自噬在牙髓炎中的研究進展及其在牙髓干細胞自我更新和分化中的作用*

張 鑒， 劉加榮△

1華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院口腔醫(yī)學中心，口腔頜面發(fā)育與再生湖北省重點實驗室，武漢 430022 2華中科技大學同濟醫(yī)學院口腔醫(yī)學院，武漢 430030

自噬是一種細胞自我保護機制，有研究發(fā)現(xiàn)自噬介導了強大的抗炎功能，并可以調(diào)節(jié)炎癥反應。學者們從不可逆性牙髓炎患者的牙髓組織中培養(yǎng)出牙髓干細胞(dental pulp stem cells，DPSCs)，將此與健康牙髓內(nèi)的干細胞作比較，發(fā)現(xiàn)炎癥牙髓中的DPSCs表現(xiàn)出了類似或更好的增殖和多向分化能力，并能在體內(nèi)形成牙髓牙本質(zhì)復合體，這表明炎癥狀態(tài)下的DPSCs有組織再生潛能。有很多研究提示自噬在這一過程中發(fā)揮了重要作用。

1 炎癥狀態(tài)下的牙髓干細胞

干細胞是一種能向多個細胞類型分化，有能力進行自我更新并可以增殖分化的細胞。成年干細胞通常保持靜止狀態(tài)以維持長期的自我更新，另外也可以進行不斷分裂來修復組織或進行分化以實現(xiàn)組織或器官的生長代謝[1]。牙髓中的DPSCs同樣具有多向分化潛能，在特定的誘導條件下，DPSCs向成脂細胞、成牙本質(zhì)細胞[2]、成骨細胞和破骨細胞[3]等細胞類型分化。然而在炎癥環(huán)境下，DPSCs的生長狀態(tài)會發(fā)生改變，炎癥反應也會對細胞產(chǎn)生一定影響。一旦牙齒因為深齲或外傷導致牙髓暴露在外，復雜環(huán)境中的微生物會產(chǎn)生促炎物質(zhì)，促使牙髓細胞產(chǎn)生自我免疫防御反應，其中巨噬細胞的聚集和促炎因子的產(chǎn)生在炎癥發(fā)展過程中的作用十分重要[4]。巨噬細胞上的Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)能夠識別微生物病原體，激活NF-κB等炎癥信號通路，從而導致一系列炎癥細胞因子的產(chǎn)生，進而促進炎癥的發(fā)展[5-6]。

然而炎癥狀態(tài)并不是單方面地對牙髓造成損害。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在牙髓炎中，炎癥環(huán)境中起重要作用的腫瘤壞死因子(TNF-α)可以通過特定的信號通路(Akt/GSK-3b/Cyclin D1)促進干細胞的增殖[7]。DPSCs在炎癥侵襲情況下仍然保留了干細胞特性，并且可以通過TNF-α/IDO軸部分阻斷NF-κB p65亞單位的表達，使巨噬細胞產(chǎn)生TNF-α減少，由此在某種程度上抑制炎癥的發(fā)展[8]。

牙髓受到炎癥刺激后，底層的干細胞被激活，干細胞增殖后向成牙本質(zhì)細胞分化[9]，由此以抵御炎癥或開始形成修復性牙本質(zhì)，這在牙髓炎癥中表現(xiàn)為牙髓受到損傷后產(chǎn)生一系列損傷修復反應[10]。在炎癥牙髓的牙本質(zhì)修復階段中，上調(diào)Wnt/β-catenin通路可以間接地促進巨噬細胞從促炎階段向抗炎階段轉(zhuǎn)變[11]。有研究發(fā)現(xiàn)，通過補體激活途徑可以調(diào)控炎癥DPSCs的增殖和遷移[12]；也有研究發(fā)現(xiàn)了利用外源性物質(zhì)可以抵抗牙髓中的炎癥，以促進炎癥的快速消解和干細胞的分化[13]。臨床常用的蓋髓材料就能調(diào)節(jié)牙髓再生，不同的蓋髓材料在不同的牙髓炎階段能起到不同的抗炎或修復作用[14]，這在牙髓炎治療中有很重要的臨床意義[15]。

