巨噬細胞極化在正畸牙移動中的作用

劉 雯 劉春艷 馬文盛

作者單位：050017 石家莊，河北醫(yī)科大學口腔醫(yī)（學）院正畸科，河北省口腔醫(yī)學重點實驗室，河北省口腔疾病·臨床醫(yī)學研究中心（馬文盛為通訊作者）

正畸牙移動是在機械力介導下，發(fā)生在牙周膜和牙槽骨的局部無菌性炎癥反應[1]。牙移動時，根據不同的受力狀態(tài)分為張力側和壓力側，壓力側發(fā)生骨吸收[2，3]，張力側發(fā)生骨形成[4]。牙移動過程中涉及局部炎癥反應，因此必定有免疫應答，而巨噬細胞是免疫系統(tǒng)的關鍵介質，在免疫系統(tǒng)中有重要作用，幾乎參與了全身系統(tǒng)中所有的疾病發(fā)生與發(fā)展[5～9]。在牙移動過程中，在壓力區(qū)和張力區(qū)附近或者較遠處有大量的單核/巨噬細胞出現[10]。因此本文對巨噬細胞的M1，M2 極化及其與牙移動關系做一綜述。

一、巨噬細胞極化

機體內防御系統(tǒng)包括固有免疫和適應性免疫系統(tǒng)。巨噬細胞作為固有免疫重要一部分，大部分由單核細胞分化形成。巨噬細胞可吞噬和殺滅病原微生物，處理提成抗原，介導特異性免疫應答[11]，巨噬細胞還參與組織修復和重建、血管生成[12，13]。在體內微環(huán)境中，巨噬細胞具有可塑性和異質性。在不同的炎癥因子的刺激下和細胞微環(huán)境中，巨噬細胞會發(fā)生極化或者稱為活化。巨噬細胞極化分為兩類：經典活化型巨噬細胞（M1）和選擇活化型巨噬細胞（M2）。研究表明M1 是促炎巨噬細胞，M2 是抗炎巨噬細胞[14]。除此之外還有一種去激活或調節(jié)型的巨噬細胞[11，15]，特征是可高表達IL-10。但是目前研究更多關注于M1 和M2 極化，對于第三種研究相對較少，因此本文只關注M1，M2 極化和牙移動的關系。

1.M1 型巨噬細胞表型及功能特征

通過Ⅱ型干擾素（IFN-γ）和脂多糖（LPS）刺激后稱為經典活化性巨噬細胞（又稱為 M1）[16，17]。M1 表面標志物為Toll 樣受體4（TLR-4），膠原樣結構巨噬細胞受體 （the MARCO receptor），CD25，CD80[11，17]，Ccl3，Ccl5，白介素 -1β，白介素 -6，腫瘤壞死因子-α（TNF-α）[18]。M1 巨噬細胞可被細菌、微生物成分和損傷組織釋放的損傷相關分子模式激活而極化。極化后，它們表達促炎介質，包括白細胞介素-1β（IL-1β），白細胞介素 -12（IL-12），白細胞介素 -18（IL-18），TNF-α，以及其他炎癥因子，導致炎癥的發(fā)生[19]。M1 是高 IL-12、高 IL-23、低 IL-10 的表型，可以介導對細胞內寄生蟲和腫瘤的耐藥性[20]。

2.M2 型巨噬細胞表型及功能特征

選擇活化性巨噬細胞（又稱為M2）在白介素-4（IL-4）或者白介素 -13（IL-13）刺激下極化為 M2a；免疫復合物白介素-1β（IL-1β）或者LPS 刺激下極化為 M2b；IL-10，轉化生長因子 -β（TGF-β）或者糖皮質激素刺激下極化為M2c[17，21]。M2 巨噬細胞由IL-4 和 IL-13 誘導并表達抵抗素樣 α，Arg1，Ym1，IL-10 和 MRC1（也稱為 CD206）[22]。M2 表面標志物為甘露糖受體（MR），清道夫受體（SR）和半乳糖型受體[20]，CD163，CD209，和炎癥區(qū)域分子 1（FIZZl）[11，13，17]，Arg1， 幾 丁 質 酶 3 樣 3 （Ym1）[18]，CD163，CD209，和抵抗素樣 α[17]。M2 巨噬細胞具有低IL-12、低IL-23、高IL-10 表型，并具有根據極化信號產生炎癥細胞因子的可變能力。M2 巨噬細胞具有參與血管生成[23]，抑制炎癥進展、清除寄生蟲[24]、促進組織修復[16，25]、調節(jié)機體免疫應答[26]的功能。

