信號(hào)素3A與口腔常見(jiàn)病關(guān)系的研究進(jìn)展

陳薈宇 白明茹 葉玲

口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)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)院牙體牙髓病科 成都 610041

常見(jiàn)的口腔疾病包括齲齒、牙髓炎、根尖周炎、牙周炎、牙發(fā)育異常和口腔癌等，發(fā)病率較高，常常引起頜面部劇烈疼痛、失牙、面部畸形等，使人們的生活質(zhì)量下降，給社會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1-2]?？谇患膊》N類較多，發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前其分子機(jī)制尚未得到全面闡釋。信號(hào)素3A（semaphorin 3A，Sema3A）在口腔組織中表達(dá)廣泛，包括牙髓、牙周及唾液腺組織等均有表達(dá)[3-5]，在牙髓炎、根尖周炎、牙周炎、牙發(fā)育異常和口腔癌等疾病進(jìn)程中也發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。本文就Sema3A與上述常見(jiàn)口腔疾病的關(guān)系進(jìn)行綜述，以期為全面闡述疾病的發(fā)生機(jī)制提供參考。

1 Sema3A與牙髓炎的關(guān)系

當(dāng)細(xì)菌感染引發(fā)牙髓炎，局部炎癥介質(zhì)的釋放和細(xì)胞間的相互作用會(huì)影響炎癥的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸[6-7]。牙髓組織對(duì)維持口腔和機(jī)體健康非常重要，因此開(kāi)展以保存活髓為目的的研究，對(duì)于遠(yuǎn)期開(kāi)發(fā)牙髓炎抗炎藥物[7]或新型蓋髓材料[8]有重要意義。

研究[3,9-11]發(fā)現(xiàn)：Sema3A能夠影響牙髓炎的發(fā)展及轉(zhuǎn)歸。組織切片免疫熒光檢測(cè)顯示：炎癥牙髓組織中Sema3A的表達(dá)增加。在炎癥環(huán)境中，體外培養(yǎng)的人牙髓細(xì)胞（human dental pulp cells，hDPCs）分泌Sema3A增多；同時(shí)Sema3A重組蛋白能夠減少炎癥狀態(tài)下hDPCs表達(dá)白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6和CXC趨 化 因 子 配 體10（CXC chemokine ligand 10，CXCL10），并抑制核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factor，NF）-κB信號(hào)通路的活化，從而阻止牙髓炎癥進(jìn)程[9]。

在修復(fù)性牙本質(zhì)的形成過(guò)程中，牙髓干細(xì)胞（dental pulp stem cells，DPSCs）增殖并遷移到成牙本質(zhì)細(xì)胞層，替補(bǔ)壞死的成牙本質(zhì)細(xì)胞，分化為成牙本質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞繼續(xù)分泌牙本質(zhì)基質(zhì)，對(duì)于阻止外界不良刺激和保護(hù)牙髓有著重要意義。Sema3A能夠促進(jìn)DPSCs遷移和增殖，并通過(guò)與受體神經(jīng)纖毛蛋白-1（neuropilin 1，Nrp1）相互作用，激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，促進(jìn)DPSCs成牙向分化，啟動(dòng)牙髓牙本質(zhì)復(fù)合體的修復(fù)作用，促進(jìn)修復(fù)性牙本質(zhì)的形成[3,10-11]。

2 Sema3A與根尖周炎的關(guān)系

根尖周炎是由于病原微生物進(jìn)入根尖區(qū)引起的炎癥性疾病，常常表現(xiàn)為根尖區(qū)牙骨質(zhì)及牙槽骨的吸收破壞[12]。臨床上常根據(jù)影像資料顯示的根尖周骨組織恢復(fù)情況作為評(píng)價(jià)治療效果及預(yù)后的重要指標(biāo)。促進(jìn)炎癥消退和骨組織重建往往是根管治療或顯微根尖外科手術(shù)治療難治性根尖周炎的目標(biāo)。

