白細(xì)胞介素-37與牙周炎關(guān)系的研究進(jìn)展

鄭旭，謝琛，高暢，郭竹玲

海南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院口腔科，海南 ?？冢?70102）

牙周炎為由牙菌斑導(dǎo)致的牙周組織炎癥，可累及牙周膜、牙槽骨與牙骨質(zhì)，其發(fā)生與發(fā)展和多種炎癥因子有關(guān)。白細(xì)胞介素-1家族細(xì)胞因子大多為促炎因子，近年來研究發(fā)現(xiàn)，該家族的第七個(gè)成員IL-37具有強(qiáng)大的抗炎及抗自身免疫效果，成為目前的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)階段較少關(guān)于IL-37與牙周炎相關(guān)因子的研究，本文將對(duì)兩者進(jìn)行綜述。

1 IL-37 的結(jié)構(gòu)及功能

IL-37共由218個(gè)氨基酸組成，其編碼基因位于第二號(hào)染色體，可在胸腺、淋巴結(jié)、骨髓、肺部、胎盤、睪丸等部位表達(dá)。IL-37分為a～e共5個(gè)變異剪切體，IL-37b含有由第四號(hào)外顯子負(fù)責(zé)編碼的三葉草β狀結(jié)構(gòu)，對(duì)細(xì)胞因子和相應(yīng)受體的結(jié)合具有重要作用。IL-37c、IL-37e無該結(jié)構(gòu)，而IL-37a與IL-37d具有第四號(hào)外顯子，故推測a、d亞型具有與IL-37b相似的功能。IL-37b具有caspase-1切割位點(diǎn)，可在該酶的作用下進(jìn)出細(xì)胞核。實(shí)驗(yàn)表明，表達(dá)IL-37的轉(zhuǎn)基因小鼠腹腔巨噬細(xì)胞對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α和IFN-γ的抑制率為40%～50%，當(dāng)阻止caspase-1切割I(lǐng)L-37后，此抑制效果消失［1］，說明IL-37可在該酶作用下發(fā)揮抗炎作用。IL-37在人類細(xì)胞和組織中低水平表達(dá)，但在炎癥刺激和促炎細(xì)胞因子作用下表達(dá)上調(diào)［2］。IL-37具有強(qiáng)大的抗炎作用，分為細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外兩種作用途徑，在胞內(nèi)可與Smads蛋白結(jié)合調(diào)控促炎基因轉(zhuǎn)錄，在細(xì)胞外IL-37可與IL-18結(jié)合蛋白（interleukin 18 binding protein，IL-18BP）或IL-1受體8（interleukin 1 receptor，IL-1R8）結(jié)合，抑制IL-18與IL-18Rα受體結(jié)合進(jìn)而抑制炎癥因子的產(chǎn)生，發(fā)揮抗炎作用［3］。此外，IL-37d亦可與Smads3結(jié)合抑制炎癥因子的表達(dá)，而不是通過IL-18Rα/IL-1R8受體通路發(fā)揮抗炎作用［4］（圖1）。

Figure 1 The anti-inflammatory effects of IL-37 through intracellular and extracellular pathways圖1 IL-37發(fā)揮抗炎作用的細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外途徑

2 IL-37 與牙周炎相互關(guān)系研究

細(xì)菌微生物是牙周炎發(fā)生的始動(dòng)因子，宿主的免疫反應(yīng)在牙周組織破壞過程中發(fā)揮核心作用，樹突狀細(xì)胞、吞噬細(xì)胞等識(shí)別牙周組織中的病原微生物并將抗原呈遞給T細(xì)胞、B細(xì)胞，引發(fā)自身免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答，由樹突狀細(xì)胞提呈抗原、CD4+T細(xì)胞引發(fā)的牙槽骨吸收，以及破骨細(xì)胞的誘導(dǎo)形成和炎性因子釋放在牙周炎病理過程中發(fā)揮重要作用。M1型巨噬細(xì)胞能夠降低成骨基因Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（runt-related transcription factor 2，Runx2）表達(dá)水平以抑制成骨細(xì)胞分化，Th1細(xì)胞可通過促進(jìn)破骨細(xì)胞形成加重牙槽骨的吸收程度［5］。記憶B淋巴細(xì)胞、骨細(xì)胞可通過高表達(dá)核因子-κB受體活化因子配體（receptor activator of NFκB ligand，RANKL）、增加骨硬化蛋白分泌、骨細(xì)胞凋亡及自噬的方式促進(jìn)牙槽骨吸收，加重牙周炎進(jìn)展［6-9］。IL-37可通過抑制RANKL途徑、降低CD4+T細(xì)胞的活化程度抑制牙槽骨吸收，提示IL-37與牙周炎可能存在密切關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，慢性牙周炎患者牙齦組織中IL-37水平明顯高于健康組織，CD138+、CD38+漿細(xì)胞是慢性牙周炎牙齦組織中產(chǎn)生IL-37主要的免疫細(xì)胞類型［10］。IL-37可通過細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外途徑抑制樹突狀細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞增殖分化及炎癥因子如IFN-γ、TNF-α的釋放發(fā)揮抗炎作用。綜上，提示IL-37與牙周炎發(fā)生發(fā)展存在聯(lián)系。