根據(jù)以上結(jié)論，我們可以認為對DPSCs進行合適條件的誘導，可以促進其適當分化以滿足急性牙髓炎的治療需求。DPSCs具有強大的增殖、分化能力，在生長因子的作用下DPSCs的增殖能力會更加活躍，對DPSCs進行增殖誘導以促進其生長或抵抗炎癥的能力，可以為治療恒牙早期牙髓炎提供理論基礎，具有較好的臨床應用前景。

2 自噬在干細胞生長狀態(tài)中的變化及對牙髓干細胞分化的影響機制

自噬是一種細胞和細胞器自我更新并且能夠促進細胞內(nèi)循環(huán)代謝的方式，細胞內(nèi)產(chǎn)生一種雙層膜結(jié)構包裹細胞質(zhì)等物質(zhì)形成自噬體，最終與溶酶體形成自噬溶酶體，降解后將進一步為細胞提供營養(yǎng)和能量，促進其再生，這樣才能讓細胞穩(wěn)態(tài)和細胞器的更迭成為現(xiàn)實，最終為組織修復或再生提供新的生長途徑和生長方式[16]。自噬可以由饑餓環(huán)境、炎癥、化學物質(zhì)、氧化損傷等誘導，并且可以被3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine，3-MA)抑制，被雷帕霉素所激活[17-20]。自噬可以回收細胞中蛋白質(zhì)和破壞的細胞器來維持細胞內(nèi)環(huán)境的平衡，并參與干細胞的更新、多向分化、增殖和衰老。正常情況下，自噬參與細胞質(zhì)成分的循環(huán)和病原體的清除，基本水平的自噬有利于生存，并有助于細胞穩(wěn)態(tài)的維持。自噬不足將導致缺陷細胞器和長壽蛋白的積累，阻礙細胞存活，促進細胞死亡[21]。自噬的增加在短期內(nèi)或許有利于細胞存活，但自噬過度或慢性誘導與細胞死亡和病理狀態(tài)有關[22]。

自噬也參與了修復性牙本質(zhì)形成的過程，自噬相關蛋白MAP1LC3C在人牙源性分化過程中顯著表達，并且能夠調(diào)控牙源性分化標記物DSPP的表達，研究表明自噬能夠促進牙源性分化和修復性牙本質(zhì)形成過程中DPSCs的增殖[23]。這為牙髓損傷的治療和再生提供了新的研究方向。有研究表明生長因子SDF1-α能激活DPSCs中的自噬，并且在含有SDF1-α的絲素蛋白支架中自噬活性表現(xiàn)增加，能夠進一步增加DPSCs的增殖分化以及遷移[24]。這表示利用自噬對DPSCs進行干預，并且提供利于DPSCs生長分化的環(huán)境條件(例如生長因子的利用以及在牙髓中搭建促進細胞遷移、增殖的生物支架)，可以促進修復性反應的發(fā)生，這為我們利用自噬機制干預或治療早期牙髓炎癥提供了理論依據(jù)。

自噬在牙髓細胞衰老中的變化十分獨特，自噬的調(diào)控在其中起到的作用也很重要。隨著間充質(zhì)干細胞的衰老，自噬水平逐漸降低[25]，然而神經(jīng)嵴來源的DPSCs中的自噬水平隨著年齡增長而增高[26]。

自噬在口腔疾病中的應用越來越廣，但是有關牙髓炎與自噬的相互作用機制研究仍有不足，在臨床上也沒有得到充分的應用。研究自噬在炎癥復雜通路中所起的作用，將會對牙髓炎的調(diào)控提供重要參考。

