種植體周圍炎的免疫應(yīng)答機(jī)制及其影響因素的研究進(jìn)展

廖安琪，楊仁麗，楊醒眉

隨著種植技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，種植修復(fù)已經(jīng)成為牙列缺損和缺失的主要修復(fù)方式之一，在臨床上得到越來越廣泛的應(yīng)用。種植體周圍炎(peri-implantitis)影響種植牙遠(yuǎn)期成功率，是導(dǎo)致種植修復(fù)失敗的主要原因之一，一項(xiàng)平均觀察期為18.9年的回顧性研究顯示種植體周圍炎的患病率高達(dá)15%[1]。種植體周圍炎是一種菌斑相關(guān)的病理狀態(tài)，以種植體周圍黏膜炎癥和支持骨組織的進(jìn)行性喪失為主要臨床特征[2]。致病菌侵入種植體周圍組織會(huì)引起機(jī)體的免疫應(yīng)答，一方面起到清除病原菌、毒素等有害物質(zhì)的作用；另一方面引起機(jī)體炎癥反應(yīng)，造成種植體周圍軟硬組織的破壞，最終導(dǎo)致種植體的脫落。本文就種植體周圍炎的免疫應(yīng)答、參與免疫應(yīng)答的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其相關(guān)影響因素的研究進(jìn)展作一綜述。

1 種植體周圍炎的免疫應(yīng)答

1.1 固有免疫應(yīng)答

固有免疫應(yīng)答是機(jī)體抵御病原體入侵的第一道防線，通常參與固有免疫應(yīng)答的細(xì)胞有單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、朗格漢斯細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞等。朗格漢斯細(xì)胞是口腔黏膜上皮中主要的抗原呈遞細(xì)胞，激活固有免疫應(yīng)答；同時(shí)，也可以從口腔黏膜中遷移至淋巴結(jié)而啟動(dòng)適應(yīng)性免疫應(yīng)答。研究顯示：與健康黏膜相比，種植體周圍黏膜固有層中朗格漢斯細(xì)胞減少，種植體周圍組織的免疫反應(yīng)減弱[3]。當(dāng)發(fā)生種植體周圍炎時(shí)，種植體周圍的軟組織內(nèi)中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的檢出率較高。巨噬細(xì)胞在受到體內(nèi)外不同的刺激后表現(xiàn)出明顯的功能差異，表現(xiàn)為M1型和M2型巨噬細(xì)胞之間的相互轉(zhuǎn)換，這是損傷-修復(fù)的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)。其中M1型為促炎性巨噬細(xì)胞，分泌白介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等促炎細(xì)胞因子，在種植體周圍可以導(dǎo)致過度纖維化和骨整合失敗。M2型為抗炎、促修復(fù)型的巨噬細(xì)胞，可分泌IL-4、IL-10等抗炎細(xì)胞因子抑制炎癥、促進(jìn)組織愈合和成骨分化。發(fā)生種植體周圍炎的軟組織內(nèi)以M1型巨噬細(xì)胞增加為主，但同時(shí)也存在M2型巨噬細(xì)胞[4]。當(dāng)感染得到控制并轉(zhuǎn)向修復(fù)狀態(tài)時(shí)，M1型巨噬細(xì)胞可以向M2型轉(zhuǎn)化。Hamlet等的研究發(fā)現(xiàn)，鈦盤表面上所培養(yǎng)的M1型巨噬細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)化時(shí)，IL-10表達(dá)增加，起到抑制炎癥反應(yīng)的作用，同時(shí)骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)-2、堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，Alp)、骨橋蛋白(osteopontin，OPN)等促進(jìn)成骨分化的蛋白基因表達(dá)增強(qiáng)[5]。