二、巨噬細胞極化在正畸牙移動中作用

牙移動過程中，分為壓力側和張力側。在壓力側，牙周膜發(fā)生的破骨效應是牙移動發(fā)生的前提和保證。但是使用微計算機斷層成像技術動態(tài)觀察鼠牙移動過程中牙根吸收狀況發(fā)現，隨著正畸力的增大，牙根吸收發(fā)生概率隨之增加[27]，并且在吸收區(qū)域有大量單核/巨噬細胞表達的炎癥因子[28]，因此本文討論巨噬細胞極化在牙移動中壓力側/張力側和牙根吸收中的作用。

1.巨噬細胞極化在壓力側的作用牙移動過程中壓力側主要發(fā)生骨吸收，其中起主要作用的是破骨細胞，破骨細胞來源于單核/巨噬細胞家族[29]。早期研究表明，在壓力側有M1 巨噬細胞的存在。在壓力側，CD4+/CD3+比例上升，破骨增加，相關的炎癥因子TNF-α，IFN-γ 表達增加[30]。M1 可以大量表達效應分子（活性氧和氮中間體）和炎性細胞因子 （IL-1β、TNF-α、IL-6）[20]。Koyo Nakamura 等使用了四種單克隆的抗體，ED1（單核/巨噬細胞和樹突狀細胞抗體）；ED2（常駐巨噬細胞抗體）；KI-M2R（組織巨噬細胞抗體）；以及 OX6（Ⅱ類分子抗體）。發(fā)現在牙移動早期OX6 和ED1 活躍在骨吸收區(qū)，以及和牙周膜壓力側的組織重建有關[31]。M1 可以促進骨吸收，但是Yamaguchi 等發(fā)現體外實驗，與M2 或未受刺激的巨噬細胞（M0）或者未增加巨噬細胞相比，將M1 加到破骨前體細胞中，可以抑制RANKL 誘導的破骨，發(fā)現與M1 釋放的可溶性因子 IFN-γ 和 IL-12 有關，IFN-γ 會抑制NFAT c1（破骨的主要調節(jié)者） 的基因表達，而IL-12 可誘導破骨細胞的壞死。在體內牙周炎模型中，進一步證明誘導M1 極化后，破骨細胞數目減少，破骨發(fā)生減少[32]。在牙移動過程中，巨噬細胞極化在壓力側的作用似有爭議，一方面M1 具有促炎作用，可以介導破骨活動，另一方面M1 又可以抑制RANKL 介導的破骨。接下來本文將從牙周膜和牙根兩方面再細探究巨噬細胞極化的作用。

