牙周炎和動脈粥樣硬化共同危險(xiǎn)因素及相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

郭凱利 史明月 劉越 步明陽 孟鈺涵 馬哲

牙周病是一種持續(xù)性、進(jìn)行性的慢性炎癥性疾病,已經(jīng)成為危害口腔健康的突出問題。動脈粥樣硬化是炎癥的異常激活和脂質(zhì)過度累積為特征的慢性動脈疾病。免疫反應(yīng)在慢性感染引發(fā)的牙周炎和動脈粥樣硬化中發(fā)揮非常重要的作用。免疫炎性反應(yīng)會過度激活機(jī)體TLR4 /NF-κB 信號通路,導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子大量產(chǎn)生,引發(fā)牙周炎,同時(shí)也能影響動脈粥樣硬化的進(jìn)展。miRNA在生物發(fā)育及疾病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮巨大作用,每種miRNA的表達(dá)量在某一刻能夠代表人類體內(nèi)健康或者疾病的信息,因此miRNA作為治療靶點(diǎn)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn),且越來越多的學(xué)者開始重視 miRNA 在調(diào)節(jié)炎癥方面的作用。本文旨在就兩者的共同危險(xiǎn)因素、相關(guān)的生物學(xué)機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,以期為牙周炎和動脈粥樣硬化疾病的臨床診治提供理論依據(jù)。

1 牙周炎的發(fā)病機(jī)制

牙周炎是口腔領(lǐng)域兩大多發(fā)病(齲病和牙周炎)之一,是當(dāng)前全球面臨的重要公共衛(wèi)生健康問題,是一種多因素的復(fù)雜性疾病。目前大量的臨床試驗(yàn)、流行病學(xué)資料與動物實(shí)驗(yàn)研究都證明了牙周組織破壞是由口腔細(xì)菌感染作為始動因子,引發(fā)的初期炎癥過程,牙菌斑生物膜,尤其是齦下菌斑中的細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物是致病的關(guān)鍵因素[1]。當(dāng)前我們認(rèn)識到,牙周炎發(fā)展的先決條件是致病性生物膜,但其本身并不足以引起該疾病。疾病發(fā)生是由非常復(fù)雜的生物膜和炎性免疫反應(yīng)之間的相互作用導(dǎo)致的,據(jù)估計(jì),后者占牙周組織損傷風(fēng)險(xiǎn)的近80%[2]。脂多糖在先天和獲得性免疫反應(yīng)中發(fā)揮著激活劑的作用,同時(shí)在組織破壞級聯(lián)反應(yīng)中也扮演著激活劑的角色。大量的革蘭氏陰性菌是牙周微生物區(qū)系的典型決定因素[3]。

2 動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制

動脈粥樣硬化是發(fā)生在動脈管壁,以脂質(zhì)斑塊逐漸累積和血管炎癥為特征的慢性非特異性疾病,隨著疾病的進(jìn)展,可能會導(dǎo)致血管管腔狹窄、缺血,甚至中風(fēng)、心肌梗死等。模式識別受體(PRRs)是具有種系編碼的受體,可以識別病原體相關(guān)分子模式,例如內(nèi)毒素(LPS)。PRRs具有多個(gè)家族成員,Toll 樣受體家族(TLRs)是其中一員。TLRs 是促炎反應(yīng)的關(guān)鍵受體之一,可以通過識別外源性配體、病原相關(guān)分子模式來參與機(jī)體免疫反應(yīng)[9]。NF-κB能夠被許多驅(qū)動動脈粥樣硬化的危險(xiǎn)因素激活,其中激活不同類型細(xì)胞的TLR4,可以引起NF-κB和促炎細(xì)胞因子的高表達(dá)[10],進(jìn)而影響動脈粥樣硬化的發(fā)展。多種外源性病原體相關(guān)分子或者毒素,例如LPS,都能被TLR4能識別,通過彼此間的相互作用,引起NF-κB激活,可使促炎細(xì)胞因子分泌增加,從而使機(jī)體產(chǎn)生應(yīng)答反應(yīng),啟動獲得性免疫反應(yīng)[11]。先天免疫在慢性感染引發(fā)的動脈粥樣硬化中起著不可替代的作用。人類的健康在很大程度上依賴于免疫細(xì)胞之間復(fù)雜的相互作用,以及它們向能夠執(zhí)行宿主防御中心的有效功能的表型的動態(tài)轉(zhuǎn)換的能力[8]。