Sema3A可抑制根尖周炎癥的發(fā)展。研究[13]發(fā)現(xiàn)：急性根尖周炎組織中Sema3A mRNA的3’端通過(guò)中和牙周膜細(xì)胞中微小RNA（microRNA，miRNA）-155，減少游離的miRNA-155，降低了其對(duì)根尖周炎癥的促進(jìn)作用。

Sema3A可能通過(guò)免疫調(diào)節(jié)影響根尖周炎癥進(jìn)程。作為免疫調(diào)節(jié)因子，Sema3A能夠引起調(diào)節(jié)性T細(xì)胞標(biāo)志分子FoxP3以及抗炎細(xì)胞因子IL-10表達(dá)增加，抑制支氣管肺炎的發(fā)展[14]。在自身免疫性關(guān)節(jié)炎和骨關(guān)節(jié)炎中，Sema3A能夠抑制CD4+T細(xì)胞的活化，減少促炎因子IL-17的釋放，從而降低該疾病的發(fā)病率和嚴(yán)重程度[15]。而CD4+T細(xì)胞在炎癥根尖周組織中能通過(guò)分泌IL-17等促炎因子募集中性粒細(xì)胞并激活破骨細(xì)胞，引起根尖周組織的骨質(zhì)破壞[16]。由此可以推測(cè)，Sema3A可能通過(guò)調(diào)節(jié)CD4+T細(xì)胞的活化并降低促炎因子表達(dá)水平，發(fā)揮抑制根尖周炎發(fā)展的作用。

作為骨保護(hù)因子，Sema3A同時(shí)激活成骨細(xì)胞和抑制破骨細(xì)胞活性，促進(jìn)根尖周炎骨形成[17-18]。在促進(jìn)成骨分化方面，Sema3A與神經(jīng)叢蛋白A1（plexinA1）-Nrp-1復(fù)合物結(jié)合，通過(guò)FERM、Rho型鳥(niǎo)嘌呤核交換因子（RhoGEF）和血小板白細(xì)胞C激酶底物域蛋白2（FERM,RhoGEF and pleckstrin domain protein 2，F(xiàn)ARP2）激活Ras相關(guān)的C3肉毒素底物1（ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac1）增加β-連環(huán)蛋白（β-catenin）的核轉(zhuǎn)移，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化；在抑制破骨分化方面，Sema3A-Nrp-1信號(hào)軸不僅通過(guò)抑制RAS同源基因家族成員A（Ras homolog gene family member A，RhoA）的活化，阻止巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF）誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的遷移，還能抑制核因子κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL）誘導(dǎo)的磷脂酶Cγ2酪氨酸磷酸化和鈣振蕩，抑制破骨細(xì)胞前體細(xì)胞的分化[17]。

在大鼠根尖周炎模型以及人根尖周炎病損區(qū)域，Sema3A/Nrp-1表達(dá)下降，隨著病損范圍擴(kuò)大，Sema3A表達(dá)逐漸減少[4]，這對(duì)于根尖周組織的保護(hù)作用可能減少。若在根尖周骨缺損處給予Sema3A重組蛋白可能利于骨缺損的修復(fù)。由于缺乏相關(guān)研究，目前該方法的可行性有待驗(yàn)證。

3 Sema3A與慢性牙周炎的關(guān)系

牙周炎是最常見(jiàn)的慢性炎癥性疾病之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)[19]，全球約7億人感染牙周炎，約占世界人口的11%，主要表現(xiàn)為牙周組織炎癥和牙槽骨進(jìn)行性吸收，最終引起牙齒松動(dòng)和脫落。

據(jù)報(bào)道[20]：慢性牙周炎患者齦溝液中檢出的Sema3A和Nrp-1蛋白水平顯著低于對(duì)照組受試者，且Sema3A/Nrp-1表達(dá)水平與牙周骨組織破壞程度呈負(fù)相關(guān)[4]。與此同時(shí)，炎癥環(huán)境下，敲低Sema3A會(huì)引起牙周膜成纖維細(xì)胞（human periodontal ligament fibroblasts，hPDLFs）表達(dá)炎癥因子水平升高[17]。有學(xué)者[4,20]認(rèn)為：炎癥引起的牙槽骨喪失，可能與Sema3A/Nrp-1在炎癥牙周組織的表達(dá)減少有關(guān)。

