楊丕山
【述評(píng)】TNF-α/NF-κB信號(hào)通路對(duì)牙周炎發(fā)展和牙周再生的影響及其干預(yù)
專家介紹：楊丕山，教授，主任醫(yī)師，博士研究生導(dǎo)師。
2015年受聘為山東大學(xué)口腔醫(yī)院知名專家,享受國(guó)務(wù)院津貼。
現(xiàn)任中華口腔醫(yī)學(xué)會(huì)牙周病學(xué)專業(yè)委員會(huì)副主任委員，中華口腔醫(yī)學(xué)會(huì)口腔生物醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員，山東省口腔醫(yī)學(xué)會(huì)牙周病學(xué)專委會(huì)主任委員。
主要從事牙周再生基礎(chǔ)研究和牙周病臨床工作。擅長(zhǎng)牙周、牙體疑難疾病的診斷和治療，復(fù)雜牙周疾病的多學(xué)科治療設(shè)計(jì)、綜合治療，重度牙周炎的基礎(chǔ)治療、再生手術(shù)治療、種植修復(fù)治療和維護(hù)。作為課題負(fù)責(zé)人，先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)，省部級(jí)課題8項(xiàng)。
在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表論文100余篇，其中SCI收錄論文50余篇。獲省科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)。
［摘要］ 牙周病是以菌斑微生物為始動(dòng)因子的感染性疾病，菌斑微生物可刺激宿主細(xì)胞產(chǎn)生炎性和免疫因子，其中腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor alpha,TNF-α）作為一個(gè)多向性的先導(dǎo)感染細(xì)胞因子,在牙周炎的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起重要作用，同時(shí)也是牙周再生的重要影響因素。
齦溝液中TNF-α水平的變化已經(jīng)被用來(lái)作為牙周炎治療的效果以及判斷預(yù)后的重要指標(biāo)，越來(lái)越多的研究開(kāi)始關(guān)注以TNF-α作用過(guò)程為靶點(diǎn)探討牙周炎發(fā)展控制和牙周再生促進(jìn)的有效方法。
本文就TNF-α/ NF-κB信號(hào)通路對(duì)牙周病發(fā)展和牙周再生的影響及其干預(yù)治療現(xiàn)狀作一綜述，以期為牙周病治療提供新思路。
［關(guān)鍵詞］ 牙周炎；炎性因子；腫瘤壞死因子-α；抗炎治療；牙周再生
牙周炎是以牙周軟硬組織的炎癥和破壞為特征的發(fā)病率較高的疾病，嚴(yán)重影響口腔健康，并且可能影響其他系統(tǒng)性疾病?，F(xiàn)代觀點(diǎn)認(rèn)為，菌斑微生物及宿主對(duì)菌斑微生物的免疫應(yīng)答反應(yīng)是牙周炎發(fā)病的兩個(gè)關(guān)鍵因素。菌斑微生物是始動(dòng)因素，宿主在應(yīng)對(duì)微生物感染時(shí)所發(fā)生的免疫反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的酶、細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)等則導(dǎo)致牙周支持組織破壞。因此，越來(lái)越多的研究者認(rèn)為抗炎治療同抗微生物治療在牙周病治療中同等重要［1-2］。
牙周病的常規(guī)治療主要是通過(guò)機(jī)械的方法去除菌斑微生物，能在一定程度上減輕炎癥反應(yīng)，降低炎癥因子的水平。然而，深牙周袋內(nèi)由于菌斑生物膜的存在，仍處于慢性炎癥狀態(tài)。即使較低濃度的致炎因子，長(zhǎng)期刺激下仍會(huì)影響牙周治療效果，特別是再生效果［3］。
腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor alpha, TNF-α）是一種重要的炎性因子，可通過(guò)介導(dǎo)其它炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生、促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成和增強(qiáng)破骨細(xì)胞的活性等，在牙周組織破壞中擔(dān)任重要角色。同時(shí)，TNF-α也是牙周再生的重要影響因素。
因此，了解TNF-α在牙周病發(fā)病和牙周再生中的作用及可能機(jī)制，進(jìn)而以TNF-α為靶點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的治療，有望成為牙周病輔助治療的重要策略。
1、TNF-α概述
TNF-α是一種細(xì)胞信號(hào)蛋白（細(xì)胞因子），參與各系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)，也是急性期反應(yīng)的主要細(xì)胞因子之一。它主要由單核-巨噬細(xì)胞受到激活后產(chǎn)生［4］，菌斑微生物的脂多糖（lipopolysaccharides, LPS）是誘導(dǎo)其產(chǎn)生的較強(qiáng)刺激劑。
