呂輝 王華 孫雯

1.江蘇省口腔疾病研究重點實驗室 南京 210029；2.南京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院 南京 211166

牙周炎是最為常見的口腔炎性疾病之一。最新的分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)牙周炎的嚴(yán)重性和復(fù)雜程度，將其分為4個不同的階段（Stage Ⅰ～Ⅳ），又根據(jù)疾病的生物學(xué)特征，分為3個不同的等級（Grade A～C）[1]。牙周炎的始動因素為菌斑微生物[2]；牙石、創(chuàng)傷性咬合等是牙周炎的局部促進因素；吸煙、精神壓力及內(nèi)分泌失調(diào)等是牙周炎的全身刺激因素。牙周炎還與糖尿病、心腦血管疾病、早產(chǎn)、胃病等全身性疾病密切相關(guān)[3-6]。流行病學(xué)調(diào)查[7]顯示，全球牙周炎的患病率高達11.2%，且在40歲左右達患病高峰。

牙周炎晚期的癥狀主要為牙周組織破壞嚴(yán)重、牙槽骨吸收、牙齒松動等[8]。研究[9]表明，牙周炎導(dǎo)致的骨組織喪失與炎癥誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)有著密切聯(lián)系，這一過程不僅與單核巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等介導(dǎo)的固有免疫反應(yīng)相關(guān)，更與T細(xì)胞、B細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫反應(yīng)緊密關(guān)聯(lián)。

T細(xì)胞是淋巴細(xì)胞的重要組分，主要亞型包括輔助性T（T helper，Th）細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T（regulatory T，Treg）細(xì)胞、抑制性T細(xì)胞和細(xì)胞毒性T細(xì)胞等，它們均在牙周炎的發(fā)展過程發(fā)揮各不相同的作用[10]。其中，Th細(xì)胞包括Th1、Th2和Th17等細(xì)胞亞型。Th17細(xì)胞是機體免疫防御中的重要一員，在牙周炎的免疫進程中發(fā)揮重要作用[11]。Th17細(xì)胞可以保護機體免受致病菌的侵害，抑制感染；同時，Th17細(xì)胞又可以影響成骨細(xì)胞骨形成，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞骨吸收，造成骨組織的損傷[12]。本文對Th17細(xì)胞的分化過程和調(diào)節(jié)因素，以及其在牙周炎過程中對骨免疫的影響進行綜述。

1 Th17細(xì)胞與牙周炎

1.1 Th17細(xì)胞的表達

Th17細(xì)胞作為CD4+Th亞群中的一員，可特征性地分泌白細(xì)胞介素（interleukin，IL） -17，因此被命名為Th17細(xì)胞[13]。牙周炎患者的牙周組織及齦溝液中Th17細(xì)胞的細(xì)胞因子譜（包括IL-17等）表達顯著增高[14-15]。Chen等[16]證實了Th17細(xì)胞增多及IL-17表達增高與牙周炎之間存在一定的相關(guān)性。這些都說明Th17細(xì)胞確實存在于牙周炎患者的牙周支持組織。

1.2 Th17細(xì)胞的發(fā)生

在牙周炎發(fā)生過程中，Th17細(xì)胞是機體的免疫系統(tǒng)在受到致病菌刺激后產(chǎn)生的。有研究[17]表明，這一過程與單核細(xì)胞的提呈有關(guān)，一些牙周炎致病菌，如牙齦卟啉單胞菌和伴放線放線桿菌等，可通過激活單核細(xì)胞令其CD40、CD54和HLADR表達增加，從而導(dǎo)致腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、IL-1β、IL-6和IL-23的釋放增加，最終引起CD4+T細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化。

1.3 Th17細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)

Th17細(xì)胞的分化過程受多種IL的調(diào)節(jié)，例如IL-1、IL-6、IL-12和IL-23可促進Th17細(xì)胞分化；相反，IL-4與IL-35則有抑制Th17細(xì)胞分化的作用。其中，IL-6在Th17細(xì)胞分化和發(fā)揮細(xì)胞功能兩方面均有重要的作用[18-19]。研究[18]表明，IL-6可通過激活Janus蛋白酪氨酸激酶（Janus protein tyrosine kinase，JAK）/信號傳導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）通道來活化細(xì)胞，還可以通過穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄因子RORγt來促進IL-17的表達。在Th17細(xì)胞的成熟過程中，IL-1受體表達水平的上調(diào)也可促進Th17細(xì)胞的分化[20]。此外，IL-12、IL-23在Th17細(xì)胞的活化發(fā)生過程中也發(fā)揮重要作用[21]；與此相反，IL-4則是起到抑制初始CD4+T細(xì)胞向Th17細(xì)胞分化的作用[22]；IL-35可以抑制Th17細(xì)胞發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用[23]。