3 牙周炎和動脈粥樣硬化的相關(guān)性

中重度牙周炎和幾種非傳染性疾病之間的相互依賴關(guān)系,尤其是與心血管疾病的在許多研究中已被證實(shí)[4]。牙 齦卟啉 單 胞 菌(P. gingivalis,P.g) 是牙周炎的一種主要病原體[5],當(dāng)其進(jìn)入血流后可粘附在血管壁上并可侵入動脈血管壁。P.g通過抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖,促進(jìn)單核細(xì)胞的粘附和趨化,激活炎癥信號通路[6],最終導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙[7],加重血管炎癥,促進(jìn)動脈粥樣硬化(AS)的形成。目前認(rèn)為AS和牙周炎都是多因素,比較復(fù)雜的,同時(shí)涉及免疫和炎癥反應(yīng)的慢性疾病,研究表明牙周炎與全身健康或疾病可以相互影響、密切關(guān)聯(lián),在AS和牙周炎的整個(gè)發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中始終貫穿著免疫炎癥反應(yīng)。

4 牙周炎與動脈粥樣硬化相關(guān)的PRRs

炎癥的發(fā)生、發(fā)展過程是細(xì)菌微生物與宿主之間相互作用的結(jié)果。宿主和病原體的相互作用是通過識別被稱為病原體相關(guān)分子模式的保守分子模式發(fā)生的[12-15]。PRRs通過識別牙周病原體,激活下游信號通路,最終影響細(xì)胞因子和防御素的產(chǎn)生,在調(diào)節(jié)宿主對牙周病原體的天然免疫反應(yīng)中起重要作用[16]。Toll樣受體(TLR) 是一種存在于細(xì)胞表面或內(nèi)體/溶酶體膜上的PRR[17]。以往的研究已在人類中發(fā)現(xiàn)了10 個(gè)TLR。按照其識別物質(zhì)的種類,大致分為兩類:TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6 和TLR10顯著識別脂質(zhì)和蛋白質(zhì),而TLR3、TLR7、TLR8 和TLR9 主要識別核酸[18]。研究者發(fā)現(xiàn)牙周炎患者的牙齦組織中TLR1、TLR2、TLR4、TLR7 和TLR9 高度表達(dá)[19-24]。當(dāng)前研究發(fā)現(xiàn)TLR既是先天性免疫跨膜受體又是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體。機(jī)體免疫應(yīng)答被激發(fā)的條件之一是TLR和組織的內(nèi)、外源性配體結(jié)合,然后引起細(xì)胞分泌相關(guān)促炎性因子增加,導(dǎo)致炎性反應(yīng)加重、擴(kuò)大及惡化。因此炎性反應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的激活和TLR的作用是密切相關(guān)的。Toll通過多種微生物產(chǎn)物的模式識別來警告宿主。此外,通過激活先天免疫細(xì)胞上存在的toll樣受體來控制適應(yīng)性免疫的發(fā)展[30]。最近的研究表明,Toll樣受體對于維持牙周膜處于健康狀態(tài)發(fā)揮關(guān)鍵重要。當(dāng)過度激活或控制不充分時(shí),它們可能導(dǎo)致慢性炎癥性疾病和自身免疫性疾病[26]。牙齦上皮細(xì)胞表達(dá)Toll樣受體2、3、4、5、6和9,它們也是最早檢測到微生物入侵的受體。一旦這些Toll受體與其各自相匹配的病原體相關(guān)的分子模式受體結(jié)合,就可能會釋放出抗菌肽和促炎細(xì)胞因子[27]。