2.1 IL-37與牙周炎相關(guān)細(xì)胞

2.1.1 CD4+T細(xì)胞 由CD4+T細(xì)胞引發(fā)的免疫反應(yīng)在牙周炎發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，牙周炎患者牙齦產(chǎn)生局部超敏樣反應(yīng)，牙齦中特異性克隆CD4+T細(xì)胞增生活躍，導(dǎo)致大量IFN-α聚集于牙周炎患者牙齦中。在牙周炎癥刺激下，CD4+T細(xì)胞可分化為多個(gè)亞型，Th1、Th17細(xì)胞表達(dá)增加，Th2細(xì)胞及Treg細(xì)胞表達(dá)水平顯著下降，Th1細(xì)胞可通過分泌IFN-γ、IL-2、IL-12及RANKL導(dǎo)致牙周組織炎癥擴(kuò)散及牙槽骨的吸收，提示Th1細(xì)胞具有促進(jìn)牙周炎進(jìn)展的作用；Th2細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子如IL-4具有高效的抗炎特性，Th2細(xì)胞的低水平表達(dá)可能與牙周炎的加重存在關(guān)聯(lián)［11］。CD4+T細(xì)胞內(nèi)有IL-37 mRNA產(chǎn)生，胞核周圍可大量表達(dá)IL-37，T細(xì)胞內(nèi)IL-37表達(dá)被沉默后，CD4+T細(xì)胞增殖活躍，促炎因子表達(dá)水平較對(duì)照組升高。有研究報(bào)道，Treg細(xì)胞在牙周炎組織中的含量高于正常牙周組織及牙齦炎組織，叉頭框轉(zhuǎn)錄因子P3、轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和IL-10表達(dá)水平較牙齦炎組織顯著增高［12］。研究顯示，Treg細(xì)胞內(nèi)IL-37被沉默后，Treg細(xì)胞抑制免疫反應(yīng)效果明顯減弱［13］。在脂多糖存在條件下，IL-37對(duì)Treg細(xì)胞抑制T淋巴細(xì)胞增殖及促進(jìn)TGF-β分泌的作用均加強(qiáng)。此外，Treg細(xì)胞在炎癥因子作用下產(chǎn)生高水平的IL-37，IL-37可反作用于Treg細(xì)胞，提高其活性并促進(jìn)抗炎因子TGF-β、IL-10的釋放，IL-10能夠抑制基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）產(chǎn)生和通過RANKL途徑來緩解牙周組織的破壞程度。Treg細(xì)胞還可通過表達(dá)叉頭框轉(zhuǎn)錄因子P3以降低牙周炎引發(fā)的自身免疫，延緩牙槽骨吸收的進(jìn)程。此外，研究發(fā)現(xiàn)重組的IL-35和IL-37在體外對(duì)破骨細(xì)胞的形成具有劑量依賴性的抑制作用（在300 ng/mL的IL-35和IL-37中，對(duì)破骨細(xì)胞形成抑制率分別為78.9%和97.7%，P<0.05），推測牙齦組織中CD138+、CD38+漿細(xì)胞通過產(chǎn)生IL-35和IL-37，直接阻斷破骨細(xì)胞的形成來抑制牙槽骨丟失，從而調(diào)節(jié)牙周炎的發(fā)展［10］。綜上，IL-37通過抑制效應(yīng)T細(xì)胞增殖和釋放炎性細(xì)胞因子及作用于Treg細(xì)胞來抑制牙槽骨的破壞程度，發(fā)揮抑制牙周炎進(jìn)展的作用。

