張 藝，張曉夢，史俊宇，賴紅昌

牙種植術(shù)現(xiàn)已成為缺牙患者的首選治療方案，種植手術(shù)成功的關(guān)鍵之一是種植體植入后周圍軟硬組織的重塑。種植體植入后，牙槽骨可以直接與種植體表面結(jié)合形成骨結(jié)合以進(jìn)行功能負(fù)荷，種植體周圍黏膜結(jié)合上皮則通過半橋粒方式與種植體肩臺或修復(fù)基臺相結(jié)合以形成軟組織的生物學(xué)封閉。種植體植入后的修復(fù)過程也視為機(jī)體對種植體的免疫反應(yīng)過程，而巨噬細(xì)胞在其中發(fā)揮著重要作用。近年來，眾多研究致力于設(shè)計(jì)新型種植體或進(jìn)行種植體表面改性，試圖通過調(diào)控種植體表面巨噬細(xì)胞生物行為以實(shí)現(xiàn)種植體與周圍組織更完美的結(jié)合，但是這其中具體的機(jī)制尚不明了。因此，我們需要更深入地研究巨噬細(xì)胞在種植體周圍組織愈合過程中的作用及其機(jī)制。

1 巨噬細(xì)胞的活化與極化

受到不同刺激后，巨噬細(xì)胞發(fā)生活化并向不同方向極化。其中，巨噬細(xì)胞極化可理解為巨噬細(xì)胞在特定時(shí)間和空間情況下的活化狀態(tài)[1]。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為巨噬細(xì)胞受LPS/IFN-γ刺激后，激活經(jīng)典IRF/STAT信號，依賴STAT1/NF-κB途徑使巨噬細(xì)胞向經(jīng)典激活的M1極化；在Th2細(xì)胞因子(IL-4、IL-13)、抗炎分子(IL-10、糖皮質(zhì)激素、腺苷單磷酸)或TGF-β作用下，通過相應(yīng)受體，依賴STAT6或STAT3使巨噬細(xì)胞向替代激活的M2極化。根據(jù)趨化因子系統(tǒng)的差異，M2又可細(xì)分為四種亞型：M2a(由IL-4/IL-13誘導(dǎo))、M2b(免疫復(fù)合物IC和TLR或IL-1R激動(dòng)劑誘導(dǎo))、M2c(由IL-10，TGF-β或糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo))、M2d(與腫瘤相關(guān))。巨噬細(xì)胞活化后可產(chǎn)生和分泌不同生物活性因子，介導(dǎo)發(fā)揮不同生理功能。M1通過分泌活性氮、活性氧和促炎細(xì)胞因子，發(fā)揮促炎、抗增殖和細(xì)胞毒性作用。M2主要發(fā)揮碎片清理、抗炎、促進(jìn)組織重塑、免疫調(diào)節(jié)的有利作用，同時(shí)也可促進(jìn)腫瘤發(fā)展[2]。

然而最新的研究表明上述巨噬細(xì)胞極化二元模型存在局限性[2-3]。新理論認(rèn)為巨噬細(xì)胞活化是多維度的，它可以很好的解釋巨噬細(xì)胞響應(yīng)周圍環(huán)境，可逆地改變其功能模式的現(xiàn)象[1]。巨噬細(xì)胞的活化和極化取決于組織微環(huán)境中各種信號。通常，M1型巨噬細(xì)胞由IFN-γ誘導(dǎo)，M2型巨噬細(xì)胞受IL-4/IL-13誘導(dǎo)。巨噬細(xì)胞還響應(yīng)其他刺激因素，根據(jù)其最終表面標(biāo)志而分為M1樣或M2樣巨噬細(xì)胞。由于不同表型巨噬細(xì)胞表面標(biāo)志存在重疊，因此應(yīng)聯(lián)合多個(gè)表面標(biāo)志和檢測方法對巨噬細(xì)胞的表型進(jìn)行鑒定。值得關(guān)注的是，巨噬細(xì)胞具有高度可塑性。一項(xiàng)研究指出，還可能存在M3型巨噬細(xì)胞，主要指處于轉(zhuǎn)化狀態(tài)的巨噬細(xì)胞，即巨噬細(xì)胞處于M1向M2或M2向M1的轉(zhuǎn)化狀態(tài)[4]。