牙周膜

牙周膜（PDL）是一種抗拉強度高、彈性較弱的纖維結構，連接牙齒和牙槽骨[33]。在牙移動模型中，力加載后的牙周膜干細胞（PDLSCs）可以產生硫化氫（H2S），通過STAT1 信號通路促進巨噬細胞向M1表型極化，從而發(fā)生骨重建和牙移動。這些結果表明力加載后的PDLSCs 可以調節(jié)巨噬細胞極化，并且可以調節(jié)骨重建[34]。He D 等雙重免疫染色顯示，在牙移動中，CD68+iNOS+巨噬細胞浸潤在壓力側的牙周組織內。注入M1 之后，牙移動距離增加，壓力側破骨細胞和CD68+巨噬細胞數目增加，這些都表明在牙槽骨吸收和牙移動中M1 巨噬細胞重要的作用。另外在體外，24 小時的靜壓力加載下培養(yǎng)牙周膜細胞，收集上清液，在同樣24 小時的靜壓力加載下，將人髓系白血病單核細胞THP-1 培養(yǎng)在上清液內，發(fā)現 M1 標志物 TNF-α，IL-1β，IL-6 表達增加，而 C 型凝激素受體（DECTIN-1）和 Arg-1 卻沒有改變，并且白介素-4R（IL-4R）下降，表明牙周膜細胞可能可以誘導THP-1 來源的巨噬細胞極化為M1[35]。在體外，將提前在12 小時壓力加載下的牙周膜細胞和巨噬細胞共培養(yǎng)48 小時后，發(fā)現CD68+IL-1β+M1 數目增多以及IL-1β 表達增加。證明人牙周膜干細胞（hPDLSC）受到靜壓力后可以促進M1 極化，同時可以促進M1 巨噬細胞分泌NOD 樣受體蛋白3 炎癥受體（NLRP3），并且可以增加炎癥因子IL-1β 表達[36]。Shuo Li 研究了PDLSCs分泌的GDF15 在力量刺激下的功能作用，發(fā)現GDF15 可以增加牙周膜中RANKL/OPG 比例。另外增加GDF15 蛋白可以促進RAW264.7 細胞M1 樣極化，從而為牙移動（OTM）過程中PDLCs 介導的破骨細胞形成以及促進M1 樣巨噬細胞極化的分子機制提供了新的見解[37]。綜上，在力的誘導下，壓力側PDLSCs 可以誘導巨噬細胞極化為M1，促進M1 分泌炎癥因子，導致破骨的發(fā)生，而M2 則不參與其中。

牙根

在口腔患者中，在正畸力治療之后牙根吸收率達到了91.8%[38]，在牙根吸收的早期階段，巨噬細胞是破骨細胞的前體細胞，可以調節(jié)牙根吸收[39]。在牙移動過程中，根吸收區(qū)域，PDL 也會分泌產生大量的炎癥因子，例如IL-1β，環(huán)氧合酶-2（COX-2），和前列腺素 E2（PGE2）[28]。Koyo Nakamura 等探究牙移動過程中，發(fā)現在牙根表面有大量的ED-1 陽性抗體存在，表明有大量的巨噬細胞分布在根的近中頰側牙周膜內[31]。He D 等發(fā)現在牙移動過程中，有輕微的牙根吸收，M1 樣巨噬細胞聚集在受壓側牙槽骨和牙根表面牙周膜內[35]。Zhang Jie 等建立鼠牙根吸收模型，發(fā)現在牙根吸收區(qū)域，有大量炎癥因子IL-1β 和M1 巨噬細胞數目聚集，并且可能與NLRP3/caspase-1/IL-1β 信號通路有關[36]。Yina Li等研究機械力作用下牙根吸收與M1/M2 比例改變之間的關系。在快速吸收階段，受壓側，M1 有關的炎癥因子TNF-a 表達量上升，M1/M2 比例上升，在吸收緩慢階段比例下降。調節(jié)M1/M2 型巨噬細胞的相互轉化和存在的比例可能成為治療牙根吸收新的靶點，但對于巨噬細胞極化機制和調控分子仍然需要深入和系統(tǒng)的研究[39]。所以在牙根吸收中，M1 巨噬細胞和白介素-1β 可能起關鍵作用。但是目前對于在牙移動牙根吸收中，巨噬細胞如何調控目前了解較少，未來還需要更多的研究。

