輔助性T細(xì)胞17及白細(xì)胞介素17在牙周炎中的作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

周劍鵬 謝旭東 趙蕾 王駿

口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院牙周病科 成都 610041

牙周炎是發(fā)生于牙周支持組織中的慢性感染性疾病，菌斑微生物是其始動因子。菌群失調(diào)引發(fā)的宿主免疫反應(yīng)在牙周組織破壞的開始、建立和發(fā)展中均發(fā)揮關(guān)鍵作用。CD4+輔助性T細(xì)胞在牙周炎免疫反應(yīng)中占有重要的地位。其中，輔助性T細(xì)胞17（T-helper 17 cell，Th17）在牙周炎的炎癥進(jìn)展和牙槽骨吸收中發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[1]。研究[2]表明：牙周炎病損中CD4+輔助性T細(xì)胞向Th17細(xì)胞的分化增強(qiáng)，Th17細(xì)胞浸潤及其分泌的白細(xì)胞介素17（interleukin-17，IL-17）水平均顯著升高。然而，Th17細(xì)胞及其分泌的IL-17在牙周炎中的作用機(jī)制尚未完全闡明。

本文將對Th17細(xì)胞和IL-17在牙周炎發(fā)生發(fā)展中的作用所取得的進(jìn)展作一綜述。

1 Th17細(xì)胞的分化及IL-17的產(chǎn)生

1.1 Th17細(xì)胞的分化調(diào)控

隨著Th17細(xì)胞在機(jī)體免疫中的重要性被逐漸認(rèn)識，其分化成為研究的熱點(diǎn)，并從之前的細(xì)胞水平過渡到分子水平和基因水平。幼稚CD4+T細(xì)胞的分化需要通過T細(xì)胞抗原受體與抗原結(jié)合，并受周圍的細(xì)胞因子環(huán)境影響。Th17細(xì)胞是輔助性T細(xì)胞亞群之一，其分泌的細(xì)胞因子主要為IL-17A，即通常所講的IL-17，還可分泌IL-6、IL-21、IL-23和IL-26[3]。IL-17還可以由γδT細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞和自然殺傷T（natural killer T，NKT）細(xì)胞產(chǎn)生，其中Th17和γδT細(xì)胞在牙周組織中的數(shù)量相對較高[4]。

Th17細(xì)胞分化的關(guān)鍵步驟由信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription-3，STAT3）和維甲酸相關(guān)孤核受體γt（retinoid-related orphan nuclear receptor γt，RORγt）所誘導(dǎo)。當(dāng)IL-6、IL-23等細(xì)胞因子與其受體結(jié)合時，可激活Janus激酶信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（janus kinase-signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT）信號途徑，促進(jìn)Janus激酶2（Janus kinase 2，JAK2）的磷酸化、STAT3的募集、磷酸化及二聚化。磷酸化的STAT3結(jié)合RORγt編碼基因RORC的保守的非編碼序列9（conserved non-coding sequences 9，CNS9），誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子RORγt的表達(dá)[5]。轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）則通過細(xì)胞膜上的受體TGF-βR活 化 下 游 分 子SMAD2/3/4，SMAD與RORC基因CNS6結(jié)合，進(jìn)而誘導(dǎo)RORγt的表達(dá)[6]。研究[7]表明：IL-23在誘導(dǎo)促炎型Th17細(xì)胞分化形成過程中發(fā)揮主要作用，即IL-23可通過類固醇受體輔助活化因子-3（steroid receptor coactivator-3，SRC-3）誘導(dǎo)RORγt的表達(dá)，同時RORγt可促進(jìn)SRC-3與IL-17A和IL-1R1基因結(jié)合，SRC-3是一種核受體共激活蛋白，通過核受體RID區(qū)域和組蛋白乙酰酶p300結(jié)合促進(jìn)靶基因轉(zhuǎn)錄。而血清淀粉樣蛋白A（serum amyloid a protein，SAA）亦可獨(dú)立于IL-23誘導(dǎo)促炎型Th17細(xì)胞產(chǎn)生并促進(jìn)炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展[8]。此外，CD4+T細(xì)胞中激活素A（Activin-A）及其受體激活素受體樣激酶4（activin receptor-like kinase 4，ALK4）的表達(dá)也影響促炎型Th17細(xì)胞的分化[9]。

