免疫反應(yīng)在種植體周圍炎中的作用研究進(jìn)展

尹昭懿 李效宇 王子璇 李碧榕 董 博 李 珍 孟維艷

一、前言

種植體周圍炎是發(fā)生在種植體周圍組織中的一種病理狀態(tài)，其特征是種植體周圍結(jié)締組織的炎癥和支持骨的進(jìn)行性丟失[1]。種植體周圍黏膜炎和種植體周圍炎的患病率分別為19%～65%和1%～47%[2]。代謝性疾病、吸煙、咬合因素、以及種植體周圍生物膜形成等一系列復(fù)雜因素均可致使成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間的平衡被打破，導(dǎo)致骨吸收[3]。在諸多致病因素的致病過程中，宿主免疫反應(yīng)在種植體周圍炎的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用[4]。本文就免疫反應(yīng)在種植體周圍炎發(fā)生與進(jìn)展中的作用做一綜述。

二、免疫反應(yīng)對全身及局部治病因素導(dǎo)致的種植體周圍炎的作用

種植體在體內(nèi)形成骨結(jié)合后，機(jī)體代謝水平的變化以及局部不良刺激因素均可導(dǎo)致種植體周圍發(fā)生進(jìn)行性骨吸收，甚至骨結(jié)合的破壞。從免疫角度分析，全身因素（糖尿病、吸煙等）和局部因素（咬合過載等）通過不同途徑破壞種植體周圍免疫穩(wěn)態(tài)，介導(dǎo)骨吸收的發(fā)生。導(dǎo)致植入失敗的主要因素之一是免疫介導(dǎo)的排斥反應(yīng)[5]。

1.糖尿病：糖尿病是一組以高血糖為特征的代謝性疾病，長期高血糖會引起各種組織的慢性損傷和功能障礙[6]。研究表明糖尿病患者患種植體周圍炎的風(fēng)險比非糖尿病患者高50%[7]。其機(jī)制是糖尿病導(dǎo)致種植體周圍血管生成抑制，導(dǎo)致體內(nèi)骨祖細(xì)胞減少，骨-種植體界面骨形成不良[8]。除上述骨界面愈合不良外，高血糖狀態(tài)會導(dǎo)致病原性的微生物群轉(zhuǎn)移和/或增加局部反應(yīng)。高水平血糖會誘導(dǎo)或形成代謝物，介導(dǎo)一系列細(xì)胞反應(yīng)和免疫反應(yīng)：受損的間充質(zhì)細(xì)胞分化、成骨細(xì)胞減少、破骨細(xì)胞誘導(dǎo)的骨吸收，以及刺激炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-17分泌和刺激膠原酶生成等，從而加劇分解代謝反應(yīng)和組織損傷，影響骨代謝，造成骨吸收[9，10]，加劇種植體周圍炎。

2.吸煙：吸煙對種植體周圍炎的影響不容忽視。Cyprus[11]建立香煙煙霧暴露（cigarette smoke extract，CSE）的實驗?zāi)Ｐ脱芯课鼰煂w內(nèi)骨結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果顯示在所有鈦表面暴露于CSE后，條件培養(yǎng)基中IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-4、IL-10和IL-13的分泌呈劑量依賴性增加。雖然促炎和抑炎細(xì)胞因子的水平都增加了，但促炎性IL-1β、IL-6和TNF-α的水平比抑炎性細(xì)胞因子增加了5倍。這些數(shù)據(jù)表明，接觸CSE會使巨噬細(xì)胞向促炎性方向分化。CSE降低了成骨分化和抑炎IL的產(chǎn)生，同時增加了巨噬細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞中的促炎型IL的生成，這表明CSE中的化合物強(qiáng)烈影響干細(xì)胞的分化，并可能影響生物材料植入后的骨形成，從而導(dǎo)致種植體的失敗。Khulud[12]的研究表明：患種植體周圍炎的患者中，吸煙患者種植體周圍齦溝液表達(dá)的晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）水平高于非吸煙患者。AGEs受體RAGEs識別煙霧產(chǎn)生的配體，當(dāng)煙草與AGEs-RAGEs相互作用增加時，破壞性炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生增多，包括IL-1β、TNF-α和IL-6等。