2.巨噬細胞極化在張力側的作用

牙移動過程中張力側，拉伸應變能促進PDL 中成骨細胞的增殖[40]，巨噬細胞有很多功能，不僅可以呈遞抗原，也可以產生各種炎癥因子和生長因子，這會促進骨形成和抑制骨吸收，參與的分子包括:TGF-β[41]，骨涎蛋白[42]，骨形成蛋白[43]和表皮生長因子[44]。Koyo Nakamura 等[31]發(fā)現牙周膜重建和牙移動過程中，巨噬細胞的密度分布呈動態(tài)變化。Rygh 等研究發(fā)現牙移動7、14 天，在張力側巨噬細胞樣數目達到峰值[10]。體外實驗，在0.5Hz（拉伸長度與原始長度比例是5%），每天拉伸4h，連續(xù)3、5 天，再繼續(xù)培養(yǎng)24 小時后，小鼠單核巨噬細胞白血病細胞Raw264.7 表面M2 極化分子CD206 表達顯著增加，抑制巨噬細胞向M1 極化，促進巨噬細胞向M2 極化[45]。以上研究表明，在張力側主要是M2 樣巨噬細胞參與牙周膜的重建。

在張力側，PDL 也可以調控 M2 的極化。Michael Wolf 等研究在牙移動過程中，PDLCS 分泌的HMGB1 蛋白可促進巨噬細胞遷移和分化，起到組織修復的作用[46]。Zhuang Z 等發(fā)現，C-C 基序趨化因子配體2（CCL2，已知CCL2 是可以誘導巨噬細胞極化的化學引誘物），在鼠牙周炎模型中，證明使用含有CCL2 MPs 的內源性M2 表型巨噬細胞可以趨化M0 和M2 表型巨噬細胞到炎癥部位，誘導M2表型分化，可降低M1/M2 表現型比率，從而防止牙槽骨丟失[47]。綜上，目前研究表明在移動過程中，主要是巨噬細胞M2 極化參與張力側牙周膜重建，新骨形成。

三、巨噬細胞極化相關信號通路在正畸牙移動過程中的作用

巨噬細胞極化的信號通路包括JNK，PI3K/Akt[48]，Notch，JAK/STAT，TGF-β，TLR/NF-κB，和依賴 hypoxia 的信號通路[11，49]。在牙移動中，與巨噬細胞極化的有關信號通路有：

1.NF-κB 信號通路：牙移動過程中，很多學者研究加速牙移動，骨皮質切開術就是方法之一，Wang Yan 等研究巨噬細胞在骨皮質切開術加速牙移動中的作用，發(fā)現骨皮質切開術后，巨噬細胞發(fā)生極化，立即轉變?yōu)镸1，在牙移動過程中轉變?yōu)镸2。同時發(fā)現，骨皮質切開術首先會通過NF-κB 信號通路激活M1 極化，然后通過JAK/STAT3 信號通路激活M2，從而導致炎癥因子TNF-α 的產生以及破骨的發(fā)生，隨之牙移動開始。在去除單核/巨噬細胞之后，骨皮質切開術會減慢牙移動的速度。在骨皮質切開術5 天之后，巨噬細胞會轉變?yōu)镸1，同時會伴隨IL-1β 和TNF-α 炎癥因子的增加[50]。因此牙移動速度和巨噬細胞極化有密切關系。

2.STAT3 信號通路：在牙移動模型中發(fā)現，巖藻糖膠可以提高小鼠的牙齒穩(wěn)定性和牙周骨密度，從而顯著降低OTM（正畸牙移動）的距離。巖藻糖膠可以抑制促炎因子的分泌，促進促炎細胞和巨噬細胞抗炎因子的分泌。并且發(fā)現巖藻糖膠可以通過STAT3 信號通路介導巨噬細胞的極化[51]。

3.STAT1 信號通路：在牙移動模型中發(fā)現，力加載后的PDLSCs 可以產生H2S 通過STAT1 信號通路促進巨噬細胞向M1 表型極化，從而發(fā)生骨重建和牙移動[34]。

展望：目前已知巨噬細胞極化參與了牙齒移動中的破骨及成骨和牙根吸收等活動。但其具體機制尚不清楚。對于巨噬細胞極化的進一步研究，有望在加重牙齒移動，預防牙根吸收，減少不必要的牙移動方面發(fā)揮作用。