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中性粒细胞在牙周炎和糖尿病双向关系中作用的研究进展

2020-5-18 14:05  来源:医学综述
编辑:张冬霞 林江 阅读量:2564

    近年来,牙周炎与糖尿病的关系受到极大关注,其原因在于两者相互影响、相互制约。牙周炎是牙周支撑组织的一种常见慢性炎症性疾病。据流行病学数据统计,约10%的成年人患有晚期牙周炎,这是导致牙齿松动和早失的主要原因。

    许多学者认为,牙周炎是糖尿病的第六大并发症。而Taylor和Borgnakke证明,牙周炎可以抑制糖类代谢并增加糖尿病的发生风险,是糖尿病患者的一个危险因素。临床中,糖尿病患者的血糖控制不良时牙周炎的患病率、严重程度和进展速度均增加。通常患有糖尿病的患者同时存在严重的广泛性牙周炎,它会成为慢性炎症的来源,可能对血糖控制产生不良影响。有研究发现,糖尿病伴牙周炎患者机体会发生许多改变,尤其是中性粒细胞的功能改变在两种疾病的发生发展中均发挥重要作用。现就中性粒细胞在牙周炎和糖尿病双向关系中作用的研究进展予以综述。

    1.中性粒细胞在牙周炎和糖尿病中的作用

    中性粒细胞是机体炎症反应和免疫应答的主要参与者,在正常情况下,通过上皮屏障的单个微生物能被中性粒细胞有效清除。中性粒细胞对微生物的破坏作用涉及一系列机制,主要包括黏附作用、趋化作用、吞噬作用、释放抗菌物质和形成胞外杀菌网络。但由于宿主自身免疫因素或牙周致病菌导致的中性粒细胞功能过强或过弱与牙周炎,特别是与全身疾病(糖尿病、心血管疾病、免疫系统疾病、胃肠道疾病等)患者牙周炎的发生紧密相连。糖尿病是一种最常见的慢性内分泌疾病,其特点为代谢紊乱,尤其是糖代谢紊乱。糖尿病可分为1型和2型两种,其中2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)最常见(占90%)。

    大多数关于牙周炎和糖尿病之间联系的研究集中在T2DM上,这可能由于这两种疾病通常在40~50多岁人群中高发。然而,1型糖尿病患者患牙周炎的风险亦增加,且多为儿童和青少年。因此,无论青少年还是成年人糖尿病患者均应被视为患牙周炎风险较高的患者,尤其是在血糖控制不佳的情况下更应被重视。

    1.1中性粒细胞在牙周炎中的功能改变

    在牙周炎中,关于中性粒细胞功能可能受损的研究最早集中在对细菌衍生的趋化肽N-甲酰-L-甲硫氨酰-L-白氨酰-L苯丙氨酸信号相关的趋化性受损上,这些研究大多是在外周血中性粒细胞上进行。研究显示,有相当大比例侵袭性牙周炎患者(72%~86%)趋化肽N-甲酰-L-甲硫氨酰-L-白氨酰-L苯丙氨酸模式相关的趋化性(定向迁移)下降到10-9~10-7,但随机迁移没有改变或增加。而学者更加关注牙周炎患者基础治疗前后中性粒细胞趋化性的变化。如Kumar和Prakash在侵袭性牙周炎和慢性牙周炎患者中均观察到,中性粒细胞和单核细胞的趋化性降低,且两组患者在牙周治疗后趋化性升高,虽然升高幅度较小,但证实牙周治疗存在一定的治疗效果。

    另有研究也证明了慢性牙周炎与中性粒细胞趋化性降低有关,且通过成功治疗慢性牙周炎,中性粒细胞趋化性得到部分恢复。进一步研究发现,中性粒细胞趋化功能障碍可能通过增加组织转运时间使牙周炎患者易患上牙周炎,从而加重中性粒细胞介导的侧支组织损伤。除中性粒细胞趋化性受损外,有研究显示局部或全身性侵袭性牙周炎患者中性粒细胞的吞噬功能和杀伤能力也受损。中性粒细胞的吞噬功能受损会导致细菌的积累、细菌清除的延迟和口腔微生物稳态的紊乱。此外,大多数数据支撑中性粒细胞过度活跃和启动这一观点,它会导致牙周炎组织破坏的增加。这种引发可能与中性粒细胞的黏附性和超氧化物歧化酶的释放增加有关,且与较高的氧化爆发高度相关。

    Ling等已证实,慢性牙周炎患者外周血中性粒细胞释放的超氧化物歧化酶极度活跃,并对牙周病原体呈高反应性。

    1.2中性粒细胞在糖尿病中的功能改变

    T2DM通过减少胶原转换,降低中性粒细胞的趋化性和吞噬功能。有文献报道,无论血糖控制与否,T2DM患者的中性粒细胞趋化性均会降低,但经胰岛素治疗中性粒细胞吞噬功能降低可得到一定的改善。中性粒细胞将微生物有效清除后,其自身也将被清除,从而达到炎症消退和稳态恢复的目的。通常中性粒细胞在炎症部位发生自发性凋亡,随后介导巨噬细胞清除凋亡的中性粒细胞。