3.咬合因素：由于種植體缺乏牙周膜的支持，更易發(fā)生咬合過載，導(dǎo)致種植體修復(fù)失敗，所以種植體咬合設(shè)計的關(guān)鍵因素之一是避免咬合過載[13]。有研究指出，種植體周圍骨組織對“咬合過載”的不同反應(yīng)取決于黏膜健康[14]。Jose Vi?a-Almunia[15]的一項臨床研究中指出：咬合負(fù)荷較高的種植體在種植體周圍的齦溝液中呈現(xiàn)出較高水平的IL-10。咬合調(diào)整后種植體周圍齦溝液中TNF-α、IL-10、IL-6、IL-1β、IL-8的表達(dá)降低。Angel Insua[16]研究表明過度負(fù)荷和微損傷與較高的骨細(xì)胞凋亡有關(guān)，骨細(xì)胞凋亡后，骨中RANKL釋放增加，導(dǎo)致破骨細(xì)胞生成和骨吸收。Martinna[17]的文章中提到：在骨結(jié)合前進(jìn)行病理性超負(fù)荷（＞12kg/mm2）時，咬合超負(fù)荷與種植體周圍骨丟失之間可能存在關(guān)聯(lián)，在沒有炎癥的情況下導(dǎo)致骨損傷和吸收。骨整合后，當(dāng)骨穩(wěn)態(tài)負(fù)荷小于2kg/mm2，在沒有炎癥的情況下，廣泛的骨與植入物接觸且無牙槽骨吸收。

咬合過載導(dǎo)致的種植體失敗與炎癥息息相關(guān)，這可能是機(jī)體免疫反應(yīng)參與的結(jié)果，若能在臨床規(guī)避咬合因素可能帶來的不良影響，將提高種植體的長期存留率。

4.菌斑生物膜：生物膜遍布于環(huán)境，水系統(tǒng)中的任何地方，并在醫(yī)學(xué)和牙科領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用[18]。Mirjam[19]的研究表明：在種植體植入后30分鐘內(nèi)，種植體表面就會形成菌斑生物膜。健康種植體周圍的菌斑組成與健康的天然齦溝相似，以革蘭氏陽性球菌和非能動菌為主。牙周炎的齦下菌群以革蘭氏陰性菌為主，而種植體周圍感染有時可能與不同的微生物群有關(guān)，包括大量的消化鏈球菌或葡萄球菌[20]。Rinat Tzach-Nahman[21]通過建立小鼠模型來研究炎癥介質(zhì)，他們認(rèn)為牙齦卟啉單胞菌可以導(dǎo)致種植體周圍的骨丟失并且可以改變牙齦細(xì)胞因子表達(dá)。牙齦細(xì)胞因子表達(dá)改變后，免疫反應(yīng)平衡被打破，從而誘發(fā)種植體周圍炎癥。

Alexandra[22]通過建立種植體周圍黏膜生物膜模型研究了種植體周圍炎的宿主-微生物相互作用機(jī)制：口腔黏膜通過上調(diào)熱休克蛋白（heat shock proteins，HSP）-70基因，在種植體周圍黏膜中引起保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng)。IL-6、趨化因子CXC基序配體-8（Chemokine（C-X-C motif）ligand 8，CXCL8）和CC族趨化因子配體2（CC chemokine ligand2，CCL2）等細(xì)胞因子水平降低表明炎癥反應(yīng)減弱。同時機(jī)體通過增加TNF-α水平來維持炎癥平衡。新生生物膜的積聚導(dǎo)致種植體周圍黏膜的炎性病變，隨著白細(xì)胞穿過屏障上皮，以及在鄰近的結(jié)締組織中T細(xì)胞和B細(xì)胞比例增加而形成炎性浸潤屏障上皮，植體-黏膜界面的宿主-微生物穩(wěn)態(tài)破壞，從而誘發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)[23]。

