控牙周膜細胞合成分泌蛋白

大量研究發(fā)現(xiàn)，雌激素在促進PDLSCs、BMSCs向其他牙周膜細胞分化和增殖的同時，還能促進PDLSCs、BMSCs、HPLFs、成骨細胞、成牙骨質(zhì)細胞合成，并往胞外基質(zhì)中分泌膠原蛋白I 型（collagen I，COLI）、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、骨涎蛋白（bone sialoprotein，BSP）、骨 鈣 蛋 白（osteocalcin，OCN）等［4，8-11］，它們是支持、修復(fù)、重建牙周組織結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)牙周膜細胞增殖、分化、遷移、黏附、功能表達等生物學(xué)過程的重要因子［15-20］。動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，濃度為10-7mol/L 的E2 能使PDLSCs、BMSCs 等牙周膜細胞的COLI、OPN、BSP、OCN 合成增多，提高細胞成骨分化和胞外基質(zhì)的沉積、礦化能力［9，11］。

HPLFs 合成COLI 并分泌到胞外基質(zhì)中與蛋白酶反應(yīng)后自我組裝成膠原纖維，是牙周膜纖維的主要組成部分［2，18］。COLI 也分布在牙槽骨板層骨小梁和新形成編織骨的網(wǎng)狀組織中，是骨礦化的主要基質(zhì)，為胞外基質(zhì)的沉礦化積提供網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)支架［21］。E2 通過調(diào)控BMSCs、HPLFs 的ERα、ERβ表達影響COLI 的合成，加強ERβ 的轉(zhuǎn)錄和表達可增加細胞COLI mRNA 及蛋白的表達［4］，提高COLI的合成與活性，而ERα 的表達增強反而降低COLI合成［3］。

HPLFs、BMSCs、骨細胞、成骨細胞、成牙骨質(zhì)細胞、破骨細胞均可合成分泌OPN。E2 通過減少牙周膜細胞內(nèi)的細胞因子信號抑制因子-2 介導(dǎo)的反饋而擴增生長激素信號途徑，激活OPN 基因啟動子區(qū)域的SFl 反應(yīng)單元序列（SFl-responsive element，SFRE）而 誘 導(dǎo)OPN mRNA 的 轉(zhuǎn) 錄 與 表達［22］。OPN 是一個含300 個氨基酸殘基的分泌型粘性糖蛋白，能與羥基磷灰石、COLI 結(jié)合，參與骨基質(zhì)礦化和吸收、炎癥反應(yīng)和創(chuàng)面愈合［23］。

牙周膜細胞成骨誘導(dǎo)末期，BSP 合成和分泌增多，E2 通過成骨細胞和成牙骨質(zhì)細胞的ERα 刺激BSP 轉(zhuǎn)錄啟動元件環(huán)腺苷酸反應(yīng)組件（cAMP response element，CRE）和激活蛋白因子1（the activator protein 1，AP-1）元件的活動，提高成骨細胞中BSP mRNA 的基因轉(zhuǎn)錄和表達水平［24］。BSP 是一種由317 個氨基酸組成的磷酸化非膠原糖蛋白，可調(diào)控HPLFs、成牙骨質(zhì)細胞、成骨細胞與羥基磷灰石結(jié)合，誘導(dǎo)羥基磷灰石聚集成核；另一方面BSP又可吸附于羥基磷灰石晶體表面抑制晶體生長，在骨組織鈣化中表現(xiàn)雙重調(diào)節(jié)作用［23］。

OCN 的表達水平也通常在成骨晚期升高［9，21］。OCN 又稱骨鈣素和骨R-羥基谷氨酸蛋白，是一種由49 個氨基酸組成的維生素K 依賴性蛋白質(zhì)，可由成骨細胞和成牙骨質(zhì)細胞合成，并將其作為羥基磷灰石晶體儲存在骨礦物基質(zhì)中，是骨形成標志［18］。OCN 啟動子中有3 個ERα 反應(yīng)元件，該部位與E2 結(jié)合形成激素-受體復(fù)合物后，與過氧化物酶體增殖物激活受體γ 輔激活物-1α 協(xié)同作用提高OCN 啟動子的活性，激活OCN 的基因表達［25］。OCN 能促進HPLFs 和成骨細胞的礦化，啟動和參與骨的改建［21］。

4 雌激素調(diào)控下牙周膜細胞及其胞外基質(zhì)主要蛋白修復(fù)重建牙周組織的機制

筆者在整合、分析、歸納國內(nèi)外文獻基礎(chǔ)上，建立了雌激素調(diào)控下牙周膜細胞及其胞外基質(zhì)主要蛋白修復(fù)重建牙周組織的機制模型（圖1）。在一定濃度的雌激素調(diào)控下，PDLSCs、BMSCs 增殖、分化能力增強，牙周膜細胞數(shù)量增多，合成分泌COLI、OPN、BSP、OCN 增多，與胞外基質(zhì)中的纖維粘連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）、牙骨質(zhì)附著蛋白（cementum attachment protein，CAP）等互相鏈接、結(jié)合形成多種鏈合物并相互調(diào)節(jié)，進而促進牙周膜細胞生長、遷移、黏附和纖維化，使牙周膜膠原纖維骨架修復(fù)并與新生牙骨質(zhì)和固有牙槽骨重新黏附。

Figure 1 Mechanistic model of the periodontal ligament cells and extracellular matrix proteins in periodontal tissue repair and reconstruction under estrogen regulation圖1 雌激素調(diào)控下牙周膜細胞及其胞外基質(zhì)主要蛋白修復(fù)重建牙周組織的機制模型