IL-21被發(fā)現(xiàn)是Th17細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)放大的主要機(jī)制：一方面，Th17細(xì)胞分泌的IL-21通過自分泌環(huán)路促進(jìn)STAT3及RORγt的表達(dá)；另一方面，IL-21可與TGF-β協(xié)同誘導(dǎo)Th17細(xì)胞表達(dá)IL-23R，進(jìn)一步促進(jìn)Th17細(xì)胞分化[5]。

綜上所述，TGF-β及IL-6首先啟動Th17細(xì)胞分化，隨后IL-21通過自分泌環(huán)路促進(jìn)Th17細(xì)胞的增殖分化，IL-23則在分化后期維持Th17細(xì)胞的穩(wěn)定及成熟。但是，在沒有IL-6、IL-21的情況下，TGF-β則可表現(xiàn)為抑制Th17細(xì)胞的分化[3]。

Th17細(xì)胞的分化也受到其他細(xì)胞因子的抑制，如IL-2、IL-10、IL-24、IL-27和干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）[10-11]。此外，IL-35亦可抑制Th17細(xì)胞分化和IL-17產(chǎn)生[12]，同時減少IL-17誘導(dǎo)的IL-6和IL-8的產(chǎn)生[13]，繼而進(jìn)一步阻礙Th17細(xì)胞的分化。

1.2 Th17細(xì)胞的可塑性

CD4+T細(xì)胞處于持續(xù)性的失調(diào)和長期慢性炎癥狀態(tài)時，會表現(xiàn)出表型的可塑性。持續(xù)的炎癥環(huán)境中Th17細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)化為Th1樣細(xì)胞并表達(dá)IFNγ，該Th1樣細(xì)胞為非經(jīng)典Th1細(xì)胞；調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）可以轉(zhuǎn)化為Th17細(xì)胞并表達(dá)IL-17A[14]。此外，研究表明：表達(dá)叉頭框蛋白P3（forkhead box protein P3，F(xiàn)oxP3）的T細(xì)胞（FoxP3+T細(xì)胞）在口腔感染過程中可以轉(zhuǎn)化為Th17樣細(xì)胞（exFoxp3TH17）。exFoxp3TH17細(xì)胞的Th17細(xì)胞相關(guān)分子表達(dá)水平顯著高于常規(guī)Th17細(xì)胞，如RORC、IL-17A、IL-17F和核因子κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）。且在沒有外界刺激的情況下，exFoxp3TH17細(xì)胞也高表達(dá)RANKL[15]。臨床研究[16]也表明：種植體周圍炎患者牙周組織內(nèi)FoxP3+RORγt+細(xì)胞的存在可能與種植體周圍炎的進(jìn)展相關(guān)。

研究表明，局部炎癥微環(huán)境中炎癥因子的不同是CD4+T細(xì)胞具有可塑性的可能原因。TGF-β、IL-6可以促進(jìn)Th1細(xì)胞Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子-1（runt related transcription factor 1，Runx1）的 表 達(dá)，Runx1和RORC結(jié)合后增加RORγt的產(chǎn)生，誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)化為Th17細(xì)胞[14]。此外，Th17細(xì)胞在IL-12或腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）存在的情況下能轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙?jīng)典的Th1細(xì)胞。同時，IL-2的缺乏導(dǎo)致Treg細(xì)胞表面CD25表達(dá)的下調(diào)、STAT5的磷酸化增加，使得其FoxP3表達(dá)減少，被證實(shí)是Treg細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Th17細(xì)胞的原因之一[17]。

總之，Th17細(xì)胞的分化和調(diào)控由復(fù)雜的細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)所介導(dǎo)，但具體的分化及調(diào)節(jié)機(jī)制尚需更深入的研究。