作為免疫調(diào)節(jié)因子，Sema3A可能影響牙周組織中免疫細(xì)胞對(duì)炎癥的響應(yīng)。巨噬細(xì)胞是目前研究最為廣泛的牙周免疫細(xì)胞。研究[21-22]顯示，Sema3A對(duì)巨噬細(xì)胞的調(diào)控作用隨炎癥環(huán)境的不同而發(fā)生改變。在心肌梗死后的局部炎癥環(huán)境中，Sema3A重組蛋白能夠促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞凋亡，同時(shí)增強(qiáng)M2型巨噬細(xì)胞的胞葬作用，從而促進(jìn)局部炎癥的消退和細(xì)胞碎片的清除[21]。而在膿毒血癥的研究[22]中發(fā)現(xiàn)，Sema3A與其受體PlexinA4相互作用，活化巨噬細(xì)胞表面Toll樣受體，通過(guò)激活NF-κB和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號(hào)通路引起炎癥風(fēng)暴。巨噬細(xì)胞作為參與牙周炎發(fā)生發(fā)展的重要免疫細(xì)胞，在應(yīng)對(duì)炎癥反應(yīng)的不同階段發(fā)生極化，最終形成具有促炎作用的M1型巨噬細(xì)胞，或形成抑制炎癥且促進(jìn)組織修復(fù)的M2型巨噬細(xì)胞[23]。M1/M2型巨噬細(xì)胞的比值對(duì)于評(píng)估牙周炎嚴(yán)重程度和炎癥的發(fā)展方向有著重要意義[24-25]。Sema3A可能調(diào)節(jié)牙周炎癥環(huán)境下巨噬細(xì)胞的生物學(xué)行為，從而導(dǎo)致M1/M2比值發(fā)生改變，影響牙周炎的發(fā)展進(jìn)程。由于炎癥環(huán)境的不同，Sema3A對(duì)牙周炎巨噬細(xì)胞的影響還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

炎癥引起的牙槽骨喪失是牙周炎失牙的直接原因。同時(shí)，骨質(zhì)疏松和糖尿病等全身疾病總是對(duì)牙周炎的轉(zhuǎn)歸產(chǎn)生不良影響，引起骨代謝紊亂，加速骨吸收進(jìn)程。Sema3A具有強(qiáng)大的調(diào)節(jié)骨代謝能力，可能在伴有上述全身疾病的牙周炎中發(fā)揮骨保護(hù)作用。

Sema3A可以調(diào)節(jié)增齡性骨質(zhì)疏松病的骨穩(wěn)態(tài)和骨重建。研究[26]發(fā)現(xiàn)，Sema3A通過(guò)非一氧化氮依賴途徑激活可溶性尿苷酸環(huán)化酶（soluble guanylate cyclase，sGC）-環(huán)磷鳥(niǎo)苷（cyclic guanosinc monophosphate，cGMP）信號(hào)通路，提高骨細(xì)胞存活率，減緩增齡性骨喪失。

此外，Sema3A可以促進(jìn)糖尿病骨缺損的修復(fù)。局部注射Sema3A重組蛋白能夠促進(jìn)2型糖尿病顱骨缺損處脂肪源性干細(xì)胞成骨分化，有利于骨缺損的修復(fù)[27]。這對(duì)于治療與全身疾病相關(guān)牙周炎導(dǎo)致的牙槽骨吸收具有重要意義。

