NLRP3炎性小體調(diào)控慢性牙周炎的研究進展

李雪菁，蘇儉生

（同濟大學口腔醫(yī)學院,同濟大學附屬口腔醫(yī)院口腔修復科，上海牙組織修復與再生工程技術(shù)研究中心，上海 200072）

慢性牙周炎（CP）是牙周病原菌感染所導致的宿主過度免疫炎癥反應性疾病。作為機體防御系統(tǒng)的感受器，炎性小體是一類可識別細胞內(nèi)病原相 關(guān)分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs）或宿主來源的損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）的多蛋白復合物，可激活固有免疫并調(diào)控炎癥反應[1]。目前的研究熱門為核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體家族含pyrin 結(jié)構(gòu)域蛋白3（NLRP3）。本文對CP 常見病原菌活化NLRP3 炎性小體的機制進行綜述，旨在為深入探索CP 的發(fā)病機制提供新思路，對于臨床預防和治療具有重要意義。

1 NLRP3 炎性小體的結(jié)構(gòu)和功能

1.1 NLRP3 炎性小體的結(jié)構(gòu)組成

模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）高表達于免疫細胞表面，充當固有免疫防御的第一道防線。PRRs 具有多個家族成員，包括NOD 樣受體家族（NOD like receptors，NLRs）、Toll樣受體家族（Toll like receptors，TLRs）等[2]。其中NLRP3 在識別病原微生物后，其作為上游分子，可招募CARD 結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)顆粒樣接頭蛋白（apoptosis associated speck like protein containing CARD，ASC）和無活性的半胱天冬酶-1 前體（procaspase-1）聚集，共同組裝一種多蛋白復合體，即NLRP3 炎性小體，使其參與調(diào)控機體多種疾病的炎癥性反應[3]。

1.2 NLRP3 炎性小體的活化

NLRP3 炎性小體在免疫細胞及組織細胞中均有表達[4-5]，活化NLRP3 炎性小體需經(jīng)過2 個連續(xù)的環(huán)節(jié)，即啟動和激活后，才得以參與調(diào)控炎癥反應。①啟動階段：細胞感染后，微生物病原菌的致病成分，如脂多糖、肽聚糖等，可作為一種外源性微生物毒力因子（可視為PAMPs），被細胞膜上的TLRs 識別，從而激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB），誘導無活性的NLRP3、白細胞介素-1β 前 體（pro-inter leukin-1β，IL-1β））生成；②激活階段：細胞由于感染或損傷可釋放宿主來源（內(nèi)源性）的危險信號分子（可視為DAMPs），例如鉀（K+）外排、線粒體來源活性氧（reactive oxygen species，ROS）的過產(chǎn)生、鈣（Ca2+）內(nèi)流等[6]，繼而被DAMPs 受體識別，誘導NLRP3、ASC 和pro-caspase-1（無生物活性）在胞質(zhì)內(nèi)聚集成NLRP3 多蛋白炎癥復合體，此后pro-caspase-1被激活為caspase-1（有生物活性），繼而裂解pro-IL-1β，最終產(chǎn)生成熟的炎性因子IL-1β，因此多以檢測IL-1β的表達水平來間接評估NLRP3 炎性小體的表達。

1.3 NLRP3 炎性小體與CP

研究[5，7-8]表明，與牙周健康者相比，在CP、侵襲性牙周炎患者的齦溝和唾液中，NLRP3 炎性小體和IL-1β表達水平均升高。對比野生型小鼠牙周炎模型，在IL-1β基因敲除小鼠的CP 模型中，破骨細胞增殖緩慢，牙周組織破壞較少。Xu 等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎環(huán)境下，間充質(zhì)干細胞中NLRP3 炎性小體的表達上調(diào)，抑制了成骨細胞的分化。故NLRP3炎性小體可促進炎癥反應的發(fā)生，誘導牙槽骨吸收。Lian 等[10]的研究也證實在CP 小鼠模型中，小鼠牙周膜成纖維細胞中的NLRP3 炎性小體表達水平較高，從而證明了NLRP3 炎性小體是調(diào)控CP 發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2 NLRP3 炎性小體與牙周炎主要致病菌

Socransky 等[11]將牙周炎齦下菌種分為不同細菌“復合體”?！凹t色復合體”（第一復合體）由牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonasgingivalis，Pg）、齒垢密螺旋體（Treponemadenticola，Td）和福賽坦氏菌（Tannerellaforsythia，Tf）組成，其具有較強的致病性，與促炎細胞因子的表達水平、CP 病變的嚴重程度存在顯著的正相關(guān)性。而具核梭桿菌（Fusobacteriumnucleatum，F(xiàn)n）作為“橙色復合體”的一員（第二復合體），可協(xié)同、支持“紅色復合體”，共同促進CP 的發(fā)生、發(fā)展。研究[12]表明，這些主要致病菌均可通過上調(diào)免疫細胞和組織細胞中NLRP3 炎性小體的表達水平，誘導牙周炎的發(fā)生、發(fā)展。