2 牙周炎時Th17細(xì)胞和IL-17的變化

生理狀態(tài)下，Th17細(xì)胞隨著年齡的增長在口腔黏膜中自然積累。Th17細(xì)胞的生理積累依賴咀嚼過程中持續(xù)的機(jī)械刺激，并以和IL-6共生的方式維持口腔黏膜屏障的穩(wěn)態(tài)[4]。研究發(fā)現(xiàn)：Th17細(xì)胞增殖通常與牙周組織炎癥密切相關(guān)，但其機(jī)制尚不完全清楚。慢性牙周炎患者牙齦組織中Th17細(xì)胞、IL-17水平較健康組明顯升高[2]，同時外周血和局部Th17細(xì)胞比例、IL-17表達(dá)水平在慢性牙周炎患者中也顯著升高，并且循環(huán)Th17細(xì)胞的比例與探診深度之間呈正相關(guān)[18]。研究表明：牙周炎患者Th17細(xì)胞（CD3+CD161+）的數(shù)量和比例以及IL-17 mRNA的表達(dá)均顯著大于牙齦炎患者。因此，Th17細(xì)胞數(shù)量的增加和IL-17水平的升高可能是反映牙周組織炎癥和破壞程度的一個重要特征[19]。另有研究[20]表明：伴全身疾病的慢性牙周炎患者外周血中IL-23R+Th17細(xì)胞比例亦增加。

牙周炎和糖尿病具有重要的雙向關(guān)系，其中IL-17可能與二者緊密聯(lián)系。研究證實(shí)：IL-17水平與患者的牙周健康狀況、糖化血紅蛋白水平和空腹血糖水平均密切相關(guān)[21]，且2型糖尿病時B細(xì)胞增殖可促進(jìn)Th17細(xì)胞及細(xì)胞因子IL-17的產(chǎn)生[22]。此外，在使用IL-17抗體治療伴糖尿病牙周炎小鼠后，牙周致病菌的致病性、RANKL表達(dá)和牙槽骨吸收均得到改善[23]。臨床研究[24]也證實(shí)：牙周非手術(shù)治療能夠降低控制良好的2型糖尿病患者外周血中Th17細(xì)胞及相關(guān)細(xì)胞因子水平。

以上研究提示：牙周炎時，Th17細(xì)胞和IL-17的表達(dá)水平在局部和外周血中均有升高。然而，牙周炎時外周血升高的Th17細(xì)胞及IL-17與全身其他系統(tǒng)性疾病之間是否存在關(guān)聯(lián)及其機(jī)制尚有待進(jìn)一步的研究。

3 牙周炎時Th17細(xì)胞和IL-17的免疫調(diào)節(jié)作用

3.1 Th17/Treg細(xì)胞的免疫失衡

既往研究已證實(shí)：牙周組織中Th1/Th2細(xì)胞比例與牙周炎的發(fā)生相關(guān)。然而，在牙周病變區(qū)表達(dá)的一些細(xì)胞因子并不是由Th1細(xì)胞或Th2細(xì)胞所分泌。Th17/Treg細(xì)胞比例與Th1/Th2細(xì)胞比例類似，在體內(nèi)存在一定的分化平衡[25]。在炎癥活動期，升高的IL-17抑制內(nèi)皮細(xì)胞的內(nèi)皮發(fā)育調(diào)節(jié)基因-1（developmental endothelial locus-1，DEL-1）表達(dá)，從而促進(jìn)白細(xì)胞浸潤和組織炎癥；而在炎癥消退期，DEL-1通過依賴αvβ3整合素和Runx1的方式上調(diào)FoxP3的表達(dá)，促進(jìn)Treg細(xì)胞的增殖分化[26]。牙周炎的發(fā)病機(jī)制可能與Th17/Treg細(xì)胞比例升高有關(guān)。慢性牙周炎患者牙齦組織發(fā)現(xiàn)更多的Th1、Th17細(xì)胞和IL-17及更低的IL-4、IL-10，而在牙周健康者牙齦組織中可發(fā)現(xiàn)更多的Th2和Treg細(xì)胞[2]。最近的臨床研究[27]表明：牙齦炎患者外周血與IL-17、TGF-β信號相關(guān)的多種代謝物的含量較健康組存在顯著差異，并指出牙齦炎患者外周血Th17/Treg細(xì)胞比例的升高可能與該種代謝紊亂相聯(lián)系。此外，慢性牙周炎患者中Th17/Treg細(xì)胞比例可能與患者年齡有關(guān)，年輕患者Th17/Treg細(xì)胞比例、IL-17水平均高于老年患者，該現(xiàn)象可能與年輕患者體內(nèi)樹突狀細(xì)胞CD40表達(dá)上調(diào)有關(guān)[28]。此外，研究[29]證實(shí)：炎癥環(huán)境下牙周膜干細(xì)胞外泌體中microRNA-155-5p表達(dá)降低，該外泌體能夠促進(jìn)CD4+T細(xì)胞sirtuin-1的表達(dá)誘導(dǎo)Th17細(xì)胞 及IL-17、RORC的 上 調(diào) 和Treg細(xì) 胞 及IL-10、FoxP3的下調(diào)。同時，妊娠期的牙周炎小鼠牙齦Treg細(xì)胞相關(guān)分子的表達(dá)降低，而Th17細(xì)胞增加，引起牙周組織中Th17/Treg細(xì)胞比例的上調(diào)，被認(rèn)為是妊娠期牙周病進(jìn)展的可能原因[30]。