有研究顯示當(dāng)人冠狀動脈檢測到有斑塊存在時(shí),TLR4在斑塊中的內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中過度表達(dá)。因此,就免疫炎性反應(yīng)而言,TLR4信號和AS的之間存在著密切的病理生理聯(lián)系[25]。Toll樣受體4同樣參與牙周炎的發(fā)病過程,在牙周炎的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。Toll樣受體4在脂多糖結(jié)合蛋白,淋巴細(xì)胞抗原96(也稱為MD2)和分化簇14的幫助下與脂多糖(LPS)結(jié)合,并在各種免疫和炎性疾病(如敗血癥),例如,局部缺血/再灌注損傷,過敏和牙周炎中起重要作用[28]。體外研究已確定P.g和其他致病性牙周細(xì)菌可以激活牙周組織中的核因子-kB(NF-κB)[29]。在患病的牙周中大量發(fā)現(xiàn)了與NF-κB活化相關(guān)的幾種產(chǎn)物(尤其是白介素-1,腫瘤壞死因子-α)[30]。P.g-LPS 被巨噬細(xì)胞的TLR4 識別并激活NF-κB和MAPK 信號通路,從而誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的釋放[31],這些因子可以促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶和破骨細(xì)胞因子的表達(dá)[34],進(jìn)而活化破骨細(xì)胞,促進(jìn)骨吸收、破壞;引起組織損傷,促進(jìn)炎性反應(yīng)。LPS作為檢測牙周炎病損組織中細(xì)菌作用的一項(xiàng)重要指標(biāo),已引起廣泛關(guān)注和重視。牙周致病菌的菌膜上的LPS,被認(rèn)為是不可或缺的致病因素。TLR4特異性識別LPS后便會啟動TLR4/NF-κB通路,引起NF-κB表達(dá)的上調(diào),然后激活下游信號,信號以級聯(lián)方式從細(xì)胞外逐級傳至胞內(nèi),引發(fā)靶基因表達(dá)介導(dǎo)的炎性反應(yīng)[32,33]。TLR4和NF-κB在牙周炎和動脈粥樣硬化中均具有關(guān)鍵的作用,同時(shí)TLR-4可以識別病原體表面LPS,激活NF-κB信號通路,提示我們這可能在牙周炎和動脈粥樣硬化的密切關(guān)系中發(fā)揮重要作用。同時(shí)當(dāng)血管發(fā)生動脈粥樣硬化時(shí),機(jī)體的炎癥狀態(tài)對牙周局部微環(huán)境的微環(huán)境產(chǎn)生一定的影響,從而加重牙周炎患者局部炎性狀態(tài)。

5 牙周炎和動脈粥樣硬化相關(guān)的細(xì)胞因子

牙周炎和動脈粥樣硬化是病因機(jī)制都是極其復(fù)雜和有待于進(jìn)一步深入研究的課題。機(jī)體初期炎性反應(yīng)是由于菌斑及其毒性產(chǎn)物引發(fā)并驅(qū)動的,同時(shí)宿主的防御細(xì)胞也隨之被激活(包括T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞等),產(chǎn)生并且釋放多種細(xì)胞因子,繼而釋放大量內(nèi)源因子會引起對應(yīng)靶組織或靶器官的繼發(fā)性損傷。細(xì)胞因子參與動脈粥樣硬化過程的各個(gè)階段,從病變開始到斑塊破裂。動脈粥樣硬化斑塊包含能產(chǎn)生多種細(xì)胞因子的細(xì)胞,其特征之一就是多種細(xì)胞和炎癥相互作用[35,36],細(xì)胞因子是構(gòu)成炎癥系統(tǒng)的主要成員[37]。微生物和宿主細(xì)胞之間的相互作用通過激活模式識別受體及其下游信號而導(dǎo)致白介素1(IL-1)家族、IL-6家族等細(xì)胞因子分泌[38]。