Sema3A可能是牙周組織重建的調(diào)節(jié)因子[28-31]。研究[30]表明：過(guò)表達(dá)Sema3A能夠增強(qiáng)大鼠牙齦間充質(zhì)干細(xì)胞（rat gingival mesenchymal stem cells，rGMSCs）在炎癥環(huán)境下增殖和成骨分化能力，有望成為促進(jìn)牙槽骨重建的重要靶點(diǎn)。不僅如此，Sema3A能夠誘導(dǎo)人牙周膜細(xì)胞（human periodontal ligament cell，hPDLCs）的干性[31]。在Sema3A過(guò)表達(dá)的hPDLCs表面，同源盒轉(zhuǎn)錄因子NANOG、八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子（octamer-binding transcription factor，OCT4）、鈣黏蛋白E（E-cadherin）等胚胎干細(xì)胞標(biāo)記物和CD73、CD90、CD105、CD146、CD166等間充質(zhì)干細(xì)胞標(biāo)記物表達(dá)升高，提示Sema3A能夠誘導(dǎo)hPDLCs的多能性。由于牙周膜干細(xì)胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）數(shù)量少且獲取困難，在牙周再生治療中的應(yīng)用受到限制，Sema3A這一特性的發(fā)現(xiàn)對(duì)牙周組織工程種子細(xì)胞的獲取具有重要的參考價(jià)值。

4 Sema3A與牙發(fā)育異常性疾病的關(guān)系

Sema3A是經(jīng)典的軸突導(dǎo)向分子，調(diào)控中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)功能[32-35]，引起軸突生長(zhǎng)錐肌動(dòng)蛋白骨架重組，影響軸突成束、分支和突觸的形成[32]。研究[33]顯示：Sema3A能誘導(dǎo)雞胚感覺(jué)神經(jīng)軸突生長(zhǎng)錐的塌陷，限制軸突的生長(zhǎng)。但味覺(jué)感受細(xì)胞分泌的Sema3A卻能夠吸引苦味神經(jīng)元與之產(chǎn)生連接，對(duì)味蕾的發(fā)育有重要意義[34]。

有報(bào)道[36]認(rèn)為：感覺(jué)神經(jīng)缺失能夠?qū)е卵例X結(jié)構(gòu)異常。Sema3A對(duì)牙齒神經(jīng)支配的建立有調(diào)節(jié)作用[37-38]。在牙胚發(fā)育過(guò)程中，Sema3A的時(shí)空表達(dá)隨著發(fā)育階段的不同而發(fā)生改變[36]。Sema3A可能調(diào)控神經(jīng)纖維長(zhǎng)入牙胚的時(shí)間和位置，其表達(dá)缺陷會(huì)引起異位的神經(jīng)纖維過(guò)早出現(xiàn)在小鼠牙胚間充質(zhì)中[38]。因此，牙胚發(fā)育期間，Sema3A的表達(dá)紊亂可能會(huì)影響牙齒神經(jīng)纖維的順利長(zhǎng)入，從而引發(fā)牙形態(tài)異常。

牙源性上皮的增殖和遷移是牙齒形態(tài)發(fā)生的基礎(chǔ)。相關(guān)研究[39]指出：Sema3A可能參與該過(guò)程，并通過(guò)Wnt/β-Catenin-Sema3A-Nrp-1信號(hào)軸參與牙瘤的形成。

萌出通道的正確建立對(duì)于牙齒的萌出秩序至關(guān)重要，這依賴于牙胚冠方骨吸收及根方骨形成之間的動(dòng)態(tài)平衡。Sema3A及其受體Nrp-1在小鼠萌出期牙胚冠方的多核巨細(xì)胞中呈陽(yáng)性表達(dá)。此外，體外實(shí)驗(yàn)[40]發(fā)現(xiàn)：Sema3A重組蛋白能夠減少骨髓源性巨噬細(xì)胞分化為抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrated resistant acid phosphatse，TRAP）陽(yáng)性破骨細(xì)胞的數(shù)量。由此可見(jiàn)，Sema3A在引導(dǎo)牙齒的萌出秩序中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，其表達(dá)缺失可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)度的破骨分化，引起牙齒早萌。

