唾液細胞因子早期診斷牙周病應用價值的研究進展

閆少甫,雷建華,張瑤,李宙 武云霞

牙周炎是發(fā)生于牙齒支持組織的感染性疾病,可引起牙周袋形成、牙周溢膿、牙槽骨吸收和牙齒松動、脫落。此外,嚴重的牙周炎會導致面部塌陷、咀嚼受損,以及對消化系統(tǒng)的影響,它還與各種全身性疾病有關[1]。然而,盡管對慢性炎性疾病發(fā)病機制的理解取得了許多進展,但牙周炎仍然只有在結(jié)締組織和骨破壞發(fā)生后才能被診斷出來。牙周病的早期診斷及監(jiān)測主要依靠常規(guī)臨床參數(shù)的評估。這些參數(shù)反映的是過去,而不是當前的臨床狀態(tài)或未來的疾病進展,以及可能的牙周治療結(jié)果[2]。細胞因子被定義為由一個(免疫)細胞產(chǎn)生的可溶性因子,它們作用于同一環(huán)境中的另一個細胞。越來越多的證據(jù)表明,細胞因子在多種細胞類型的發(fā)育和穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用,并且在炎性反應消退、傷口愈合、修復和再生中發(fā)揮作用。本文就近年來對牙周炎最有診斷價值的唾液細胞因子進行概述。

1 唾液細胞因子在牙周炎早期診斷中的優(yōu)勢

1.1 牙周炎早期診斷方法和局限性 牙周炎的發(fā)展以病原微生物作為始動因子,受到免疫、遺傳、環(huán)境等多因素共同影響導致牙周組織破壞。牙周炎的進展通常以活動期和靜止期的不規(guī)則交替發(fā)展為特征[3-4]。目前,牙周病的診斷在很大程度上取決于牙周炎的嚴重程度,臨床上就診患者多數(shù)已到達牙周病中晚期。傳統(tǒng)的牙周炎診斷方法包括探診深度、探診出血、臨床附著喪失和牙槽骨吸收量的影像學評估,并得到了廣泛的應用。然而,這些傳統(tǒng)的牙周參數(shù)只能反映牙周組織破壞的歷史狀況,并不能對當前疾病進展、嚴重程度和組織破壞程度和治療反應等進行準確的判斷[5]。

而早期診斷和治療無疑會減輕患者的痛苦并可能提供更加良好的預后。2017年,歐洲牙周病學聯(lián)合會和美國牙周病學會達成了一項共識,提出了牙周病的新分類,新分類通過應用分期和分級系統(tǒng)來增加早期分類的清晰度,考慮到疾病的嚴重程度和進展,特意添加了更強大的生物標志物檢測指標以改善對牙周炎活動期的識別,監(jiān)測進展情況[6];這進一步展示出生物標志物的應用前景。因此,有效利用生物標志物無疑會成為牙周炎早期診斷重要的一部分。

1.2 唾液細胞因子與牙周炎診斷機制 宿主—微生物的平衡構(gòu)成了臨床健康牙周組織的狀態(tài),當菌斑微生物與宿主之間的平衡被打破,導致宿主發(fā)生重要的免疫反應,并在牙周組織中釋放出各種細胞因子、激素等物質(zhì)導致唾液組分發(fā)生改變,而其中一些可以作為牙周炎早期診斷的生物標志物。牙周炎一般可分為3個階段:炎性反應期、結(jié)締組織退化和骨轉(zhuǎn)換[7]。在疾病的每個階段,已經(jīng)確定了特定的宿主衍生的生物標志物,因此可以大致了解患者目前正在經(jīng)歷的病理階段。而參與牙周病發(fā)病機制最重要的細胞是多形核白細胞、巨噬細胞(M?)和破骨細胞[8]。(1)多形核白細胞激活:多形核細胞是牙周組織的第一道防線,由于其在牙齦上皮組織中積聚,可引起組織損傷。多形核白細胞在免疫反應中釋放的各種酶可以導致進一步的組織破壞,允許細菌在結(jié)締組織下面通過。如基質(zhì)金屬蛋白酶-8(MMP-8),可以降解牙周組織膠原纖維,導致進一步附著喪失。(2)巨噬細胞激活:第二道防線主要以巨噬細胞為代表。它們在控制細菌在結(jié)締組織的擴散中起著決定性作用,是酶、細胞因子和炎性介質(zhì)的重要來源,如白介素(interleukin,IL)-1β、腫瘤壞死因子α、轉(zhuǎn)化生長因子β等。(3)破骨細胞活化:多種細胞因子,如IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子-α,參與破骨細胞的激活。核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)可以促進破骨細胞的分化,抑制破骨細胞凋亡。