5.鈦離子釋放：在骨科中，植入物磨損顆粒引起的炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致骨丟失和無菌性松動的主要原因。一些學(xué)者假設(shè)，種植體的表面顆粒釋放也可能引起宿主的免疫反應(yīng)，當(dāng)免疫反應(yīng)進(jìn)展“失控”或失去平衡，會引起種植體周圍疾病。傳統(tǒng)認(rèn)為鈦（Ti）作為惰性材料，不與機(jī)體反應(yīng)，但Albrektsson[24]介紹了異物免疫反應(yīng)平衡的概念，認(rèn)為任何材料進(jìn)入人體組織都會激活免疫反應(yīng)，骨結(jié)合也是免疫反應(yīng)的過程，當(dāng)骨結(jié)合時，發(fā)生免疫介導(dǎo)的異物免疫反應(yīng)平衡，若失去或者未建立這種平衡，則會發(fā)生骨丟失。研究表明，鈦是介導(dǎo)種植體植入后種植體周圍疾病的先行者，鈦離子釋放后，通過影響朗格漢斯細(xì)胞、T細(xì)胞等免疫細(xì)胞進(jìn)一步影響免疫反應(yīng)。而過量的鈦離子會導(dǎo)致部分朗格漢斯細(xì)胞發(fā)育不完全，從而不表達(dá)langerin+[25]；且50、100μM的Ti（Ⅳ）離子可以促進(jìn)T細(xì)胞的活化和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)[26]。在種植體周圍炎的臨床標(biāo)本檢測中，鈦離子濃度顯著升高，且淋巴細(xì)胞、M1型巨噬細(xì)胞的比例也顯著上調(diào)[27]。Ricardo[28]利用基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，在炎癥期28天后，鈦觸發(fā)明顯的免疫激活，集中在先天免疫系統(tǒng)上，CD11b、重組人精氨酸酶（arginase，ARG1）-1、中性粒細(xì)胞胞漿因子（neutrophil cytosolic factor，NCF）-1和C5aR1顯著上調(diào)，表明固有免疫系統(tǒng)的激活。Truc[29]發(fā)現(xiàn)Ti顆粒和樹突狀細(xì)胞激活之間存在聯(lián)系，而樹突狀細(xì)胞被認(rèn)為是連接先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的多功能細(xì)胞群。綜上所述，鈦通過介導(dǎo)免疫反應(yīng)，來誘發(fā)種植體周圍炎癥。

三、種植體周圍炎的免疫反應(yīng)過程

根據(jù)免疫應(yīng)答識別的特點、獲得形式以及效應(yīng)機(jī)制，可分為固有性免疫和適應(yīng)性免疫兩大類。固有免疫亦稱為先天性免疫或非特異性免疫，適應(yīng)性免疫亦稱獲得性免疫或特異性免疫。