1.2 適應(yīng)性免疫應(yīng)答

固有免疫應(yīng)答激活隨之也會(huì)觸發(fā)適應(yīng)性免疫應(yīng)答，在種植體周圍組織中表現(xiàn)為B細(xì)胞和T細(xì)胞的比例增高[6]。Toll樣受體(Toll like receptor，TLR)作為模式識(shí)別受體，在B細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)中起重要作用。骨保護(hù)蛋白(osteoprotegerin，OPG)、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB，RANK)及其配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand， RANKL)參與破骨細(xì)胞的形成和分化，三者的表達(dá)水平是決定成骨與破骨平衡的關(guān)鍵。Deng等[7]研究發(fā)現(xiàn)，TLR4可以通過調(diào)節(jié)B細(xì)胞浸潤進(jìn)而上調(diào)RANKL/OPG的比例和TNF-α的表達(dá)，加劇牙齦卟啉單胞菌感染誘導(dǎo)的種植體周圍炎的炎癥反應(yīng)及骨吸收。維甲酸相關(guān)核孤兒受體γt(retinoid-related orphan nuclear receptor γt，RORγt)和叉頭框蛋白轉(zhuǎn)錄因子3(forkhead transcription factor 3，F(xiàn)oxp3)分別是輔助性T細(xì)胞17(T helper cell 17，Th17)和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells，Treg)的特異性轉(zhuǎn)錄因子，Th17細(xì)胞引起自身免疫和炎癥反應(yīng)，而Treg細(xì)胞主要起免疫抑制、維持免疫穩(wěn)態(tài)的作用。在發(fā)生種植體周圍炎時(shí)，大鼠外周血中Foxp3+Treg細(xì)胞顯著下降，Treg細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答受到抑制；種植體周圍組織中RORγT和Foxp3的基因表達(dá)水平增高，且以Th17細(xì)胞反應(yīng)占主導(dǎo)促進(jìn)炎癥反應(yīng)，Th17/Treg之間的失衡會(huì)導(dǎo)致RANKL的過度表達(dá)而引起牙槽骨的丟失[8-10]。

B細(xì)胞與T細(xì)胞之間的相互串?dāng)_也影響著種植體周圍炎的發(fā)展。B10細(xì)胞是以分泌IL-10為主要特征的調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(regulatory B cells，Breg)，最近研究表明B10細(xì)胞的激活和擴(kuò)增可以促進(jìn)Treg細(xì)胞的活化但降低Th17細(xì)胞的局部增殖。通過調(diào)節(jié)Th17/Treg平衡而影響局部宿主免疫反應(yīng)，并且減少IL-17和RANKL的表達(dá)，緩解了牙槽骨的炎癥損傷[11]。

2 參與免疫應(yīng)答的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

2.1 NF-κB信號(hào)通路

NF-κB信號(hào)通路是經(jīng)典的促炎反應(yīng)信號(hào)通路，其在免疫應(yīng)答、癌癥發(fā)生、成骨與破骨反應(yīng)等多個(gè)方面也扮演著重要角色。通過NF-κB信號(hào)通路促使IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎細(xì)胞因子釋放，進(jìn)而介導(dǎo)局部或全身的炎癥反應(yīng)。RANKL是激活NF-κB信號(hào)通路的主要細(xì)胞因子之一，RANKL與前體破骨細(xì)胞表面RANK結(jié)合，促進(jìn)破骨細(xì)胞的增殖、分化與成熟，引起骨的破壞吸收，而OPG可以競爭性結(jié)合RANKL阻斷這一過程，減少破骨細(xì)胞的產(chǎn)生。

在生理?xiàng)l件下，牙周組織中的RANKL主要是由成骨細(xì)胞和成纖維細(xì)胞表達(dá)且與牙周咬合力相關(guān)；在牙周炎骨吸收的局部組織中，RANKL主要來源于活化的T細(xì)胞和B細(xì)胞。宿主局部的免疫細(xì)胞如Th17細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生多種細(xì)胞因子如IL-1、IL-6、IL-17、TNF-α，通過誘導(dǎo)RANK及RANKL的表達(dá)、增加RANK對(duì)RANKL信號(hào)的敏感性等方式，介導(dǎo)破骨細(xì)胞的增殖與活化，這是免疫反應(yīng)導(dǎo)致牙槽骨破壞的主要原因[12-15]。在種植體周圍炎的齦溝液中，NF-κB與RANKL表達(dá)顯著增高并與炎癥反應(yīng)的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，抗RANKL抗體治療和抑制NF-κB的表達(dá)可緩解炎癥反應(yīng)及骨吸收[16-17]，表明NF-κB信號(hào)通路參與種植體周圍炎的免疫應(yīng)答。