    Sudo等通过测定胱天蛋白酶(caspase)3的阳性率发现,与健康对照组相比,糖尿病组有迟发性的中性粒细胞凋亡,且糖尿病患者中性粒细胞产生的抗凋亡细胞因子水平较高。研究表明,糖尿病组和非糖尿病组小鼠中性粒细胞自发凋亡存在显著差异。中性粒细胞凋亡延迟不仅表现在糖尿病患者中,还在慢性牙周炎中被证实。Manosudprasit等研究发现,与健康对照组相比,T2DM组的中性粒细胞自发性凋亡反应明显延迟,且血糖控制不佳对中性粒细胞自发性凋亡有明显的延缓作用,但糖尿病病程对中性粒细胞自发性凋亡的影响不显著。

    1.3中性粒细胞在糖尿病伴牙周炎患者中的功能改变

    基于以上研究结果,人们开始进一步研究糖尿病和牙周炎共患病患者的中性粒细胞特性。研究表明,糖尿病伴牙周炎患者的中性粒细胞趋化和吞噬功能降低、细胞凋亡延迟等功能缺陷均较正常人、单纯牙周炎及单纯糖尿病患者严重。这与牙周炎的严重程度及血糖控制情况密切相关。与糖尿病伴轻度牙周炎患者相比,糖尿病伴重度牙周炎患者的中性粒细胞趋化功能更低,且与血糖控制较好的伴糖尿病的慢性牙周炎患者和无糖尿病的慢性牙周炎患者相比,血糖控制不佳的伴糖尿病的慢性牙周炎患者中性粒细胞释放的超氧化物明显增多,中性粒细胞蛋白激酶C的活性明显增强。另有研究发现,糖尿病伴牙周炎患者的脱颗粒物质释放亦增加。

    2.中性粒细胞在牙周炎和糖尿病双向关系中的作用机制

    2.1趋化和吞噬功能降低

    中性粒细胞功能的改变与牙周致病菌的入侵紧密相连。有研究发现,牙龈卟啉单胞菌可以分泌磷酸丝氨酸转氨酶(phosphoserine aminotransferase,SerB),SerB蛋白可以抑制上皮细胞分泌白细胞介素(interleukin,IL)-8。而有研究证实,IL-8是中性粒细胞的趋化因子。因此当牙龈卟啉单胞菌入侵时,中性粒细胞可能不能及时有效地杀灭牙周致病菌,从而导致牙周炎的发生;而对SerB基因突变体感染的大鼠(即缺乏SerB)进行研究发现,大鼠牙龈组织中中性粒细胞的募集较野生型细菌感染大鼠增加,提示牙周炎大鼠局部中性粒细胞趋化反应不足。这可能由于牙龈卟啉单胞菌分泌SerB蛋白,SerB蛋白抑制趋化因子IL-8的分泌所致。

    同时,有学者还发现T2DM伴牙周炎患者经基础治疗后,β-葡萄糖醛酸酶(一种催化复杂碳水化合物分解的糖苷酶,由中性粒细胞产生)和趋化因子IL-8的水平较单纯牙周炎患者降低,提示局部中性粒细胞趋化反应不足。这可能由于趋化因子梯度改变所致,且糖尿病加重了牙周炎患者趋化因子分泌不足这一缺陷,这也可能是糖尿病罹患牙周炎的原因之一。中性粒细胞趋化功能降低对牙周组织的危害性较大,导致局部炎症信号传达不足,中性粒细胞源源不断地从骨髓细胞中输出,在外周血中大量聚集,使机体形成过度免疫应答,最终导致牙周组织的损害。

    2.2抗菌物质释放增加

    中性粒细胞释放的抗菌物质主要包括活性氧类和颗粒物质。颗粒物质又包括基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-8、明胶酶、髓过氧化物酶、中性粒细胞丝氨酸蛋白酶和抗菌肽(α-防御素和人源阳离子抗菌肽-18)。在一项试验性牙龈炎研究中,与非糖尿病对照组相比,1型糖尿病组患者龈沟液中的IL-1β和MMP-8水平明显升高。在糖尿病小鼠的研究中,学者发现高血糖导致了过度的炎症反应及白细胞的边缘化和超氧物质的产生。