除IL外，γ干擾素和轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β等細(xì)胞因子也在Th17細(xì)胞的分化過程中起重要的調(diào)節(jié)作用[22,24]。研究[25]表明，TGF-β水平上升，RORγt表達增加，Th-17細(xì)胞的分化增加。TGF-β還可與IL-6聯(lián)合作用，誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的分化[26]。牙周炎病變微環(huán)境內(nèi)的其他細(xì)胞對Th17細(xì)胞的分化也具有一定的影響。例如，在缺乏朗格漢斯細(xì)胞的牙周炎小鼠體內(nèi)，原始CD4+T細(xì)胞傾向于分化為Th1細(xì)胞，而Th17細(xì)胞的分化被抑制[3]。在分化發(fā)生與控制炎癥發(fā)展方面，Treg細(xì)胞與Th17細(xì)胞存在著此消彼長的關(guān)系，因此可將Treg細(xì)胞與Th17細(xì)胞的比值視作衡量炎癥嚴(yán)重程度的重要參數(shù)之一[27]。

2 Th17細(xì)胞與牙周炎骨免疫

2000 年Arron等[28]提出“骨免疫學(xué)”的概念，描述了骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)細(xì)胞間的相互作用、免疫失調(diào)可導(dǎo)致的骨代謝異常。骨代謝受到成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的調(diào)節(jié)，成骨細(xì)胞生成骨質(zhì)，破骨細(xì)胞吸收骨質(zhì)，二者共同維持著骨組織的動態(tài)平衡。Th17細(xì)胞作為免疫細(xì)胞中的重要一員，在牙周炎骨代謝中發(fā)揮重要作用。

2.1 Th17細(xì)胞與間充質(zhì)干細(xì)胞及成骨細(xì)胞

間充質(zhì)干細(xì)胞可介導(dǎo)牙周組織的再生，但在炎癥環(huán)境下，這一功能出現(xiàn)異常[29]。間充質(zhì)干細(xì)胞與Th17細(xì)胞之間的關(guān)系較為復(fù)雜。首先，間充質(zhì)干細(xì)胞可抑制Th17細(xì)胞的分化，減少IL-17的表達[30-31]；間充質(zhì)干細(xì)胞通過上調(diào)程序性死亡受體-1配體（programmed death receptor-1 ligand，PD-L1）的表達，從而加強了對Th17細(xì)胞分化的抑制作用[32]。因此有學(xué)者[33]認(rèn)為，在治療牙周病時，可利用間充質(zhì)干細(xì)胞下調(diào)Th17細(xì)胞的分化，進而調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞與Th17比值，以達到抑制免疫反應(yīng)和骨吸收、促進骨再生的作用。但也有體外實驗[34-35]證實，這種抑制Th17分化的作用受間充質(zhì)干細(xì)胞與活化T細(xì)胞數(shù)目比值的影響，在特定的比例或濃度下會誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的分化。其次，Th17細(xì)胞誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞等產(chǎn)生的促炎性細(xì)胞因子（如TNF-α和IL-1等）對間充質(zhì)干細(xì)胞也有影響。

TNF-α可誘發(fā)牙周間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[36]。TNF-α也對間充質(zhì)干細(xì)胞的分化有調(diào)節(jié)作用，可通過Wnt信號通路、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogentic protein，BMP）信號通路及絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路等通路，抑制間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化與骨形成[37]。而IL-1則對間充質(zhì)干細(xì)胞有雙重作用，在低濃度時通過BMP/Smad信號通路促進間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨，高濃度時通過核因子（nuclear factor，NF）-κB和MAPK信號通路抑制成骨[38]。

成骨細(xì)胞主要由間充質(zhì)干細(xì)胞分化而來，能特異性分泌多種生物活性物質(zhì)，參與骨形成進程。Mansoori等[39]在成骨細(xì)胞中加入IL-17，發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞數(shù)量減少，這表明IL-17可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的凋亡。此外，TNF-α亦對成骨細(xì)胞的凋亡起到關(guān)鍵作用。在用3-乙?；?11-酮基-β-乳香酸抑制TNF-α活性后，成骨細(xì)胞的分化作用增強[40]，這表明TNF-α抑制成骨細(xì)胞的分化。具體來說，TNF-α可通過下調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤-2基因（BCL-2）、活化半胱天冬酶以及促進細(xì)胞色素C的釋放來介導(dǎo)成骨細(xì)胞的凋亡[41]。另一方面，成骨細(xì)胞表達熱休克蛋白22，參與TNF-α刺激的IL-6合成，從而促進Th17細(xì)胞的分化[42]。而IL-6可在體外通過包含Src同源結(jié)構(gòu)域2的蛋白酪氨酸磷酸酶（Src-homology domain 2 containing protein-tyrosine phosphatase，SHP2）/絲裂原活化蛋白激酶胞外信號調(diào)節(jié)激酶激酶（mitogen-activated protein kinase-extracellular signal-regulated kinase kinase，MEK）和SHP2/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，Akt）2途徑抑制成骨細(xì)胞的分化[43]。上述過程是否會加劇牙周炎骨喪失的進程仍有待進一步研究。此外，Th-17細(xì)胞因子譜系的新成員IL-26亦可促進成骨細(xì)胞分化和骨形成[44]。