2 具有早期診斷價值的唾液細胞因子

2.1 IL-1β IL-1β是典型的IL-1細胞因子,并且是牙周病唾液生物標志物臨床研究中研究最廣泛的細胞因子。IL-1β由脂多糖激活的巨噬細胞、淋巴細胞和成纖維細胞釋放。IL-1β對IL-1RI的激活導致銜接分子如 MyD88 的募集和 IL-1R 相關激酶的激活,導致核因子 (NF)-κB 易位至細胞核和絲裂原活化蛋白激酶調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子,如c-junn末端激酶和p38,最終觸發(fā)大量炎性基因的轉(zhuǎn)錄[9]。IL-1β的主要作用是:(1)激活內(nèi)皮細胞,(2)誘導中性粒細胞滲出,(3)促進淋巴細胞(T和B)細胞因子的合成[10]。IL-1β在牙周炎中表達和分泌上調(diào),觸發(fā)細胞趨化性、膠原破壞和骨吸收。

在近期的研究中,評價宿主來源唾液生物標志物在成人牙周病早期診斷中的敏感度和特異度。IL-1β的敏感度為54%～88%,特異度為52%～100%[11]。并顯示與牙周炎的臨床參數(shù),如牙周指數(shù)(GI)、探診深度(PD)等顯著相關。Rangbulla等[12]采用酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測發(fā)現(xiàn)慢性牙周炎組唾液中IL-1β的水平明顯高于健康牙齦對照組。此外,Beiler等[13]對30例基礎治療后牙周病患者進行1年以上的隨訪,結(jié)果表明牙周基礎治療后唾液中IL-1β水平較基線時顯著降低。進一步提示唾液IL-1β在牙周病早期診斷、治療效果評價等方面有較高價值。除此之外,Miller等[14]對92例受試者的唾液樣本研究發(fā)現(xiàn),即使在2型糖尿病患者中,IL-1依舊具有顯著的早期診斷價值。但使用唾液IL-1β在預測模型區(qū)分未治療牙周炎患者和牙周健康患者的出色診斷能力在吸煙者中有所降低[15]。總之,IL-1β是目前為止研究最多的牙周診斷唾液標志物,作為目前為止最可靠的單一唾液標志物有較高的臨床早期診斷潛力。

2.2 巨噬細胞炎性蛋白-1 巨噬細胞炎性蛋白-1α(macrophage inflammatory protein-1α,MIP-1α)屬于趨化細胞因子家族。它由巨噬細胞分泌并發(fā)揮多種功能,如募集炎性細胞、傷口愈合、抑制干細胞和激活骨吸收細胞,并直接誘導骨破壞[16]。分泌MIP-1α的細胞在炎性反應和骨吸收部位增加。MIP-1α在各種炎性疾病和表現(xiàn)出骨吸收的病癥(如牙周炎)的發(fā)病機制中起重要作用。這些疾病患者的生物體液中MIP-1α水平升高。

MIP-1α作為診斷牙周炎表現(xiàn)出95%和97%的高敏感度和特異度;MIP-1α影響牙周組織的作用機制可能與骨重建有關。Al-Sabbagh等[17]進行了一項橫斷面研究,病例對照評估了40例患有慢性牙周炎的成年人和40例健康對照受試者的未刺激唾液中的4種骨重建有關生物標志物。研究結(jié)果表明,患有牙周病的受試者唾液MIP-1α水平顯著升高,并且與牙周病的臨床參數(shù)相關性最強。在回歸模型中,與骨保護素、Ⅰ型膠原蛋白的羧基末端肽和Ⅰ型膠原蛋白末端肽的 C-末端相比,MIP-1α是區(qū)分牙周病與健康人群的最佳生物標志物。在一項縱向研究中[18],與對照組比較,7例患有侵襲性牙周炎的青少年中檢測到了更高的唾液MIP-1α水平(50倍)。此外,牙周非手術(shù)治療也可能影響唾液中MIP-1α水平,表明MIP-1α水平與侵襲性牙周炎診斷可能相關并進一步反映基礎治療效果[19]。然而,在患有2型糖尿病伴牙周炎患者中,唾液MIP-1α早期診斷效果似乎尚不明顯,這可能是因為牙周炎和2型糖尿病是具有全身和局部特征的慢性炎性疾病,它們會產(chǎn)生潛在的重疊生物分子,從而混淆唾液的診斷能力[14]。