3.2 Th17/Treg細(xì)胞免疫失衡的調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)輔助T細(xì)胞亞群的比例來改善局部細(xì)胞因子環(huán)境，進(jìn)而調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)，對實(shí)驗(yàn)性牙周炎有一定的治療作用，研究[31]表明：口服全反式維甲酸可調(diào)節(jié)Th17/Treg失衡，抑制實(shí)驗(yàn)性牙周炎的進(jìn)展。B10細(xì)胞可以通過增加IL-10的表達(dá)抑制局部Th17細(xì)胞的增殖，發(fā)揮調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)、減少牙槽骨破壞的作用[32]，而局部或全身給藥IL-35也可以抑制實(shí)驗(yàn)性牙周炎小鼠的Th17/Treg失衡和牙槽骨吸收[12]。此外，通過分選牙周炎動物的CD8+FoxP3+T細(xì)胞，然后注射到受體動物體內(nèi)建立過繼轉(zhuǎn)移模型，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)移模型組中CD4+RORγt+T細(xì)胞/CD4+FoxP3+T細(xì)胞比值下調(diào)，IL-6、IL-17A和RANKL的表達(dá)減少，破骨細(xì)胞的生成以及牙槽骨的喪失減少[33]。口服波爾定堿可以通過下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子RORγt和上調(diào)FoxP3 mRNA的表達(dá)來降低Th17/Treg細(xì)胞的比值，從而減少牙槽骨吸收[34]。用骨化三醇治療牙周炎大鼠時發(fā)現(xiàn)：牙周局部組織中IL-17水平降低，IL-4和IL-10水平升高，外周血中Th2和Treg細(xì)胞的百分比增加，Th1和Th17細(xì)胞的百分比降低[35]。同時，骨化三醇還可增加樹突狀細(xì)胞中Th2啟動子的表達(dá)水平，進(jìn)一步抑制破骨細(xì)胞的生成和骨吸收[36]。

4 Th17細(xì)胞和IL-17在牙周組織破壞中的作用

4.1 牙周致病菌誘導(dǎo)Th17細(xì)胞分化和IL-17的分泌

菌斑生物膜是牙周炎的始動因素。牙周致病菌侵入牙周組織后，牙周組織中發(fā)揮抗原提呈的細(xì)胞對致病菌識別、處理加工并運(yùn)送到區(qū)域淋巴結(jié)，引發(fā)抗原特異性T細(xì)胞的活化增殖。在趨化因子的作用下活化增殖的CD4+T細(xì)胞遷移到牙周組織中，這些活化的抗原提呈細(xì)胞及牙齦成纖維細(xì)胞等產(chǎn)生大量的炎性細(xì)胞因子如IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α，連同牙周組織局部的其他細(xì)胞因子如TGF-β聯(lián)合誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的分化和增殖[37-40]。此外，放線菌和牙齦卟啉單胞菌脂多糖可直接通過上調(diào)CD4+T細(xì)胞表面Toll樣受體2（Toll-like receptors 2，TLR2）和TLR4表達(dá)，誘導(dǎo)RORC的表達(dá)，促進(jìn)Th17細(xì)胞的分化，其中，放線菌中以血清型b的作用最強(qiáng)[37-38]。同時，莢膜缺陷型牙齦卟啉單胞菌突變株誘導(dǎo)Th17細(xì)胞和破骨細(xì)胞生成能力減弱[39]，而強(qiáng)毒株W83菌株能更顯著地刺激Th17細(xì)胞分化并高表達(dá)IL-17[40]。此外，口腔黏膜伴放線聚集桿菌也可以使Th17細(xì)胞數(shù)量和IL-17分泌量增加，但白細(xì)胞毒素和細(xì)胞致死性擴(kuò)張毒素雙基因敲除的伴放線聚集桿菌突變株誘導(dǎo)IL-17表達(dá)的作用相應(yīng)降低[41]。