1.先天性免疫（固有免疫）：Ricardo Trindade[29]研究發(fā)現(xiàn)，炎癥期28天后鈦種植體激活先天免疫系統(tǒng)，補(bǔ)體、巨噬細(xì)胞或其他Ⅱ型固有淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞增多。在免疫抑制時，由于巨噬細(xì)胞抑制中性粒細(xì)胞凋亡，所以檢測到鈦種植體周圍中性粒細(xì)胞的長期存在，故中性粒細(xì)胞不僅作為急性炎癥的標(biāo)志，也參與到慢性反應(yīng)中。M1巨噬細(xì)胞在應(yīng)對釋放的金屬離子和顆粒方面占優(yōu)勢，主要產(chǎn)生促炎性介質(zhì)，介導(dǎo)多核巨細(xì)胞包裹、清除顆粒的同時影響微環(huán)境中其他炎癥細(xì)胞的聚集[30]。在炎癥的早期，種植體表面被補(bǔ)體系統(tǒng)識別，補(bǔ)體與IL-1b、C3a和C5a協(xié)同作用，在促炎環(huán)境中調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的免疫反應(yīng)，也能誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的生成，誘導(dǎo) IL-6和IL-8的釋放，上調(diào)骨保護(hù)因子核因子κB受體激活劑（receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）/骨骼保護(hù)因子（osteoprotegerin，OPG）的表達(dá)。RANKL／NF-kB受體激活子（receptor activatorof NF—kB，RANK）/OPG軸參與破骨細(xì)胞的發(fā)育和骨重建[22]。樹突細(xì)胞是強(qiáng)大的抗原呈遞細(xì)胞，源自骨髓祖細(xì)胞和單核細(xì)胞，可通過引發(fā)促炎或致耐受性免疫效應(yīng)細(xì)胞來塑造免疫反應(yīng)。樹突狀細(xì)胞作為免疫反應(yīng)的前哨細(xì)胞和抗原遞呈細(xì)胞，是唯一能夠啟動原始輔助性/細(xì)胞毒性T細(xì)胞進(jìn)行克隆擴(kuò)增的抗原遞呈細(xì)胞，用來激發(fā)先天免疫和適應(yīng)性免疫。在未成熟的狀態(tài)下，樹突狀細(xì)胞捕獲微生物及其抗原，在成熟狀態(tài)下，樹突狀細(xì)胞刺激T細(xì)胞對這些捕獲的抗原的反應(yīng)。樹突狀細(xì)胞從而啟動適應(yīng)性免疫反應(yīng)[31，32]。

2.適應(yīng)性免疫：適應(yīng)性免疫系統(tǒng)是人體后天被某些病原菌感染后，有針對性的形成的特異性免疫反應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括細(xì)胞免疫（T細(xì)胞）和體液免疫（B細(xì)胞）?？谇火つす逃袑拥闹饕馨图?xì)胞亞群由CD4+T輔助細(xì)胞組成，細(xì)胞與抗原接觸時，對于細(xì)胞內(nèi)生長的微生物，可能激活Th1細(xì)胞免疫，以T淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞為主，如果致病微生物以細(xì)胞外生長為特征，可能激活Th2體液免疫，免疫反應(yīng)以血漿細(xì)胞為主。樹突狀細(xì)胞刺激T細(xì)胞增殖時，在RANKL的介導(dǎo)下T細(xì)胞進(jìn)一步增多，T細(xì)胞和B細(xì)胞在體內(nèi)的存活率也增加。通過輔助性T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的聯(lián)合作用，單核細(xì)胞分化為具有調(diào)節(jié)特性的樹突狀細(xì)胞，形成一個正反饋回路，以加強(qiáng)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞啟動的免疫調(diào)節(jié)[32～33]。T淋巴細(xì)胞在種植體周圍炎的免疫反應(yīng)中起重要作用。鈦離子在體外能激活NLRP3炎癥小體，促進(jìn)IL-β的分泌，在這一激活過程中作為協(xié)同激活劑，加強(qiáng)了預(yù)先激活的T細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[34]。有學(xué)者研究了鈦暴露后樹突狀細(xì)胞的特性，Ti（IV）可以改變樹突狀細(xì)胞特性，從而使T淋巴細(xì)胞反應(yīng)性增強(qiáng)，從而增強(qiáng)Th1型免疫反應(yīng)[35]。研究證明來源于人外周血單核細(xì)胞的CD103+DCs也有促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化的能力[36]。

四、與種植體周圍炎免疫反應(yīng)相關(guān)的生物因子

細(xì)胞因子是先天免疫和適應(yīng)性免疫細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)，介導(dǎo)和調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能的免疫應(yīng)答。在生理和病理條件下，細(xì)胞因子傳遞各種細(xì)胞間信號，使細(xì)胞對不同的外源刺激作出反應(yīng)。它們通過調(diào)節(jié)白細(xì)胞和其他細(xì)胞的生長、活動和分化來調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)。

1.PAMPs、DAMPs：Toll樣 受 體（toll-like receptors，TLR）或模式識別受體對病原體相關(guān)的模式分子（pathogen-associated molecular pattern，PAMPs）或危險相關(guān)模式分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）作出反應(yīng)。TLR可通過激活諸如AP-1和NF-κB的轉(zhuǎn)錄因子來激活激酶的下游信號傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致各種炎性細(xì)胞因子和免疫調(diào)節(jié)劑的釋放。TLR識別PAMPs為人類抗微生物感染提供了快速有效的第一道防線[37]。