2.1.2 樹突狀細(xì)胞 牙周炎牙齦組織中IL-37主要由牙齦上皮細(xì)胞和結(jié)締組織中浸潤的免疫細(xì)胞表達(dá)，有報(bào)道指出，牙齦組織的樹突狀細(xì)胞也是IL-37的來源之一［14］。未成熟狀態(tài)樹突狀細(xì)胞具有抵御微生物侵入牙周組織的能力，在牙周抗原作用下促進(jìn)樹突狀細(xì)胞成熟，表面共刺激分子CD80、CD86表達(dá)增加，進(jìn)而激活CD4+T細(xì)胞、誘導(dǎo)Th1細(xì)胞增殖分化，促進(jìn)牙周炎的發(fā)展［15］。慢性牙周炎患者血清中，樹突狀細(xì)胞共刺激分子CD80、CD86和CD40表達(dá)水平較牙周健康者顯著升高，Th17/Treg比例上升，提示慢性牙周炎促進(jìn)了樹突狀細(xì)胞成熟的過程［16］。樹突狀細(xì)胞在牙周炎狀態(tài)下能夠激活T細(xì)胞和天然免疫反應(yīng)，促進(jìn)CD4+T細(xì)胞分化成Th1、Th2、Th17和Treg細(xì)胞，導(dǎo)致基質(zhì)金屬蛋白酶和RANKL的表達(dá)，促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成和骨吸收，加重牙周炎的發(fā)生發(fā)展［16］。此外，未成熟的樹突狀細(xì)胞可以在牙周炎條件下參與破骨細(xì)胞的發(fā)生并導(dǎo)致骨喪失［17］。研究證明，IL-37預(yù)處理組樹突狀細(xì)胞的CD80、CD86表達(dá)水平明顯下降，RANKL途徑的表達(dá)亦受到抑制，提示IL-37可通過作用于RANKL途徑而抑制樹突狀細(xì)胞的成熟［18］。當(dāng)IL-1R8或TLR4缺乏時(shí)，IL-37對(duì)樹突狀細(xì)胞成熟的抑制作用明顯減弱，提示IL-37通過IL-1R8-TLR4-RANKL途徑來抑制樹突狀細(xì)胞成熟過程［19］。IL-37b可與細(xì)胞核內(nèi)Smads蛋白結(jié)合，抑制樹突狀細(xì)胞的活化。加入適量濃度的IL-37在體外培養(yǎng)時(shí)，能夠有效抑制樹突狀細(xì)胞表面產(chǎn)生共刺激因子。綜上，IL-37可通過有效抑制樹突狀細(xì)胞的增殖而抑制牙周炎的進(jìn)展（圖2）。

Figure 2 IL-37 inhibits proliferation and differentiation of dendritic cells and CD4+Tcells圖2 IL-37抑制樹突狀細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞增殖分化

2.2 IL-37與牙周炎相關(guān)促炎因子IFN-γ、TNF-α、IL-1β

IFN-γ是由輔助性T細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子，可以上調(diào)TNF-α和IL-1β的表達(dá)水平，刺激破骨細(xì)胞形成，加速牙槽骨的吸收進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn)，IFN-γ在牙周組織炎癥的擴(kuò)散、牙周膜喪失及牙槽骨的吸收發(fā)揮重要作用［20］。在IL-37作用下，促炎因子如IFN-γ、TNF-α、IL-6表達(dá)水平明顯降低，抑炎因子TGF-β表達(dá)顯著升高［21］。

IL-37可以通過與IL-18BP結(jié)合，增強(qiáng)IL-18與IL-18BP結(jié)合的能力，抑制IL-18與IL-18Rα受體結(jié)合，進(jìn)而抑制促炎因子IFN-γ產(chǎn)生，減緩牙周炎的發(fā)展［22］。

IL-1β可以促進(jìn)MMPs、RANKL、前列腺素E2、IL-6、IL-8等的分泌，導(dǎo)致IL-1β具有強(qiáng)烈的骨吸收刺激作用，使其成為牙周炎發(fā)生發(fā)展的重要細(xì)胞因子。若阻斷IL-37的正常表達(dá)，單核細(xì)胞在內(nèi)毒素的作用下IL-1β表達(dá)增加2.1倍，提示IL-37可以通過抑制IL-1β的表達(dá)來抑制牙周炎癥狀態(tài)下牙槽骨的丟失［14］。研究表明，牙周炎患者唾液和血清TNF-α含量較牙周健康者高，TNF-α可上調(diào)牙齦上皮細(xì)胞、T細(xì)胞和成骨細(xì)胞中RANKL的表達(dá)，介導(dǎo)牙齦成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞凋亡，抑制牙齦成纖維細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)，提示TNF-α可能通過破壞口腔黏膜屏障參與牙周炎的發(fā)生［23］。綜上，IL-37可能通過抑制上述促炎因子的產(chǎn)生而發(fā)揮抑制牙周炎發(fā)展的作用。