IL-6是由病原體相關(guān)的分模式刺激和和促炎細(xì)胞因子誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)產(chǎn)生,并且IL-6在適應(yīng)性免疫反應(yīng)中也具有促炎作用[38]。IL-6是一種多功能的細(xì)胞因子,在促進(jìn)炎癥發(fā)展過程中扮演重要角色,特別是在介導(dǎo)破骨細(xì)胞性骨吸收中發(fā)揮了非常重要的作用,具有明顯的促進(jìn)骨吸收的功能,參與牙周炎的牙槽骨吸收過程,同時(shí)也是炎癥心血管組織的標(biāo)志物[39]。IL-6 能夠促進(jìn)ECs高表達(dá)粘附分子和細(xì)胞因子(例如,IL-1β和TNF-α),從而使炎性反應(yīng)加重、持久和擴(kuò)大[40]。IL-6水平可能是AS早期的生物標(biāo)志物,可以預(yù)測心血管疾病的發(fā)展[41]。

IL-1促炎作用在以往的研究中已被證實(shí),此外還可分解、代謝、誘導(dǎo)PGE2合成,活化破骨細(xì)胞及通過介導(dǎo)IL-6從而誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的形成,促進(jìn)骨吸收。牙周炎患者牙周袋中的IL-1的濃度,隨治療的成功而降低。研究顯示,正常組比較,動脈粥樣硬化組小鼠血清中的IL-1β表達(dá)含量顯著升高,提示炎性反應(yīng)參與動脈粥樣硬化的形成過程[42]。

6 牙周炎與動脈粥樣硬化相關(guān)的microRNA表達(dá)

microRNAs(miRNAs)是一段內(nèi)源非編碼單鏈RNA,長度為23個(gè)核苷酸,它們可以與信使RNA(mRNA)的非翻譯區(qū)(UTR)結(jié)合,并在轉(zhuǎn)錄后水平上引起mRNA表達(dá)的抑制或mRNAs的降解。微小RNA(microRNA,miR)是具有調(diào)控功能的非編碼RNA,參與調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞的生物性能[43]。miRNA作為治療靶點(diǎn)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)且越來越多的學(xué)者開始重視miRNA在調(diào)節(jié)炎癥方面的作用。miRNA通過影響血管內(nèi)皮細(xì)胞功能、炎癥反應(yīng)和脂質(zhì)代謝等影響AS。miR-146a是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)對免疫系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用的miRNA[44]。研究證實(shí)miR-146a可調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝,而且其與炎性因子相互作用,還可參與牙周炎發(fā)展過程中的炎性反應(yīng)。miR-146a通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)NF-κB信號通路減輕或抑制炎性反應(yīng),參與牙周炎和動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展過程。牙周組織炎癥加重以及動脈粥樣硬化伴發(fā)的內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙都和組織內(nèi)miR-146表達(dá)水平降低有關(guān),miR-146a 在炎性反應(yīng)中起負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用。microRNA的異常表達(dá)會觸發(fā)涉及先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的多個(gè)細(xì)胞過程的失調(diào),從而導(dǎo)致無效的微生物挑戰(zhàn)或過度的分炎性反應(yīng)[45]。樹突狀細(xì)胞利用其表面受體檢測病原體及其成分,并產(chǎn)生介導(dǎo)細(xì)胞反應(yīng)的細(xì)胞因子。在牙周感染中,樹突狀細(xì)胞信號傳導(dǎo)被認(rèn)為是調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的關(guān)鍵步驟?？刂茦渫粻罴?xì)胞功能的途徑受到miRNA的嚴(yán)格調(diào)控[46]。已證明,miR-155沉默樹突狀細(xì)胞中c-Fos表達(dá)對于樹突狀細(xì)胞的成熟和功能(包括其觸發(fā)細(xì)胞炎性反應(yīng)的能力)至關(guān)重要[47]。冠狀動脈疾病患者中動脈血管的炎性細(xì)胞因子的表達(dá)水平可能會受到miRNA的影響,然而當(dāng)前針對miRNA 對冠狀動脈疾病患者中動脈血管的細(xì)胞因子的潛在影響可供參考的研究比較少。有研究者利用體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了miR-155 對心血管疾病的影響作用[48],研究結(jié)果表明,miR-155具有抑制AS發(fā)展的潛在作用。miR-155能夠降低巨噬細(xì)胞在受到ox-LDL刺激后分泌的IL-6 表達(dá)水平[49]。在血管內(nèi)皮中各種促炎因子(例如細(xì)胞因子、粘附分子和化學(xué)引誘蛋白)的表達(dá)增加是由于NF-κB的激活。據(jù)研究發(fā)現(xiàn),miR-181b 對AS的影響是通過介導(dǎo)血管內(nèi)皮中的特定細(xì)胞/分子機(jī)制抑制NF-κB的激活,從而達(dá)到影響動脈粥樣硬化的作用[50]。他們的研究表明當(dāng)ApoE小鼠注射miR-181b 后,主動脈弓中促炎細(xì)胞因子如TNF-α、E-選擇素和IL-β等的表達(dá)降低。脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過程中非常關(guān)鍵的蛋白質(zhì)是載脂蛋白E (ApoE),ApoE能夠在單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞中大量表達(dá),同時(shí)也具有抗炎特性[51,52]。當(dāng)ApoE 在巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)時(shí),能夠引起NF-κB的激活并加重炎性反應(yīng)[52]。