Edward等人研究發(fā)現(xiàn)PAMPs粘附在鈦顆粒上，粘附PAMPs提高了鈦顆粒的生物活性，PAMPs通過激活其同源TLR脂多糖來實現(xiàn)這一目的，進(jìn)一步推論低水平的細(xì)菌定植產(chǎn)生的PAMPs可能有助于骨科植入物的無菌性松動[38]。Jeremy等人提出磨損碎片顆?？赡茏鳛镻AMPs/DAMPs并通過TLR激活巨噬細(xì)胞。病原體作為PAMPs與巨噬細(xì)胞結(jié)合可誘導(dǎo)先天免疫系統(tǒng)的反應(yīng)，并導(dǎo)致適應(yīng)性免疫的誘導(dǎo)，Toll樣受體信號通路中的關(guān)鍵接頭分子—髓樣分化因子可作為預(yù)防磨損碎屑顆粒誘發(fā)假體周圍骨破壞的治療靶點[39]。

2.促炎因子：在種植體周圍炎和慢性牙周炎中都發(fā)現(xiàn)了具有激活破骨細(xì)胞潛力的細(xì)胞因子，IL-1α是前者中最普遍的細(xì)胞因子，而TNF-α是后者中最常見的細(xì)胞因子。這些細(xì)胞因子通過刺激破骨細(xì)胞導(dǎo)致骨質(zhì)流失[40]。

在炎癥的早期，種植體表面被補(bǔ)體系統(tǒng)識別，補(bǔ)體系統(tǒng)激活并產(chǎn)生的C3a和C5a，二者被認(rèn)為是中性粒細(xì)胞的過敏性毒素。浸潤的中性粒細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子，如TNF-α和IL-1β，從而進(jìn)一步加速炎癥反應(yīng)[41]。有學(xué)者采用系統(tǒng)生物學(xué)的方法，評估受試者在不同情況下牙齒和種植體部位的微生物群。結(jié)果顯示，牙齒和種植體周圍的炎癥與IL-1α和IL-1β呈正相關(guān)[42]。Lasserre指出IL-1、IL-6、IL-17和TNF-a被稱為強(qiáng)促炎分子。如果不加以干預(yù)可能導(dǎo)致組織破壞[43]。巨噬細(xì)胞釋放IL-1和TNF-α從而介導(dǎo)有效的炎癥反應(yīng)，但適量的IL-1和TNF-α釋放造成的短期炎癥有利于初級骨愈合。而強(qiáng)烈或長期的IL-1和TNF-α釋放會致使炎癥和破骨過程，從而增加嚴(yán)重感染的種植體周圍疾病，激活宿主免疫反應(yīng)，導(dǎo)致種植體的失敗[44]。

五、總結(jié)與展望

種植體在植入體內(nèi)后會發(fā)生一系列的免疫炎癥反應(yīng)，最終機(jī)體形成穩(wěn)定的、平衡的免疫狀態(tài)。當(dāng)受到全身或局部不利因素刺激后，不同的免疫反應(yīng)途徑可能會被激活，多種細(xì)胞、因子介導(dǎo)疾病的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。雖然學(xué)者們已逐漸認(rèn)同種植體周圍炎與免疫反應(yīng)密切相關(guān)，但仍有許多問題亟待進(jìn)一步探索，如：①種植體周圍炎為何缺乏自限性；②何種免疫細(xì)胞或免疫反應(yīng)主導(dǎo)了炎癥的進(jìn)程；③在種植體脫落后再次種植的長期存留率降低，與機(jī)體的免疫反應(yīng)是否相關(guān)；④是否有特異性的免疫指標(biāo)指示種植體周圍炎的早期變化。相信隨著更多的現(xiàn)象和機(jī)制被揭示，種植體周圍炎和免疫反應(yīng)的關(guān)系將會被更全面地闡釋。