2.1 NLRP3 炎性小體與“紅色復合體”

2.1.1 Pg 在牙周健康人群的齦溝中，Pg 的檢出率為10%～25%，而在牙周炎患者中的檢出率高達79%～90%[13]。Pg 已被證實為CP 最主要的致病菌，因此在體內(nèi)、體外模型構(gòu)建中，誘導實驗性牙周炎的病原菌大多采用Pg[14-15]。Yamaguch 等[16]構(gòu)建的Pg 誘導的小鼠牙周炎模型表明，在野生型小鼠的牙齦組織中，caspase-1、IL-1β的蛋白表達水平增加，而在NLRP3 基因敲除小鼠的牙齦組織中，上述因子的表達水平在感染Pg 前后無明顯差異，說明Pg 可通過激活NLRP3 炎性小體誘發(fā)牙周炎癥反應。Pg 的毒力因子作為第一信號，被TLRs 識別后，激活NF-κB，介導無活性的NLRP3、pro-IL-1β的產(chǎn)生。新的研究[13，17-18]表明，Pg 只可誘導IL-1β的產(chǎn)生，而并沒有促進IL-1β分泌和成熟的作用，即Pg的感染僅可為NLRP3 炎性小體的活化提供第一信號，若無第二信號的刺激，如三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、ROS 等，Pg 便無法誘導牙周組織炎癥。在Cheng 等[7]的體內(nèi)研究中，缺氧誘導因子α、NLRP3 炎性小體在人牙周炎組織中高度表達，提示牙周袋內(nèi)缺氧的環(huán)境可能作為第二信號參與NLRP3 炎性小體的激活。Lv 等[2]證實，常氧環(huán)境下，Pg 感染的小鼠牙齦成纖維細胞中，NLRP3炎性小體和IL-1β的蛋白表達水平雖有所下調(diào)，但較未感染組差異無統(tǒng)計學意義，而在缺氧的環(huán)境下，上述因子的表達水平出現(xiàn)了顯著上升。綜上所述，Pg 作為最主要的牙周炎致病菌，常與缺氧環(huán)境協(xié)同作用，活化NLRP3 炎性小體，從而促進CP 的 發(fā)展。

2.1.2 Td 和Tf “紅色復合體”中，Td 和Tf 主要 起協(xié)同、支持及增強主要致病菌Pg 毒性的作用。由于Td 獨特的形態(tài)和密螺旋體的高致病性，其已被視作評估牙周炎進展程度的指標。Td92 是Td最常見的外膜蛋白，其可作為第一信號分子與巨噬細胞膜表面整合素α5β1相互識別，誘導免疫細胞中IL-1β的表達，同時導致細胞ATP 的釋放和K+的外排；其作為第二信號，能夠活化巨噬細胞中NLRP3 炎性小體，促進牙周組織的炎癥反應[19]。此外，Td 和Tf 的外膜囊泡（outer membrane vesicles，OMV）作為另一種毒力因子，由于其納米尺寸、黏附性和可蛋白水解的特性，能夠在宿主的上皮組織中遷移，破壞上皮分子層的緊密連接，并將細菌毒力因子從齦下菌斑釋放到齦下結(jié)締組織中，誘導中性粒細胞和巨噬細胞招募，激活宿主的炎癥反應。研究[20]表明，“紅色復合體”的OMV 可與單核細胞和巨噬細胞相互作用，活化NLRP3 炎性小體，促進細胞中IL-1β的分泌，誘導細胞凋亡。

2.2 NLRP3 炎性小體與“橙色復合體”

作為“橙色復合體”的一員，F(xiàn)n 是最早建立在牙菌斑生物膜上的細菌之一，其可促進“紅色復合體”的定植和聚集，如Pg 的感染有利于牙齦上皮細胞中Fn 的存活；Fn 的感染又有利于Pg 對牙周細胞的黏附和侵襲；Fn 可激活NF-κB，活化牙齦上皮細胞中的NLRP3 炎性小體，誘導顯著的炎癥反應[17]。在Bui 等[18]的Fn 與人牙齦上皮細胞共培養(yǎng)的實驗中，F(xiàn)n 可激活人牙齦上皮細胞中的NF-κB 轉(zhuǎn)錄信號，利于IL-1β基因的轉(zhuǎn)錄和pro-IL-1β蛋白的合成，促進caspase-1 的成熟和IL-1β炎性因子的分泌。與此同時，在培養(yǎng)液的上清液中檢測到了ASC 含量的增高，這提示與Pg 的感染只能為活化NLRP3 炎性小體提供第一信號而無法提供第二信號不同，F(xiàn)n的感染本身就足以同時提供2 種信號，即Fn 的毒力因子可作為PAMPs，F(xiàn)n 誘導的由細胞內(nèi)分泌到細胞外基質(zhì)的ASC 可作為DAMPs，從而啟動和激活NLRP3 炎性小體[13，17-18]。

綜上所述，CP 是多種細菌微生物共同協(xié)同、相互拮抗作用的結(jié)果，NLRP3 炎性小體在牙周炎各種致病菌的發(fā)病機制中均起著至關(guān)重要的作用，有望成為診斷CP 的生物標志物。進一步研究牙周致病菌及其他新出現(xiàn)的感染性細胞因子調(diào)節(jié)NLRP3 炎性小體的機制，對于預防牙周致病菌感染、尋找牙周病治療新方法具有重要意義。