巨噬細(xì)胞的極化受以下分子調(diào)控：信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子家族STAT、過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)、CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(C/EBP)家族和干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF)。這主要涉及JAK/STAT信號通路、NF-κB信號通路、MAPK信號通路、ITAM信號通路[5]及PI3K/Akt/mTOR信號途徑[6]，其中JAK/STAT信號通路、NF-κB信號通路為主要的調(diào)控通路。

2 巨噬細(xì)胞與種植體周圍軟組織整合

種植體植入機(jī)體與軟硬組織發(fā)生結(jié)合是一種免疫調(diào)節(jié)，代表了機(jī)體對種植體的異物反應(yīng)。其中，種植體周圍軟硬組織的愈合被人為分為多個(gè)階段(圖1)，包括軟組織愈合和骨組織愈合。軟組織愈合包括最初的凝血階段、炎癥階段，隨后種植體周圍細(xì)胞增殖、組織重塑，約6～8周形成種植體周圍軟組織封閉。術(shù)后1～2周，種植體周圍骨組織內(nèi)可見新骨生成，其后成骨、破骨細(xì)胞共同參與骨重建階段，約在術(shù)后6～8周骨改建完成而進(jìn)入終生的骨改建階段[7-8]。在這愈合過程中巨噬細(xì)胞首先作為免疫細(xì)胞參與植體植入后的清理和異物反應(yīng)，隨后作為修復(fù)細(xì)胞參與種植體周圍軟硬組織的修復(fù)重塑[9]。

圖1 種植體周圍組織愈合時(shí)間軸

種植體周圍軟組織愈合與普通軟組織愈合過程相似，巨噬細(xì)胞在其中均發(fā)揮重要作用，但種植體周圍軟組織的愈合相和皮膚軟組織愈合相比不產(chǎn)生瘢痕，較普通黏膜組織愈合速度更慢。在種植體周圍軟組織愈合過程中，M1型巨噬細(xì)胞通常在初期調(diào)解組織損傷并誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)。種植體周圍浸潤的M1型巨噬細(xì)胞先是吞噬微生物或碎片并粘附于種植體肩臺或修復(fù)基臺表面。隨后通過分泌炎性介質(zhì)，在植體表面引發(fā)炎癥和傷口愈合反應(yīng)。此外，M1型巨噬細(xì)胞還有助于誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞凋亡并攝取凋亡的中性粒細(xì)胞，這使得傷口向非炎性的修復(fù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變。M2型巨噬細(xì)胞在修復(fù)階段出現(xiàn)，產(chǎn)生生長因子等抗炎因子，支持組織恢復(fù)、抑制肉芽瘢痕組織的形成。貼壁的巨噬細(xì)胞通過分泌TGF-β、PDGF等誘導(dǎo)激活成纖維細(xì)胞并分泌相關(guān)因子來調(diào)節(jié)纖維化。在軟組織修復(fù)終末期，M2型巨噬細(xì)胞通過產(chǎn)生VEGF等因子來引導(dǎo)組織修復(fù)，從而促進(jìn)毛細(xì)血管再生和膠原蛋白重塑[9]。