    这提示,糖尿病状态可能导致白细胞出现功能缺陷,表现为牙龈组织中性粒细胞的积累和超氧化物的释放增加,并最终导致牙周组织损伤。有研究表明,血糖控制不佳的糖尿病伴慢性牙周炎患者中性粒细胞经波酯肉豆蔻酸酯刺激后释放的超氧物质明显增多,中性粒细胞的蛋白激酶C活性明显增强。蛋白激酶C可以调节还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的活性,而还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的激活可诱导活性氧类的产生。这提示,高血糖可诱导中性粒细胞启动,其特点为蛋白激酶C活性增强,超氧化物释放增加。活性氧类(超氧化物)的产生可导致促炎细胞因子的表达上调,它可以通过诱导核因子κB的激活或促分裂原活化的蛋白激酶途径加速骨质吸取。

    目前,氧化应激被认为是糖尿病伴牙周炎的主要致病因素之一。氧化应激的特点是活性氧类的过度产生和抗氧化剂的相对缺乏。活性氧类活化后产生的有害产物通常被用来评估氧化应激相关疾病的后果,如3-硝基酪氨酸、4-羟基-2-非烯醇和8-羟基脱氧鸟苷分别被用来评价蛋白质氧化损伤、脂质过氧化和DNA氧化损伤。Li等对单纯牙周炎、单纯糖尿病、糖尿病伴牙周炎患者和健康者进行研究发现,牙周炎可明显增强局部氧化损伤,而糖尿病可显著增加全身氧化损伤,抑制抗氧化能力(丙二醛表达增加,超氧化物歧化酶活性降低),同时两种疾病协同加重了局部和全身氧化损伤。此外,糖尿病伴牙周炎患者的抗氧化转录因子(核转录因子红系2相关因子2)基因和蛋白表达亦明显下调。

    核转录因子红系2相关因子2是调节大量抗氧化剂和解毒酶的关键转录因子。以上结果提示,局部和全身氧化损伤的增强和核转录因子红系2相关因子2的下调在糖尿病牙周炎的发生和发展中起重要作用。Zeidán-Chuliá等通过收集有关MMP-7在T2DM与广泛性牙周炎中相互作用的证据发现,T2DM和广泛性牙周炎患者牙龈组织中的MMP-7表达增加。MMP-7对免疫反应的调节既有有益作用,也有破坏性作用。MMP-7刺激中性粒细胞的再上皮化和经皮迁移,从而分别参与伤口愈合和炎症反应。同时他们还发现,MMP-7的表达增加与高血糖活性氧类激活有关,MMP-7的表达受到抑制时,会影响牙龈中性粒细胞的转归。

    2.3凋亡延迟

    中性粒细胞是血液中最丰富的免疫细胞,当发生炎症反应时,大量的中性粒细胞向炎症部位聚集,虽然在正常情况下中性粒细胞可以有效杀灭致病菌,但中性粒细胞凋亡延迟导致其分泌和凋亡平衡失调时,中性粒细胞释放的组织毒性物质可以加重炎症反应。因此,及时调节中性粒细胞凋亡对终止炎症反应和防止细胞毒性物质释放加重炎症反应十分必要。研究发现,T2DM伴慢性牙周炎患者的中性粒细胞凋亡存在延迟,这增加了炎症反应的发生。中性粒细胞凋亡涉及一系列复杂机制,其中主要包含两条信号通路:①线粒体(内源性)通路,内源性通路调节自发性凋亡;②死亡受体(外源性)通路。而外源性凋亡作为炎症过程的一部分可被肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α和凋亡相关因子Fas配体介导。

    Sudo等已证实,糖尿病患者出现中性粒细胞自发性凋亡延迟与caspase-3的阳性率降低有关。Manosudprasit等进一步证实,T2DM和T2DM伴慢性牙周炎患者的caspase-3活性显著降低,外周血中性粒细胞自发性凋亡均明显延迟,且T2DM伴慢性牙周炎患者外周血中性粒细胞自发性凋亡延迟加重。可见,在内源性通路中,T2DM伴慢性牙周炎患者中性粒细胞出现自发性凋亡延迟与caspase-3活性降低相关。研究证实,中性粒细胞的自发凋亡也有外源性通路的参与,即caspase-3激活了上游启动子caspase-8(代表外源性途径),同时触发凋亡相关因子受体(Fas受体、TNF受体)与其特异性死亡配体结合,使caspase的活化减弱,从而触发caspase依赖性通路,延迟中性粒细胞自发性凋亡。

    可见,中性粒细胞凋亡过程由两种信号通路协同完成。此外,通过caspase途径不仅可以抑制中性粒细胞凋亡,还可以促进正常的牙龈上皮和结缔组织的细胞凋亡,这也再次说明糖尿病可以加剧牙周组织的破坏。虽然目前依赖caspase途径是抑制中性粒细胞凋亡的主要机制之一,但在中性粒细胞中还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸过度刺激可产生大量的超氧化物歧化酶,并抑制细胞凋亡。这一机制可能在抑制牙周炎患者中性粒细胞凋亡中发挥作用,从而导致活性氧类的过度生成。