2.2 Wnt信號(hào)通路

Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分為經(jīng)典β-連環(huán)蛋白(β-catenin)依賴性途徑和非β-catenin依賴性途徑，可以通過調(diào)節(jié)成骨和破骨活動(dòng)來影響牙槽骨的形成與破壞[18]。增強(qiáng)Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，可以刺激種植體周圍成骨細(xì)胞的分化，減少骨吸收而促進(jìn)骨整合[19-20]；下調(diào)β-catenin轉(zhuǎn)運(yùn)而抑制Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，可以導(dǎo)致種植體周圍骨損傷，抑制骨的形成[21]。

在種植體周圍組織中，Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答中起到十分重要的作用。巨噬細(xì)胞源性Wnt配體的降低會(huì)減少間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSC)和CD4+T細(xì)胞的募集，影響種植體早期的免疫及成骨反應(yīng)。另外，不同的Wnt配體如Wnt3a、Wnt5b可以誘導(dǎo)鈦表面的巨噬細(xì)胞分別向M1型巨噬細(xì)胞和M2型巨噬細(xì)胞極化而產(chǎn)生促炎或抗炎反應(yīng)[22]。

在炎癥反應(yīng)期間，單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞等免疫細(xì)胞可以通過單核細(xì)胞趨化蛋白(monocyte chemotactic protein 1，MCP)-1被募集到炎癥部位。最新的研究發(fā)現(xiàn)，在種植體周圍炎患區(qū)軟組織中高表達(dá)Wnt非經(jīng)典途徑配體蛋白Wnt5a，體內(nèi)試驗(yàn)也顯示出在牙齦卟啉單胞菌感染的巨噬細(xì)胞中高表達(dá)Wnt5a，并且Wnt5a上調(diào)了IL-1β、MCP-1和基質(zhì)金屬蛋白酶-2的表達(dá)，促進(jìn)了種植體周圍炎的炎癥反應(yīng)[23]。

2.3 Hippo-YAP信號(hào)通路

Hippo-Yes相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)是一種保守的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，具有參與調(diào)節(jié)器官大小、組織穩(wěn)態(tài)以及癌癥發(fā)展等功能。YAP是Hippo信號(hào)通路中的主要下游效應(yīng)因子，參與調(diào)節(jié)成骨和破骨分化以及骨代謝。研究表明過量的鈦離子(>10 μg/mL)可以通過誘導(dǎo)YAP的去磷酸化而激活Hippo-YAP信號(hào)通路，降低Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runt related transcription factor 2，Runx2)和OPN等與成骨相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)，從而抑制了成骨細(xì)胞的成骨分化[24]。Pan等[25]通過建立小鼠創(chuàng)傷性咬合合并牙周炎模型，發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)中加載循環(huán)拉伸或壓縮應(yīng)力激活了Hippo-YAP途徑，且與炎癥反應(yīng)共刺激時(shí)更加顯著地促進(jìn)了牙周組織及成骨細(xì)胞中YAP和IL-6、TNF-α的表達(dá)，加劇了炎癥反應(yīng)以及牙槽骨破壞。然而，另有研究表明TNF-α刺激下誘導(dǎo)成骨細(xì)胞中YAP的過表達(dá)抑制了IL-6和RANKL的升高，促進(jìn)了OPG的表達(dá)，減弱了TNF-α引起的NF-κB信號(hào)的激活[26]。這種相反的結(jié)果可能與YAP在成骨細(xì)胞分化的不同階段具有不同的作用有關(guān)，前成骨細(xì)胞中YAP抑制成骨分化，但在成熟的成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞中，它們促進(jìn)骨形成并抑制骨吸收[27]。除此之外，YAP的表達(dá)量、不同的炎癥反應(yīng)微環(huán)境、不同的實(shí)驗(yàn)條件等也可能造成不同的結(jié)果。