種植體表面改性可影響巨噬細(xì)胞在種植體周圍軟組織整合中的功能。最近一項(xiàng)研究顯示，種植體周圍軟組織整合似乎只與表面親水性有關(guān)，而與種植體表面化學(xué)成分無關(guān)[10]。其結(jié)果顯示改良式SLA親水表面使巨噬細(xì)胞向M2型極化，這有助于成纖維細(xì)胞膠原合成。但是，種植體表面改性對巨噬細(xì)胞極化的影響存在爭議。另一項(xiàng)研究顯示SLA表面的巨噬細(xì)胞向M1型極化，這抑制了鈦表面牙齦成纖維細(xì)胞的增殖，從而影響種植體周圍軟組織的愈合[11]。此外，種植體微動(dòng)也可能影響種植體周圍軟組織愈合[12]。這是由于微動(dòng)引起壓力波動(dòng)，使得巨噬細(xì)胞內(nèi)超氧化物生成減少、粘附于種植體表面的M1型巨噬細(xì)胞減少，從而影響種植體周圍軟組織愈合。

3 巨噬細(xì)胞與種植體周圍骨結(jié)合

在種植體的骨結(jié)合過程中，巨噬細(xì)胞同樣發(fā)揮重要作用。除骨髓來源的巨噬細(xì)胞外，在骨組織中還存在特殊的骨巨噬細(xì)胞。種植體周圍骨結(jié)合過程受這些巨噬細(xì)胞極化的影響。一般，M1型巨噬細(xì)胞負(fù)責(zé)誘導(dǎo)和調(diào)控炎癥環(huán)境，促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成和激活，調(diào)節(jié)骨重塑和改建；M2型巨噬細(xì)胞促進(jìn)合成代謝，以利于種植體周圍骨形成和礦化[13]。具體來說，M1型巨噬細(xì)胞通過分泌炎性因子(特別是TNF)增加破骨細(xì)胞前體數(shù)并促進(jìn)其向破骨細(xì)胞分化而直接調(diào)控破骨細(xì)胞生成。另外，M1型巨噬細(xì)胞還可間接通過成骨細(xì)胞和其他基質(zhì)細(xì)胞增加RANKL的生成，后者通過RANKL/RANK/OPG信號誘導(dǎo)破骨細(xì)胞形成并激活破骨細(xì)胞。相反地，M2型巨噬細(xì)胞則抑制上述過程。此外，M2型巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生具有生物活性的生長因子(如TGF-β、骨橋蛋白、1,25-二羥基維生素D3和BMP-2)，并能通過這些因子作用于成骨細(xì)胞，刺激成骨細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)并促進(jìn)新骨形成[7,14]。

目前，對于M1型巨噬細(xì)胞在種植體周圍骨結(jié)合中的作用還存在爭議。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，種植體表面的鈦顆粒脫落促使巨噬細(xì)胞向M1型極化不利于種植體周圍骨愈合[15]。但是有研究表明，M1型巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生抑癌蛋白M，產(chǎn)生的抑癌蛋白M通過STAT3誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨分化。此外，在骨損傷的愈合早期階段，M1型巨噬細(xì)胞還能決定M2型巨噬細(xì)胞的細(xì)胞因子釋放模式[16]。因此，種植體周圍骨結(jié)合過程可能需要不同表型巨噬細(xì)胞的協(xié)同作用。

種植體表面形貌、化學(xué)組成等表面特性對巨噬細(xì)胞的促成骨行為有很大的影響[10]。種植體表面粗糙度可影響巨噬細(xì)胞的粘附和極化。通過陽性極化、激光相融等工藝制作不同直徑納米結(jié)構(gòu)鈦，可引導(dǎo)巨噬細(xì)胞向不同表型活化。直徑為80～100 nm的TiO2納米管偏向誘導(dǎo)M1型巨噬細(xì)胞，30 nm的TiO2納米管則傾向于誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞[17]。但是，另一項(xiàng)研究報(bào)道，大尺寸納米管表面誘導(dǎo)種植體表面的巨噬細(xì)胞向M2型極化[18]，這可能與種植體表面制作工藝的差異有關(guān)。此外，納米結(jié)構(gòu)鈦表面的二價(jià)陽離子化學(xué)鍵可調(diào)節(jié)粘附于種植體表面的巨噬細(xì)胞的形狀并使其向M2型極化，從而促進(jìn)成骨[19]。