    晚期糖基化终末产物与中性粒细胞的凋亡亦有密切联系。当中性粒细胞单独与葡萄糖共同孵育时,不影响中性粒细胞凋亡,但其与晚期糖基化终末产物受体激动剂S100B同时孵育可诱导中性粒细胞凋亡。晚期糖基化终末产物受体在中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞表面表达,虽然单用晚期糖基化终末产物刺激中性粒细胞产生的过氧化物较少,但用化学诱导剂N-甲酰-L-甲硫氨酰-L-白氨酰-L-苯丙氨酸刺激后,活性氧类的生成明显增加。这证明,T2DM患者中性粒细胞凋亡的抑制是通过晚期糖基化终末产物受体和晚期糖基化终末产物受体配体介导的相互作用发生。同时,晚期糖基化终末产物还与口腔的易感性、炎症反应的加重和伴有糖尿病的牙槽骨破坏密切相关。

    Sakamoto等研究发现,晚期糖基化终末产物和牙龈卟啉单胞菌的脂多糖可以抑制大鼠骨髓细胞成骨细胞标志物的表达,升高炎症水平,提示两者可能是加重糖尿病伴牙周炎患者骨吸取的重要因素。

    2.4炎症介质分泌增加

    在牙周组织受到细菌攻击后,白细胞(主要是中性粒细胞)释放出多种炎症介质。有文献报道,T2DM伴慢性牙周炎组牙周组织中的IL-1β、IL-6和TNF-α水平高于单纯慢性牙周炎对照组。在一项系统性回顾研究中,T2DM伴慢性牙周炎患者牙周治疗后血清中的IL-6水平降低。其中,IL-6在慢性牙周炎发生发展过程中能诱导牙周组织中的血管内皮生长因子表达,进而导致牙周组织中炎症细胞增多,并最终加剧炎症反应;同时IL-6也可以激活组织中的中性粒细胞,延缓吞噬细胞对丧失功能的中性粒细胞的吞噬,造成炎症介质的水平升高。

    在一项针对39例1型糖尿病患者的研究中,糖尿病伴牙周炎组患者龈沟液中的IL-1β和前列腺素E2水平明显高于无糖尿病牙周炎对照组。除上述炎症因子外,有研究发现糖尿病伴慢性牙周炎组牙周组织中的核因子κB受体活化因子配体、核因子κB受体活化因子配体/骨保护素比值、IL-17和IL-23水平明显高于单纯慢性牙周炎对照组。同时IL-17和IL-23可作为炎症信号转导至骨髓,使骨髓释放中性粒细胞增加,最终导致外周血的中性粒细胞数量增多。

    3.中性粒细胞在牙周炎和糖尿病中的潜在治疗方法

    随着对牙周炎和糖尿病患者中性粒细胞趋化、凋亡等功能缺陷机制的深入认识,人们试图寻找可以缓解中性粒细胞功能缺陷的药物。Cutando等研究发现,糖尿病伴牙周病患者局部应用褪黑素后,TNF-α、IL-6和C反应蛋白水平明显降低,牙龈指数和牙周袋深度明显下降。

    Tang等报道,1,25-二羟维生素D3可通过激活p38促分裂原活化的蛋白激酶信号通路诱导T2DM伴慢性牙周炎患者的中性粒细胞凋亡。另有学者将外周血中性粒细胞与人冠状动脉内皮细胞共同培养发现,内皮细胞亦可以抑制中性粒细胞的内源性凋亡,且其还下调了Fas、TNF-α和肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体介导的外源性凋亡。此外,寻求抑制中性粒细胞释放或激活炎症因子的方法,对炎症的控制同样重要。基于以上结果,褪黑素、1,25-二羟维生素D3和内皮细胞可能作为一种免疫调节剂在T2DM伴牙周炎的发生、发展中起免疫调节作用。

    4.小结

    中性粒细胞在牙周炎和糖尿病双向关系中发挥重要作用。正常情况下,中性粒细胞在宿主对龈下菌斑生物膜的抵抗中起关键作用。然而,在两种疾病的发展过程中,中性粒细胞的趋化、吞噬功能受损,抗炎信号转导受阻,骨髓中中性粒细胞、单核巨噬细胞、树突状细胞等炎症细胞释放增加,分泌了大量中性粒细胞相关的抗菌物质和细胞因子,这些物质引发了宿主的过度免疫应答,最终导致牙周组织的损伤和血糖控制不佳。可见,中性粒细胞功能的改变是牙周炎和糖尿病发病的重要因素。因此,充分了解中性粒细胞在牙周炎和糖尿病双向关系中的重要作用及作用机制,并寻求针对中性粒细胞功能缺陷的潜在治疗方法十分必要,未来需进一步深入研究,以为预防这两种疾病的发生发展提供依据。

编辑: 陆美凤

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