NF-κB、Wnt、Hippo-YAP三個(gè)信號(hào)通路之間的串?dāng)_也影響著種植體周圍的炎癥反應(yīng)及成骨。如在牙齦卟啉單胞菌合并創(chuàng)傷性咬合力的刺激下，成骨細(xì)胞中NF-κB信號(hào)通路的激活促進(jìn)了β-catenin的降解，抑制了經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路，阻礙了成骨分化和骨形成[28]。Hippo-YAP和NF-κB信號(hào)通路之間的串?dāng)_，調(diào)節(jié)了種植體周圍炎中巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的免疫炎癥反應(yīng)。研究表明暴露于鈦離子環(huán)境中，巨噬細(xì)胞中Hippo-YAP和NF-κB途徑被激活誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)。YAP的過表達(dá)會(huì)加劇通過NF-κB途徑介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，而NF-κB通路的持續(xù)激活反過來促進(jìn)了YAP的磷酸化和降解導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中YAP蛋白表達(dá)的下降，從而協(xié)調(diào)炎癥反應(yīng)[6]。另外，Wnt與Hippo-YAP信號(hào)通路之間也存在關(guān)聯(lián)，從MSC中去除YAP會(huì)增加Wnt信號(hào)傳導(dǎo)和Runx2活性，促進(jìn)成骨細(xì)胞的形成[27]。

3 影響免疫應(yīng)答的因素

3.1 菌斑

菌斑已被證明與種植體周圍炎發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，即使在健康的種植體周圍組織中也有菌斑的緊密附著，表現(xiàn)出生理上的主動(dòng)免疫反應(yīng)。種植體周圍免疫系統(tǒng)和菌斑之間處于一種動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)這種狀態(tài)失衡后，過度的免疫炎癥反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致種植體周圍組織的破壞[29]。最近研究發(fā)現(xiàn)種植體周圍炎初期，鏈球菌、內(nèi)氏放線菌、韋榮球菌及牙齦卟啉單胞菌為主的菌斑生物膜在種植體周圍黏膜中上調(diào)IL-6和趨化因子配體20(chemokine ligand 20，CCL20)等促炎細(xì)胞因子的分泌，誘導(dǎo)了較弱防御性的免疫炎癥反應(yīng)。后期隨著菌斑中細(xì)菌分布變化以及數(shù)量的增加，通過激活TLR、NOD樣受體等免疫應(yīng)答的模式識(shí)別受體上調(diào)NF-κB信號(hào)通路，增加CCL20、IL-1β和TNF-α分泌，而導(dǎo)致免疫炎癥反應(yīng)加強(qiáng)，種植體周圍黏膜受損嚴(yán)重[30]。

3.2 糖尿病

糖尿病患者在進(jìn)行種植修復(fù)后比非糖尿病患者更易發(fā)生種植體周圍炎及種植體周圍的骨質(zhì)流失。在種植體周圍炎合并糖尿病的患者中，菌斑指數(shù)(plaque index，PI)、探診深度(probing depth，PD)、探診出血(bleeding on probing，BOP)、邊緣骨丟失以及唾液中IL-1β、IL-6水平均顯著高于非糖尿病患者。其機(jī)制與晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end product，AGE)過量形成和積累導(dǎo)致的機(jī)體長期高血糖非正常代謝狀態(tài)有關(guān)。AGE是蛋白質(zhì)等物質(zhì)的游離氨基與還原糖的羰基經(jīng)過非酶糖基化反應(yīng)形成的一類穩(wěn)定的終末產(chǎn)物，AGE本身及其與相應(yīng)受體的結(jié)合均可以激活I(lǐng)L-6、IL-1β和TNF-α在血清和齦溝液中的表達(dá)，導(dǎo)致種植體周圍炎癥和骨質(zhì)流失的加劇，并且AGE還會(huì)減少成纖維細(xì)胞合成膠原蛋白和骨鈣蛋白等基質(zhì)蛋白，從而導(dǎo)致種植體周圍結(jié)構(gòu)和功能損傷。高血糖狀態(tài)及其導(dǎo)致的微血管化改變均會(huì)影響免疫反應(yīng)，削弱對(duì)病原菌、毒素等有害物質(zhì)的清除并且延緩種植體周圍軟組織的愈合[31-33]。