4 巨噬細(xì)胞在種植體周圍疾病中的作用

巨噬細(xì)胞作為早期響應(yīng)細(xì)菌感染的固有免疫細(xì)胞，可能是治療種植體周圍疾病(Peri-implant disease, PID)的新靶點(diǎn)。PID是種植體周圍組織的炎性病變，表現(xiàn)為種植體周圍黏膜炎或具有進(jìn)行性骨喪失的種植體周圍炎。研究表明當(dāng)發(fā)生PID時(shí)，種植體周圍黏膜中的巨噬細(xì)胞比例增大、功能活躍、表型易發(fā)生重編程[3]。這些現(xiàn)象表明調(diào)控巨噬細(xì)胞可能可作為預(yù)防和治療PID的新方法。

巨噬細(xì)胞極化同時(shí)也受種植體周圍病原菌的影響，不同表型的巨噬細(xì)胞可引導(dǎo)PDI向不同方向發(fā)展。一項(xiàng)對牙周炎的研究指出，牙齦組織炎癥誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞極化可能是加劇牙周組織破壞的原因[20]。在早期炎癥階段，牙周致病菌的各種毒力因子刺激巨噬細(xì)胞向M1型極化。M1型巨噬細(xì)胞產(chǎn)生炎性介質(zhì)(如IL-1、TNF-α、IL-6等)加劇種植體周圍炎癥反應(yīng)[21]。另一方面，巨噬細(xì)胞也可限制炎癥的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞表面的凝集素型氧化LDL受體1(LOX-1)激活后通過Erk1/2 MAPK信號途徑產(chǎn)生骨橋蛋白，可減少自生因牙齦卟啉單胞菌誘導(dǎo)而產(chǎn)生的IL-1[22]。相反的，M2型巨噬細(xì)胞通過分泌抗炎細(xì)胞因子(如TGF-β、IL-10)和生長因子(如EGF、FGF、VEGF)抵抗炎癥，并誘導(dǎo)其他修復(fù)相關(guān)細(xì)胞的增殖[23]。

另一方面，種植體表面改性可使巨噬細(xì)胞向抗炎方向極化，利于種植體周圍炎癥的消退和促進(jìn)受損組織修復(fù)。有研究將蛋白或細(xì)胞因子加載于納米鈦種植體表面上，促使粘附于種植體表面的巨噬細(xì)胞向M2型極化，從而利于慢性炎癥后的修復(fù)[24]。最近一項(xiàng)研究通過3D多孔磺化聚醚醚酮在種植體表面負(fù)載丁酸鈉(一種腸道菌群的發(fā)酵產(chǎn)物)，提高巨噬細(xì)胞吞噬能力并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型極化而促進(jìn)骨再生[25]。

5 研究與展望

巨噬細(xì)胞作為早期粘附于種植體表面的細(xì)胞，在種植體周圍軟組織整合和骨結(jié)合過程中發(fā)揮重要作用。鑒于此，未來可以通過調(diào)控巨噬細(xì)胞極化來防治種植體周圍炎。目前，關(guān)于巨噬細(xì)胞與種植體周圍軟組織愈合修復(fù)的研究較少，且研究方法上多使用2D培養(yǎng)模型，這無法模擬體內(nèi)的復(fù)雜情況。因此，未來可優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法，以探究種植體周圍軟組織愈合的復(fù)雜過程。在骨結(jié)合研究方面，目前研究多聚焦于巨噬細(xì)胞極化對種植體周圍成骨的作用。新型生物材料的合成和生物材料的表面改性是指導(dǎo)種植體表面巨噬細(xì)胞極化的利器。近年來，人們的興趣從宏觀角度的螺紋設(shè)計(jì)、微觀角度的種植體表面粗糙度轉(zhuǎn)向研究種植體表面的納米尺度和化學(xué)改性。納米或微納結(jié)構(gòu)表面形貌、生物活性表面涂層的技術(shù)突破使得功能性種植體的問世成為可能。