4.1 牙周膜膠原纖維骨架的修復(fù)

HPLFs 在一定濃度的雌激素調(diào)控下分泌膠原增多，其中以COLI 最明顯，是成骨分化的早、中期標志物［9］。COLI 和胞外基質(zhì)中的FN 相互誘導(dǎo)、結(jié)合、沉積形成COLI-FN 鏈合物，構(gòu)成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的膠原網(wǎng)絡(luò)。FN 是存在于各種動物的血液、體液和組織中，分子量約為450 KD 的黏附性非膠原糖蛋白，是牙周細胞外基質(zhì)中細胞間、細胞與基質(zhì)之間的重要黏附因子［20］。FN 是由兩個亞基組成的二聚體，每個亞基上有與膠原、細胞表面受體高親和結(jié)合的位點［20］，F(xiàn)N 通過自身結(jié)構(gòu)的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸三肽序列（arginine-glycine-aspatic acid，RGD）與HPLFs 的細胞膜表面一類整合素結(jié)合［26］，使更多的HPLFs 識別、遷移和附著于COLI-FN 網(wǎng)狀鏈合物上，HPLFs 持續(xù)不斷地分泌膠原對牙周膜膠原纖維進行改建，從而修復(fù)膠原纖維骨架，并作為胞外基質(zhì)蛋白沉積、鏈接和礦化的底物基礎(chǔ)［21，27］。雌激素缺乏可使膠原纖維成分減少并導(dǎo)致排列結(jié)構(gòu)紊亂［4］。

4.2 牙周膜膠原纖維與新生牙骨質(zhì)重新黏附

CAP 是一種相對分子質(zhì)量為55 000 的蛋白，是牙骨質(zhì)再生的重要趨化因子，參與牙周新附著的形成［20］。COLI 不與CAP 直接結(jié)合，但FN 對CAP 有極強的親和力，可與FN 結(jié)合形成FN-CAP 鏈合物，COLI 與FN 結(jié)合形成COLI-FN 鏈合物后，F(xiàn)N 作為中介物調(diào)控CAP 與COLI-FN 鏈合物，再結(jié)合形成COLI-FN-CAP 鏈合物，使CAP 牢固結(jié)合到牙周膜纖維組織上［28］。CAP 可選擇性結(jié)合HPLFs、PDLSCs等牙周膜細胞，使這些細胞在牙根表面遷移和黏附，并分化為成牙骨質(zhì)細胞，同時CAP 對羥基磷灰石有高親和力，促進成牙骨細胞外基質(zhì)羥基磷灰石晶體形成、礦化［29］。因此，COLI-FN-CAP 鏈合物將牙周韌帶纖維的一端在新生牙骨質(zhì)中重新黏附。此外，牙周膜細胞外基質(zhì)中的牙骨質(zhì)蛋白1（cementum protein 1，CEMP1）和釉基質(zhì)蛋白（enamel matrix proteins，EMPs）也可誘導(dǎo)PDLSCs 增殖，并向成牙骨質(zhì)細胞分化，促進牙骨質(zhì)羥基磷灰石晶體在有序成核方面發(fā)揮調(diào)節(jié)作用［20］。

4.3 牙周膜膠原纖維埋入重建的固有牙槽骨

牙周膜細胞外基質(zhì)中的BSP 和OPN 主要由BMSCs、成骨細胞合成分泌，BSP 和OPN 在膠原上有特異的定向結(jié)合位點，多位于膠原纖維網(wǎng)靠近固有牙槽骨的“孔區(qū)”［30］。雌激素調(diào)控下OPN 在成骨分化的早期表達增多，OPN 與COLI、FN 均可結(jié)合，三者形成OPN-COLI-FN 鏈合物，并通過OPN 端的RGD 序列吸引更多的成骨細胞黏附［31］。而BSP是成熟骨標志性蛋白，BSP 與COLI、FN 結(jié)合形成BSP-COLI-FN 鏈合物［22-23］，通過BSP 端的RGD 序列與更多的HPLFs、成骨細胞黏附，大量成骨細胞被吸引，定向移行至“孔區(qū)”后，分泌骨基質(zhì)并礦化，最終將牙周膜膠原纖維靠近牙槽骨的一端埋入重建的固有牙槽骨中。

在牙槽骨和牙骨質(zhì)基質(zhì)礦化的過程中，舊骨破壞吸收后釋放的OCN 在維生素K 依賴轉(zhuǎn)錄后形成羧基谷氨酸蛋白，部分氨基酸殘基羧化凸向同一方向排列形成一個緊密的α-螺旋結(jié)構(gòu)，與羥基磷灰石具有高親和力［25］。OPN 和BSP 也作為重要調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)骨基質(zhì)羥基磷灰石核晶的啟動、形成和礦化［32-33］，OPN 和BSP 還能夠結(jié)合破骨細胞膜αvβ3 整合素，抑制破骨細胞激活因子生成，降低骨吸收［23］。

5 小 結(jié)

綜上所述，一定濃度的雌激素可促進牙周膜細胞增殖、分化、基質(zhì)蛋白合成分泌增加和活性增強，使牙周膜纖維修復(fù)并重新黏附在新生的牙骨質(zhì)和重建的牙槽骨中。但目前雌激素對牙周膜細胞外基質(zhì)中FN、CAP 等調(diào)控機制尚不明確，牙周膜細胞增殖和成骨分化的路徑和調(diào)節(jié)因子還待不斷被發(fā)現(xiàn)和驗證。

【Author contributions】Li Q and Huang ZJ wrote the article，Wang H and Han QQ revised the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.