4.2 Th17細(xì)胞和IL-17促進(jìn)炎癥介質(zhì)釋放并影響骨穩(wěn)態(tài)

IL-17的主要致炎效應(yīng)表現(xiàn)為促進(jìn)炎癥因子的釋放并協(xié)同其他炎癥因子的功能，募集和維持免疫細(xì)胞（圖1）。一方面，IL-17/IL-17R復(fù)合物可誘導(dǎo)下游JAK-STAT途徑、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途徑和核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）途徑的活化，進(jìn)而促進(jìn)成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，增強(qiáng)RANKL/RANK的信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致破骨細(xì)胞的分化成熟和牙槽骨的破壞吸收[5]。另一方面，IL-17可與IL-1β、TNF-α協(xié)同作用，促進(jìn)一氧化氮及前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）的合成，亦可協(xié)同促進(jìn)IL-8、單核細(xì)胞趨化蛋白-1的表達(dá)，擴(kuò)大局部炎癥反應(yīng)。此外，IL-17能誘導(dǎo)上皮細(xì)胞等高表達(dá)粒細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）和趨化因子，促進(jìn)單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞募集；同時抑制內(nèi)皮細(xì)胞的DEL-1表達(dá)，進(jìn)一步有助于中性粒細(xì)胞的過度募集，導(dǎo)致基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）及過氧化物酶的分泌增加[42-43]。因此，IL-17可通過多途徑加劇牙周組織的免疫炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)締組織的破壞及牙槽骨的吸收。此外，IL-17也可通過下調(diào)Wnt途徑相關(guān)基因來抑制晚期成骨細(xì)胞分化[44]；同時，能誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的凋亡，激活成骨細(xì)胞的NF-κB信號通路，促進(jìn)炎癥介質(zhì)釋放并且抑制成骨細(xì)胞功能[45]。

4.3 Th17細(xì)胞和IL-17與RANKL/骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG）比值升高緊密聯(lián)系

牙周組織中RANKL/OPG的比值已成為評估骨吸收程度和牙周炎病理過程的重要指標(biāo)，破骨細(xì)胞導(dǎo)致的骨吸收依賴于RANKL-RANK信號通路。研究[34]表明：炎癥刺激可誘導(dǎo)Th細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化，進(jìn)而促進(jìn)單核巨噬細(xì)胞形成破骨細(xì)胞。動物實(shí)驗(yàn)[46]證實(shí)：實(shí)驗(yàn)性牙周炎大鼠RANKL/OPG比值和IL-17基因表達(dá)均較對照組顯著增加。臨床試驗(yàn)[2]亦表明：慢性牙周炎組的RANKL/OPG比值高于牙周健康組，且Th17細(xì)胞的浸潤數(shù)量也增加，二者可能具有一定的關(guān)聯(lián)性。通過觀察遺傳缺陷導(dǎo)致Th17細(xì)胞分化受損的患者群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該患者群與健康對照者相比牙周炎癥和骨吸收減少，這也說明Th17細(xì)胞可能在牙周炎骨破壞中發(fā)揮作用[47]。

5 總結(jié)和展望

Th17細(xì)胞的數(shù)量增加和IL-17的表達(dá)升高在牙周炎的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。IL-17是一種重要的促炎介質(zhì)，是先天性免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫反應(yīng)之間的橋梁。大量臨床研究以及動物實(shí)驗(yàn)表明：牙周炎時Th17細(xì)胞浸潤增加、IL-17水平升高，而某些藥物、細(xì)胞因子或IL-17抑制劑可通過抑制Th17細(xì)胞分化或IL-17功能，發(fā)揮治療實(shí)驗(yàn)性牙周炎的作用。然而，由于牙周炎癥微環(huán)境的復(fù)雜性，關(guān)于Th17細(xì)胞、IL-17及其他輔助性T細(xì)胞群與牙周炎之間的關(guān)系尚不明確。相關(guān)的免疫病理機(jī)制，特別是誘導(dǎo)Th17細(xì)胞分化、IL-17的產(chǎn)生和IL-17誘導(dǎo)牙槽骨破壞的分子網(wǎng)絡(luò)尚需要更深入的研究。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。