2.2 Th17細(xì)胞與破骨細(xì)胞

破骨細(xì)胞來源于單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)。破骨細(xì)胞的前體細(xì)胞表達核因子κB受體活化因子（receptor activator of nuclear factor κB，RANK），與核因子κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL）結(jié)合后，在巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF）刺激下得以成熟。牙周炎患者組織中的RANKL和M-CSF含量升高，為破骨細(xì)胞的成熟提供了局部環(huán)境[45-46]。

破骨細(xì)胞骨吸收主要依靠溶酶體的作用，一方面可以酸化骨陷窩；另一方面可以調(diào)節(jié)骨細(xì)胞間基質(zhì)[47]。

王中秀等[48]通過對比牙周炎大鼠與正常大鼠的牙周組織IL-17含量、破骨細(xì)胞計數(shù)、骨吸收陷窩計數(shù)及牙槽骨高度，證實Th17細(xì)胞對破骨細(xì)胞骨吸收具有促進作用。而de Aquino等[49]通過對IL-17受體A基因缺失小鼠的牙周炎骨喪失模型研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎骨喪失依賴于Th17細(xì)胞的擴增和IL-17信號傳導(dǎo)。

Th17細(xì)胞要發(fā)揮對破骨細(xì)胞的作用，主要依靠其分泌的細(xì)胞因子及其誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞產(chǎn)生的促炎性細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子包括IL-1、IL-6、IL-17、IL-23和TNF-α等。其中，IL-1、IL-17和TNF-α促進破骨細(xì)胞的表達，加劇骨破壞；IL-6和IL-23的作用具有兩面性。

1）IL-17：作為Th17細(xì)胞分泌的特征性細(xì)胞因子，在引起口腔炎癥疾病中起重要作用。IL-17可在牙周炎患者的牙槽骨中大量表達[14]。IL-17上調(diào)對破骨細(xì)胞的活化具有促進作用，可增加Th17細(xì)胞表達RANKL并促進其與破骨細(xì)胞前體細(xì)胞表面的RANK結(jié)合，在M-CSF的作用下，促進破骨細(xì)胞的成熟[50]。

2）IL-1：與IL-17相似，在Th17細(xì)胞的分化與成熟過程中也呈高表達[19]，且與牙周病的發(fā)生有顯著的相關(guān)性[51]。IL-1可以活化組織蛋白酶K（cathepsin K）[52]。組織蛋白酶K是破骨細(xì)胞溶酶體中的關(guān)鍵蛋白酶，可分解骨基質(zhì)中的骨膠原纖維[53]。另一方面，用激光降低患者牙周IL-1水平后，可治療牙周炎，緩解牙槽骨損傷，亦印證了IL-1在促進破骨細(xì)胞骨吸收中的作用[54]。

3）IL-6和IL-23：在骨損傷中的作用具有兩面性。首先，IL-6具有誘導(dǎo)Th17細(xì)胞分化[18]和緩解炎癥[55]的作用。Balto等[55]發(fā)現(xiàn)，IL-6基因缺失的牙周炎小鼠牙槽骨吸收明顯增加，這表明IL-6有緩解炎癥、減弱骨吸收的作用。此外，在體外IL-6可增加RANKL mRNA的表達，說明IL-6亦對破骨細(xì)胞的分化有一定影響[56]。IL-23對破骨細(xì)胞的成熟具有促進作用，通過刺激成骨細(xì)胞高表達RANKL和促進破骨細(xì)胞前體細(xì)胞高表達RANK，從而加快破骨細(xì)胞骨吸收[57-58]。Shukla等[59]也證實，利用抗IL-23抗體治療，可明顯緩解骨喪失情況。但IL-23可誘導(dǎo)T細(xì)胞分泌GM-CSF來抑制破骨細(xì)胞的形成[60]，這又體現(xiàn)了IL-23在骨損傷中的抑制作用。

Th17細(xì)胞還可通過調(diào)控骨保護素（osteoprotegerin，OPG）/RANKL/RANK系統(tǒng)對破骨細(xì)胞發(fā)揮作用。Th17與RANKL具有正相關(guān)性[61]。RANKL分為分泌型和膜結(jié)合型2種，可由不同的細(xì)胞產(chǎn)生。Tsukasaki等[12]研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎中RANKL主要是由IL-17誘導(dǎo)產(chǎn)生的膜結(jié)合型RANKL。而RANKL可通過誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化以及破骨細(xì)胞特異性蛋白（如活化T細(xì)胞核因子- 1、組織蛋白酶K、抗酒石酸酸性磷酸酶等）的表達，顯著提高局部破骨細(xì)胞數(shù)量，促進骨吸收[62-63]。此外，IL-17可導(dǎo)致RANKL與OPG的mRNA之比增加，在上調(diào)RANKL表達的同時下調(diào)OPG的表達，從而建立有利于骨破壞的環(huán)境[64-65]。