2.3 IL-37與牙周炎的相關(guān)信號(hào)通路

2.3.1 RANKL途徑 RANKL是破骨細(xì)胞的主要激活劑，活化的T細(xì)胞和B細(xì)胞是病變牙周組織RANKL的主要來源［24］。實(shí)驗(yàn)表明，選擇性抑制RANKL/RANK軸可抑制牙槽骨的吸收［25］。在生理狀態(tài)和炎癥狀態(tài)下，IL-37通過抑制RANKL途徑的激活而抑制破骨細(xì)胞的分化，進(jìn)而抑制牙槽骨吸收的進(jìn)程［26］。骨細(xì)胞特異性RANKL缺失可完全阻斷牙周炎，推測骨細(xì)胞表達(dá)的RANKL可能是牙周炎發(fā)生的重要環(huán)節(jié)［27］，說明IL-37可通過作用于RANKL途徑的激活而抑制牙周炎患者牙槽骨喪失。然而，有報(bào)道指出，IL-37可抑制LPS誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成和骨吸收，并抑制LPS誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá)，但是IL-37對(duì)RANKL及TNFα誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成無明顯影響［28］。綜上，IL-37是否可以作用于RANKL途徑進(jìn)而抑制牙周炎，還需更多相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3.2 Smads蛋白 Smads家族作為TGF-β家族的重要下游分子，與牙周炎癥的發(fā)生發(fā)展存在密切關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果顯示，Smads蛋白尤其是Smad3在人牙周膜干細(xì)胞骨向分化過程中起關(guān)鍵的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用［29］。Smad7蛋白可作用于免疫細(xì)胞的多種信號(hào)通路，促進(jìn)大量炎癥因子釋放，還可與抑炎因子TGF-β競爭結(jié)合TGF-β受體，抑制細(xì)胞核中抑炎基因的表達(dá)。此外，Smad7蛋白還可增強(qiáng)RANKL途徑，與牙周炎的發(fā)展存在密切關(guān)聯(lián)。

免疫熒光結(jié)果顯示，IL-37b可與Smad3結(jié)合形成復(fù)合物，影響基因的轉(zhuǎn)錄，抑制Toll樣受體誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子IL-1β、IL-16和IFN-γ的表達(dá)，發(fā)揮抑制炎癥的作用［23］，TLR信號(hào)在牙周炎癥和骨吸收誘導(dǎo)中具有重要作用［30］，Toll樣受體可增強(qiáng)破骨細(xì)胞活性，促進(jìn)牙槽骨的吸收。

細(xì)胞水平實(shí)驗(yàn)顯示，前體IL-37b和成熟IL-37b均能與Smad3結(jié)合，干擾Smad2、Smad4與Smad3結(jié)合形成Smad2/3/4復(fù)合體，提示IL-37b可能通過與Smad2、Smad4競爭結(jié)合Smad3來抑制Smad通路［31］。IL-37和Smad3可形成功能復(fù)合物來抑制多種STATs的活性以及參與炎癥信號(hào)通路的某些激酶的表達(dá)［32］。用特異性抑制劑SIS3阻斷Smad3激活，IL-37抑制RAW細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的表達(dá)呈劑量依賴逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說明Smad3可能參與IL-37b的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)［3］。在小鼠RAW264.7細(xì)胞株和人THP-1細(xì)胞株中，使用Smad 3特異性抑制劑或靶向siRNA沉默內(nèi)源性Smad 3后，IL-37的抗炎作用明顯減弱。轉(zhuǎn)染siRNA的IL-37轉(zhuǎn)基因小鼠肺內(nèi)Smad 3基因敲除也明顯降低了IL-37的抗炎作用［32］。

研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎患者牙周組織中Runx2表達(dá)水平較健康牙周組織顯著降低，可能作用途徑為Smad1/5/8磷酸化受到抑制，導(dǎo)致Runx2表達(dá)水平受限，進(jìn)而抑制成骨細(xì)胞的分化［33］。在TGF-β存在下，IL-37顯著增強(qiáng)了對(duì)Smad1/5/8磷酸化，而不是對(duì)Smad2/3的磷酸化［34］，提示Smad1/5/8磷酸化可能為IL-37抑制牙周炎進(jìn)展的途徑之一。綜上，Smads蛋白可能在IL-37抑制牙周炎過程中起重要作用（圖3）。

Figure 3 IL-37 delays alveolar bone resorption through inhibiting the RANKL pathway圖3 IL-37通過抑制RANKL途徑延緩牙槽骨吸收

3 小結(jié)

作為IL-1家族的新成員，IL-37可通過細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外兩種途徑發(fā)揮抑制炎癥發(fā)展的作用。許多臨床試驗(yàn)表明，牙周炎患者齦溝液中IL-37的濃度具有明顯變化，作為牙周組織的炎癥疾病，IL-37可能通過作用于CD4+T細(xì)胞、Treg細(xì)胞，抑制樹突狀細(xì)胞增殖，與Smads蛋白結(jié)合和抑制RANKL途徑發(fā)揮抑制牙周炎進(jìn)展的作用。牙周炎的發(fā)生機(jī)制尚未闡明，IL-37或許可成為牙周炎發(fā)生發(fā)展機(jī)制的關(guān)鍵抑制因子，為牙周炎治療的研究提供新的思路，現(xiàn)階段仍需更多相關(guān)研究加以驗(yàn)證。

【Author contributions】 Zheng X wrote the article.Xie C，Guo ZL，Gao C revised the paper.All authors read and approved the final manuscript as submitted.