2.3 IL-6 IL-6是一種多效性細胞因子,與IL-1類似,它影響多種生理和病理過程的活性。IL-6 在調(diào)節(jié)免疫和炎性反應中起關鍵作用。IL-6已被證明可刺激破骨細胞分化和骨吸收,并與牙周炎和種植體周圍疾病中的組織破壞有關。在亞洲人群中,IL-6基因 572C/G和RS1800796多態(tài)似乎是牙周炎患者的遺傳危險因素[20]。

唾液IL-6作為診斷牙周炎的生物標志物敏感度為52%～80%,特異度為48%～87%[19]。一項Meta分析結(jié)果顯示[21],與牙齦健康受試者比較,牙周炎組齦溝液與唾液中IL-6水平升高。Batool等[22]通過對輕、中、重度牙周炎患者唾液中IL-6水平與健康對照組比較,發(fā)現(xiàn)IL-6水平隨牙周炎的嚴重程度呈正比例升高,提示IL-6具有潛在的診斷價值。Machado等[23]的一項橫斷面研究得出,孕婦牙周炎組唾液中IL-6水平是牙齦健康孕婦的1.5倍,可以顯著區(qū)分孕婦的牙周健康狀況。此外,Syrjalainen等[24]研究發(fā)現(xiàn),單純肥胖人群(BMI>35 kg/m2)唾液IL-6水平與BMI正常者并無差異。而在牙周炎累積風險分數(shù)較高的肥胖個體中,唾液中IL-6水平顯著升高,推斷唾液IL-6對牙周炎的早期診斷價值在肥胖人群中可能會受到影響,但尚需進一步實驗證明。比較從健康種植體和種植體周圍炎患者中采集的種植體周圍齦溝液樣本中的IL-6水平,發(fā)現(xiàn)病變部位的IL-6水平顯著高于健康對照組[25],與Al-Askar等[26]的研究結(jié)果一致,表明IL-6對種植體周圍炎可能存在診斷價值。而在2型糖尿病患者中,唾液IL-6的診斷價值受到影響[14]。

2.4 肝細胞生長因子 肝細胞生長因子(HGF)是一種含肽的多功能細胞因子,作用于各種上皮細胞,調(diào)節(jié)細胞生長、運動和形態(tài)發(fā)生,以及受損器官的組織再生。HGF已被證明可以增強MMP的產(chǎn)生并刺激傷口愈合,在口腔組織中,HGF由牙周膜細胞和牙齦成纖維細胞產(chǎn)生,并參與了牙周炎成纖維細胞—上皮細胞相互作用。研究表明,HGF是在炎性細胞因子和細菌成分的反應下產(chǎn)生的。也有研究表明,致病微生物,如牙齦卟啉單胞菌,可刺激牙齦成纖維細胞產(chǎn)生HGF。炎性細胞因子如IL-1α、IL-1β、TNF-α和前列腺素E2對牙齦成纖維細胞的劑量依賴性刺激也可以增加HGF的產(chǎn)生。

目前HGF在牙周炎診斷方面的研究相對較少,暫無唾液HGF診斷牙周病特異度與敏感度的可靠數(shù)據(jù),但近年來的研究結(jié)果較為樂觀。Alreja等[27]將81例患者分為牙周炎、牙齦炎及健康牙齦3組,基線時測得牙周炎組唾液中HGF的平均濃度最高(3 455.83 ng/L±1 463.44 ng/L),顯著高于健康牙齦組(469.43 ng/L±317.13 ng/L)。在非手術(shù)牙周治療后,牙周炎與牙齦炎組的平均HGF濃度顯著降低(P<0.05)。同時,一項縱向研究提供了進一步的證據(jù),證明唾液HGF可以對牙周炎早期診斷提供幫助,并可進一步對非手術(shù)治療做出反應[28]。