除上述途徑外，機體亦可通過調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞/Th17細(xì)胞的比例來促進或抑制破骨細(xì)胞的生成。研究[66]表明，F(xiàn)ms樣酪氨酸激酶3配體會下調(diào)Treg細(xì)胞/Th17細(xì)胞的比例，促進破骨細(xì)胞骨吸收。

3 小結(jié)

Th17細(xì)胞作為CD4+T細(xì)胞亞群中的重要一員，在牙周炎骨免疫中發(fā)揮重要作用。隨著基礎(chǔ)和臨床研究的不斷深入，很多證據(jù)提示Th17細(xì)胞可以通過分泌細(xì)胞因子直接作用于牙周組織的破骨細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和成骨細(xì)胞，直接調(diào)控牙周炎的骨損傷和骨重塑過程。Th17細(xì)胞在牙周炎骨免疫中的作用如圖1所示。

圖1 Th17 細(xì)胞在牙周炎骨免疫中的作用Fig 1 Role of Th17 cells in periodontitis related osteoimmunology

在牙周炎免疫微環(huán)境內(nèi)，1）口腔微生物上調(diào)TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23，促進Th17細(xì)胞分化，同時又可通過上調(diào)IL-4與IL-35抑制Th17細(xì)胞分化。2）Th17細(xì)胞上調(diào)TNF-α，抑制間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化，而IL-1對間充質(zhì)干細(xì)胞有雙重作用；反之，間充質(zhì)干細(xì)胞又可抑制Th17細(xì)胞的分化。3）Th17細(xì)胞通過分泌IL-17、上調(diào)TNF-α誘導(dǎo)成骨細(xì)胞凋亡并抑制其成骨分化，而其分泌的IL-26可以促進成骨細(xì)胞分化；反之，成骨細(xì)胞分泌的熱休克蛋白22可以促進IL-6誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞分化。4）Th17細(xì)胞通過分泌IL-17、上調(diào)IL-1和TNF-α誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化，而其分泌的IL-6、IL-23對破骨細(xì)胞的分化具有雙重作用。

牙周炎的免疫微環(huán)境是一個復(fù)雜的整體，所有微環(huán)境內(nèi)的成員都互相依存，互相影響。因此，所有治療方案的提出都不能僅僅針對某一細(xì)胞組分或是其分泌的細(xì)胞因子，應(yīng)當(dāng)就牙周炎免疫微環(huán)境內(nèi)所有成員進行整體的評估和考量。這提示需從整體評估治療效果，包括評估炎癥的控制、牙周新附著的形成、破骨細(xì)胞骨吸收的抑制，以及間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨向分化與骨形成等。然而，目前大部分研究僅針對某一種細(xì)胞因子在牙周炎中的致病作用進行研究。例如，IL-17免疫缺陷小鼠表現(xiàn)出廣泛的黏膜易感染性和炎癥應(yīng)答障礙[67]；TNF-α敲除小鼠對牙齦卟啉單胞菌誘導(dǎo)的牙周炎骨喪失具有抵抗能力，明確了TNF-α在實驗性牙周炎中的致病作用[68]。但除了Th17細(xì)胞，巨噬細(xì)胞也分泌IL-17和TNF-α，因此上述影響不一定僅是IL-17細(xì)胞產(chǎn)生的作用。有研究[69]通過特異性敲除Th17細(xì)胞的關(guān)鍵調(diào)控基因Rorc，從而下調(diào)Th17細(xì)胞的數(shù)量，抑制了實驗性牙周炎小鼠的骨喪失；同時，Th17細(xì)胞分化基因缺陷患者也表現(xiàn)出對牙周炎癥易感性的降低。該研究明確地證實了Th17細(xì)胞在牙周炎中的整體作用是促進牙周炎相關(guān)的骨喪失，但是該研究沒有進一步研究Th17細(xì)胞缺陷的情況下，牙周組織中破骨細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞和成骨細(xì)胞的變化。相信利用該模型的深入研究，可以進一步明確Th17細(xì)胞在牙周炎骨免疫微環(huán)境中的具體作用。

綜上所述，骨免疫領(lǐng)域的快速發(fā)展揭示了骨骼系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)之間的聯(lián)系，而研究Th17細(xì)胞在牙周炎骨免疫中的作用可為牙周炎的臨床治療提供新的思路。