3 自噬在牙髓炎中的作用機制

機體內(nèi)環(huán)境在面臨炎癥侵襲條件下，可以誘導巨噬細胞的自噬反應[27]。成牙本質(zhì)細胞是牙本質(zhì)-牙髓復合體的細胞，它與抵抗病原體入侵的炎癥反應密切相關，其存活和免疫對牙髓穩(wěn)態(tài)和牙本質(zhì)再生具有重要意義。有研究利用脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導炎癥，發(fā)現(xiàn)LPS可以激活成牙本質(zhì)細胞自噬，并且自噬在炎癥成牙本質(zhì)細胞中具有兩種作用——以12 h為界，研究發(fā)現(xiàn)在炎癥早期，自噬可以上調(diào)細胞活力，晚期則下調(diào)細胞活力[28]。這表明在牙髓炎發(fā)展的早期階段或者可復性牙髓炎時期調(diào)控炎癥是十分重要的，誘導細胞自噬可以保護細胞免受損傷。研究早期牙髓炎中的自噬機制，并且利用自噬機制對早期牙髓炎進行干預將會有良好的發(fā)展前景。

然而自噬在炎癥環(huán)境中有兩種相反的作用。一方面，自噬通常與應激反應同時發(fā)生，是一種細胞保護反應，在恢復穩(wěn)態(tài)和保護細胞過程中起重要作用[29]。自噬在炎癥反應中可以保護細胞免受炎癥因子毒性傷害[30-31]、殺死細菌[32-33]、去除炎癥因子[34-35]等等。然而另一方面，過度的自噬也可能導致細胞死亡[36]，在某些特定的條件下，自噬一旦超過某個閾值便會吞噬過多的重要細胞器，最終引起細胞穩(wěn)態(tài)環(huán)境崩潰，導致不可逆的細胞死亡[37]。自噬也會通過凋亡途徑導致細胞死亡[38]，在神經(jīng)退行性病變中，功能失調(diào)的線粒體的聚集被認為是導致病變的主要原因，線粒體自噬主要通過PINK1(PTEN誘導的激酶1)-Parkin通路對功能異常的線粒體進行清除[39]。在TNF-α誘導的骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡中自噬被激活，并且自噬增強對其誘導的細胞凋亡具有保護作用，抑制自噬有致使細胞死亡的可能性[40]。自噬在炎癥環(huán)境中對成牙本質(zhì)細胞分化具有調(diào)控作用。自噬參與了LPS誘導的成牙本質(zhì)細胞分化，低水平的LPS刺激可以促進細胞增殖和礦化。然而加了自噬抑制劑后，LPS誘導的礦化表達減少，反之礦化增多。這一發(fā)現(xiàn)提示自噬可能通過抑制NF-κB的激活使成牙本質(zhì)細胞的分化能力提高[41]。在一項牙髓細胞凋亡研究中發(fā)現(xiàn)：LPS可以誘導自噬的激活，并且通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路抑制牙髓細胞凋亡[42]。

在牙髓炎癥發(fā)展的早期階段就進行干預和治療或?qū)⒖s短炎癥病程，能盡可能減少炎癥介質(zhì)和炎癥反應產(chǎn)物對組織的損傷，并為后期的治療提供更大的治愈可能性[43-44]。由此，預防、早期發(fā)現(xiàn)和治療牙髓炎癥可以盡早阻斷炎癥進展，更大程度地保護健康牙髓組織，讓健康DPSCs發(fā)揮抗炎修復作用，為后期治療提供保障。

當牙周炎發(fā)展到根部及根尖部分后，炎癥會沿著側(cè)枝根管和根尖孔向根管內(nèi)發(fā)展，最終侵犯健康牙髓引起牙髓炎病變[45]。牙周炎的進展中同樣存在著自噬水平隨著炎癥發(fā)展而變化[46]，有研究發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)控自噬來抑制牙周炎的發(fā)展，這在一定程度上可以預防牙髓炎的發(fā)生[47]。關于自噬在牙周炎病變中的具體作用機制仍然未知，未來還需要進一步探討。

綜合目前的研究發(fā)現(xiàn)，自噬在牙髓炎發(fā)展的不同階段的作用機制如何，自噬在早期牙髓炎中是否有顯著的抗炎和修復作用等，我們?nèi)匀晃粗?。我們期望在炎癥發(fā)展的早期階段可以激活自噬，促進細胞礦化和增殖，實現(xiàn)對牙髓炎早期階段的調(diào)控，使早期牙髓炎朝可復性牙髓炎方向發(fā)展甚至避免使用復雜的根管治療。這將有助于盡可能地保留患牙，延長患牙使用壽命，并具有較好的臨床應用前景。