2.5 唾液細胞因子與牙周炎早期診斷的生物標志物組合 雖然一些生物標志物被認為是牙周病現(xiàn)狀和進展的標志,但牙周病的免疫發(fā)病機制是由復雜且動態(tài)的標志物相互作用網(wǎng)絡驅(qū)動的,這些網(wǎng)絡表現(xiàn)出相當大的個體間差異,這些細胞因子通常表現(xiàn)出協(xié)同或拮抗的特性,而不是受單個細胞因子的作用支配[29]。某些全身和局部因素可能會改變特定或一組生物標志物的表達,從而影響其診斷牙周病的準確性。Al-Sabbagh等[17]的研究結(jié)果表明,代表3個生物階段(炎性反應、結(jié)締組織破壞和骨重塑)的一組唾液生物標志物的組合可以為篩查牙周病提供更高的敏感度和特異度。

Ebersole等[30]評估了209例牙周健康、牙齦炎和牙周炎患者唾液中4種不同標志物,發(fā)現(xiàn)標志物的組合較單一分子對于診斷牙周疾病有更高的特異度和敏感度。對于健康牙齦和牙周炎組來說,聯(lián)合檢測IL-6和MMP8對牙周炎診斷效果最好,敏感度和特異度范圍分別為78%～94%和77%～97%,這與Kc等[31]的研究結(jié)論相同。同時,該研究還分析了牙周炎和牙齦炎組之間的區(qū)別,研究報道了IL-6和MIP-1α組合的敏感度和特異度分別為81%和71%。而Kc等對區(qū)分牙齦炎和牙周炎患者進一步研究認為4種關鍵生物標志物(IL-1β、IL-6、MMP-8 和 MIP-1α)的組合對其有更高的診斷價值。此外,Wu等[32]對我國臺灣地區(qū)57例受試者研究結(jié)果顯示,唾液中IL-1b、IL-1ra和MMP-9聯(lián)合檢測對牙周炎的診斷價值較高,敏感度和特異度分別為73.3%和88.9%。

此外,細胞因子與不同微生物的組合也有望對牙周炎早期診斷做出貢獻。Gul等[33]發(fā)現(xiàn),將齦溝液內(nèi)MMP-8(94 ng/μl)、彈性酶(33 ng/μl)、唾液酸酶(23 ng/μl)的濃度及牙齦假單胞菌(0.23%)和福塞坦氏菌(0.35%)組合較單一標志物更能對牙周病進行早期診斷。國內(nèi)一項研究證明,唾液IL-1β、MMP-8、吡啶啉交聯(lián)的Ⅰ型膠原羧基末端肽和牙齦卟啉單胞菌組合對牙周炎患者有著較高的診斷價值[34]。但對于唾液微生物的組合研究較少。

3 小 結(jié)

唾液是研究牙周疾病相關細胞因子的重要來源,目前的證據(jù)表明,在具有細胞因子樣活性的分子中,MIP-1α、IL-1β、IL-6和HGF是牙周病早期診斷最有力的單一唾液生物標志物。同時,IL-6和MMP-8聯(lián)合檢測是區(qū)分健康牙周和牙周炎的有效指標。

目前,雖然已經(jīng)確定唾液細胞因子在牙周臨床中有良好的應用前景,但是基于目前研究,唾液細胞因子檢測在牙周臨床應用中還面臨以下幾個難題:(1)多數(shù)細胞因子在唾液中的含量較低,甚至低于酶聯(lián)免疫標記法的檢測閾值。因此,尋找高通量、高敏感度的唾液分析方法對臨床牙周疾病的判斷尤為重要。(2)研究設計應更多地考慮敏感度和特異度,以及混雜因素的影響,如吸煙和系統(tǒng)性疾病。這將有助于評估生物標志物是否可以在牙周組織發(fā)生破壞之前用于診斷及檢測牙周炎(或牙周炎的風險)。(3)篩選更準確、靈敏的組合唾液標志物。盡管現(xiàn)有的研究表明,IL-1β等唾液細胞因子是牙周疾病有效的標志物,但是單一診斷標志物會導致過高的假陽性或假陰性率。因此,目前尚需要更多的唾液細胞因子大樣本量的臨床試驗研究和更深入的機制研究,相信隨著研究的不斷深入,各類唾液細胞因子在牙周組織疾病的臨床早期診斷應用會越來越廣泛。