3.3 機(jī)械應(yīng)力

種植體在行使功能時(shí)受到咬合力的影響，有學(xué)者認(rèn)為在沒有感染的情況下，應(yīng)力過載和種植體周圍骨吸收之間沒有相關(guān)性，反而可能會(huì)引起種植體-骨結(jié)合率的增加；在種植體周圍已經(jīng)存在感染的情況下，應(yīng)力過載可能會(huì)加劇種植體周圍的骨吸收，促進(jìn)種植體周圍炎的炎癥反應(yīng)[34]。研究顯示在較高應(yīng)力的作用下種植體周圍的齦溝液中IL-6、TNF-α和IL-10濃度增高，但I(xiàn)L-10的增加最顯著。這可能是由于局部防御性的免疫反應(yīng)被激活，IL-10過表達(dá)以抵消促炎細(xì)胞因子作用[35]。而最近的一篇系統(tǒng)評(píng)價(jià)得出結(jié)論：在骨整合建立之前，過度的應(yīng)力過載(>12 kg/mm2)在沒有炎癥的情況下也會(huì)導(dǎo)致種植體周圍的骨丟失[36]。應(yīng)力過載是否會(huì)導(dǎo)致種植體周圍炎的骨吸收尚沒有一致的結(jié)論。

3.4 吸煙

吸煙是導(dǎo)致種植體周圍炎的危險(xiǎn)因素之一，吸煙者罹患種植體周圍炎的可能性更大且組織破壞更加嚴(yán)重。臨床試驗(yàn)顯示吸煙者的種植體周圍齦溝液中TNF-α、IL-6和IL-1β的水平明顯升高，PD、PI及X線片上顯示的牙槽骨吸收程度較非吸煙者嚴(yán)重，提示吸煙加劇種植體周圍的骨及組織損傷[37]。尼古丁全身性給藥后，大鼠股骨與鈦種植體的接觸顯著降低，OPN和BMP-2等與骨整合相關(guān)的蛋白基因表達(dá)顯著下調(diào)[38]。

4 小結(jié)與展望

種植失敗是種植修復(fù)中最受關(guān)注的問題，而種植體周圍炎是導(dǎo)致種植修復(fù)失敗的主要原因之一。免疫應(yīng)答在種植體周圍炎中起到十分重要的作用，多種免疫細(xì)胞及信號(hào)通路均參與了骨吸收、炎癥反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展過程，并且受到各種因素的影響。早期病原菌觸發(fā)由巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、朗格漢斯細(xì)胞等免疫細(xì)胞介導(dǎo)的固有免疫應(yīng)答，T細(xì)胞、B細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫應(yīng)答也隨之被激活。通過調(diào)節(jié)IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎細(xì)胞因子或IL-4、IL-10等抗炎細(xì)胞因子的分泌，或者影響RANK、RANKL、OPG以及OPN、BMP-2、Runx2等與成骨、破骨相關(guān)蛋白質(zhì)或基因的表達(dá)，進(jìn)而參與調(diào)控種植體周圍炎的炎癥反應(yīng)、骨的吸收與破壞。同時(shí)，NF-κB、Wnt、Hippo-YAP等多種信號(hào)通路在這一過程中起到重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及調(diào)控作用。除此之外，菌斑、糖尿病、機(jī)械應(yīng)力、吸煙等多種相關(guān)因素可能通過調(diào)節(jié)參與免疫應(yīng)答過程中各種免疫細(xì)胞以及細(xì)胞因子的表達(dá)，在一定程度上影響種植體周圍炎的免疫炎癥反應(yīng)。但目前免疫應(yīng)答在種植體周圍炎中的具體作用機(jī)制仍不明確，相關(guān)研究也大多以炎癥相關(guān)的細(xì)胞因子在唾液、齦溝液、種植體周圍組織中的變化來反應(yīng)免疫應(yīng)答在種植體周圍炎中的影響。深入探索免疫應(yīng)答在種植體周圍炎發(fā)生發(fā)展中的作用，明確其對(duì)炎癥、骨吸收與形成等反應(yīng)調(diào)控的具體機(jī)制，有望研究出更具針對(duì)性的診斷與免疫治療措施，為種植體周圍炎的治療提供更多新的思考與途徑。