5 Sema3A與口腔癌的關(guān)系

Sema3A能通過(guò)調(diào)節(jié)血管形成和免疫細(xì)胞生物學(xué)行為，影響腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[5,41-45]，且在不同腫瘤環(huán)境下發(fā)揮的生物學(xué)功能存在差異。有報(bào)道[43]稱：Sema3A通過(guò)與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合Nrp-1，減少血管新生，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)。在多發(fā)性骨髓瘤的研究[44]中發(fā)現(xiàn)：Sema3A減少了腫瘤血管的形成和腫瘤細(xì)胞的浸潤(rùn)。然而也有研究[46]發(fā)現(xiàn)：Sema3A不僅促進(jìn)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophages，TAMs）向缺氧區(qū)遷移，增強(qiáng)其對(duì)T細(xì)胞的抑制，降低TAMs的腫瘤殺傷作用，從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)[45]，還能抑制絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路，抑制T細(xì)胞的活化，從而阻礙T細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的黏附，影響T細(xì)胞對(duì)腫瘤的殺傷作用?；谏鲜鲅芯炕A(chǔ)，學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注Sema3A在口腔癌中的作用，并取得了一定的研究進(jìn)展。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[47]發(fā)現(xiàn)：過(guò)表達(dá)Sema3A的舌部鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系SSC-9在裸鼠皮下生長(zhǎng)受到抑制，且形成的腫瘤組織中血管數(shù)量顯著低于對(duì)照組。體外實(shí)驗(yàn)[47]進(jìn)一步驗(yàn)證了Sema3A能夠通過(guò)抑制血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）磷酸化，導(dǎo)致其下游的Src和黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）磷酸化水平降低，從而抑制口腔腫瘤的血管生成，發(fā)揮抗腫瘤作用。

Sema3A的表達(dá)與口腔癌的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移存在顯著的相關(guān)性[48-51]。研究數(shù)據(jù)顯示：頭頸部腫瘤患者的不良預(yù)后及低生存率與Sema3A低表達(dá)顯著相關(guān)[48-49]；腺樣囊性癌的血行性轉(zhuǎn)移與Sema3A的低表達(dá)有關(guān)[5]；舌癌組織中較高水平表達(dá)的Sema3A預(yù)測(cè)著較長(zhǎng)的生存期，而當(dāng)Nrp-1/Sema3A比值大于1時(shí)預(yù)期生存期變短[50]。免疫組織化學(xué)染色結(jié)果[51]顯示：與口腔健康組織相比，涎腺腫瘤組織中Sema3A的表達(dá)顯著降低，且在惡性腫瘤中的表達(dá)顯著低于良性。綜合這些研究可以推測(cè)，Sema3A有望成為評(píng)價(jià)腫瘤預(yù)后的重要指標(biāo)。

綜上，雖然現(xiàn)有的研究對(duì)Sema3A與口腔癌生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移相關(guān)性及機(jī)制的描述尚不確切，但其對(duì)腫瘤發(fā)展的抑制作用不容忽視，若期望將Sema3A作為口腔癌治療靶點(diǎn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)，尚需進(jìn)一步的研究進(jìn)行驗(yàn)證。

6 小結(jié)

自2001年世界衛(wèi)生組織正式提出“8020計(jì)劃”，并將牙齒健康作為人體十大健康標(biāo)準(zhǔn)之一以來(lái)，社會(huì)各界逐漸重視口腔健康的維護(hù)和相關(guān)疾病防治等問(wèn)題。隨著對(duì)Sema3A研究的深入，越來(lái)越多的證據(jù)指向它在口腔疾病進(jìn)程中發(fā)揮作用。如Sema3A作為軸突排斥因子，若表達(dá)缺失會(huì)影響牙髓再生過(guò)程中神經(jīng)支配的建立；Sema3A的免疫調(diào)節(jié)和骨保護(hù)效應(yīng)可能有利于抑制牙周炎、根尖周炎的疾病進(jìn)程；Sema3A通過(guò)減少血管形成和免疫調(diào)控作用抑制腫瘤發(fā)展等。然而，Sema3A在口腔疾病領(lǐng)域的研究還有很大拓展空間。Sema3A被證實(shí)在心肌炎、免疫性關(guān)節(jié)炎、支氣管肺炎、敗血癥等疾病的免疫反應(yīng)中充當(dāng)重要的調(diào)節(jié)劑，但對(duì)口腔免疫異常性疾病的直接影響卻少見(jiàn)研究。Sema3A的骨穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)作用對(duì)于修復(fù)頜面部骨缺損和促進(jìn)牙槽骨再生意義重大，值得投入更多的基礎(chǔ)及臨床研究。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。