牙周炎是一種常見病和多發(fā)病,會導(dǎo)致牙齒和個(gè)人健康受損,對系統(tǒng)性疾病的進(jìn)展產(chǎn)生影響,是加劇心血管疾病的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。牙周病原體會導(dǎo)致菌血癥進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞,引起功能障礙,并在內(nèi)皮細(xì)胞中誘導(dǎo)促動脈粥樣硬化反應(yīng)[53,54]。研究表明炎性反應(yīng)可促進(jìn)冠心病的發(fā)生及動脈血栓形成。動脈血管壁上的斑塊小大不等,這會引起心臟缺血并導(dǎo)致血栓形成和血管梗塞[55,56]。牙周炎和動脈粥樣硬化性心血管疾病之間相互影響的機(jī)制很多,其中TLR-4/NF-κB信號通路參與機(jī)體的免疫應(yīng)答,在二者的致炎機(jī)制中均起重要作用,提示牙周炎和冠心病可能通過該通路相互作用[57]。miRNA通過影響血管內(nèi)皮細(xì)胞功能、炎性反應(yīng)和脂質(zhì)代謝等影響牙周炎和AS的進(jìn)展[58]。探究調(diào)控可改善牙周炎伴冠心病炎癥情況炎癥信號通路,細(xì)胞因子、模式受體和miRNA 似乎在牙周炎和動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制中具有重要作用。miRNA在許多方面疾病中作為治療靶標(biāo)和巨大的臨床診斷生物標(biāo)志物的潛力激發(fā)了科研工作者極大的研究興趣。此外,miRNA的靶向調(diào)節(jié)功能可以高度有效來治療牙周炎及動脈粥樣硬化。在過去的20年中,牙周炎、動脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制被廣泛研究,了解miRNA 和細(xì)胞因子在動脈粥樣硬化和牙周炎中的靶向機(jī)制可以為牙周炎和動脈粥樣硬化患者設(shè)計(jì)提供新的療法,為探索牙周炎和動脈粥樣硬化間的關(guān)系提供科學(xué)依據(jù)。