另外γ-干擾素(interferon-γ, IFN-γ)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）等對(duì)單核/巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α有刺激作用，而前列腺素E（prostaglandin E，PGE）則有抑制作用。
T淋巴細(xì)胞、T細(xì)胞雜交瘤、T淋巴樣細(xì)胞系、NK細(xì)胞等在佛波酯（phorbol 12-myristate 13-acetate，PMA)刺激下也可分泌TNF-α。此外，中性粒細(xì)胞、淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞（lymphokine-activated killer cell，LAK）、星狀細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞亦可產(chǎn)生TNF-α。
TNF-α可促進(jìn)中性粒細(xì)胞粘附到內(nèi)皮細(xì)胞上，提高中性粒細(xì)胞的吞噬能力，從而刺激機(jī)體局部炎癥反應(yīng)。TNF-α預(yù)先與內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)可使其增加主要組織相容性復(fù)合體（major histocompatibility complex，MHC）Ⅰ類抗原、細(xì)胞間粘附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)的表達(dá)及白細(xì)胞介素-1（interleukin-1，IL-1）、GM-CSF和IL-8的分泌；TNF-α還可刺激單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌IL-1。
因此，TNF-α是一個(gè)多向性的先導(dǎo)感染細(xì)胞因子，可以通過(guò)激活下游的信號(hào)通路調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、炎癥以及腫瘤等病理過(guò)程，從而在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中擔(dān)任重要角色［5］。
TNF-α具有兩個(gè)不同的受體，即TNF受體-1（TNF receptor-1, TNFR1)和TNF受體-2(TNF receptor-2, TNFR2)。TNFR1在人體所有組織中均有表達(dá)，是TNF-α主要的信號(hào)受體，而TNFR2主要在免疫細(xì)胞或造血細(xì)胞中表達(dá)［6］。目前主要的觀點(diǎn)認(rèn)為，TNFR1介導(dǎo)了核因子（nuclear factor-κB, NF-κB）信號(hào)通路的激活和成骨分化的抑制［7］，而TNFR2激活對(duì)成骨分化可能起促進(jìn)作用［8］。
2、TNF-α促進(jìn)牙周組織破壞的作用及可能機(jī)制
2.1TNF-α在牙周病發(fā)病中的作用
牙周病是細(xì)菌感染性疾病，沒(méi)有細(xì)菌就沒(méi)有牙周炎?？谇粌?nèi)致病菌產(chǎn)生的脂多糖（lipopolysaccha-ride, LPS)刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生一些前炎癥因子，如IL-1β、IL-6、TNF-α［9-10］，這些因子可相互作用，共同參與牙周組織破壞過(guò)程。
其中TNF-α被認(rèn)為是牙周組織炎性微環(huán)境中重要的內(nèi)源性促炎因子。研究表明，TNF-α參與了大鼠的破骨細(xì)胞生成，重組TNF-α?xí)又乩鲜笱乐苎椎陌l(fā)展破壞［11］。
Di等［12］研究表明，注射用依那西普（etanercept，Enbrel）作為一種TNF-α的拮抗劑，可顯著抑制大鼠牙周炎的發(fā)展。近年來(lái)，TNF-α基因多態(tài)性與牙周炎易感性的關(guān)系更受到關(guān)注，并顯示兩者之間具有相關(guān)性［13-14］。
有些研究表明非手術(shù)牙周治療后，齦溝液中炎癥因子水平降低，因此推測(cè)炎癥因子如IL-1、TNF-α可能作為評(píng)價(jià)牙周病治療效果的生物學(xué)標(biāo)志因子［15-16］。另有研究認(rèn)為，可根據(jù)齦溝液中TNF-α的含量來(lái)判斷牙周疾病的嚴(yán)重程度或是否處于活動(dòng)期［17］。
亦有學(xué)者認(rèn)為T(mén)NF-α也是判斷種植體周圍疾病狀態(tài)的重要炎癥因子之一［18］。
2.2作用機(jī)制
2.2.1 TNF-α促進(jìn)牙周組織的破壞 目前研究認(rèn)為T(mén)NF-α發(fā)揮促進(jìn)牙周組織破壞的作用機(jī)制與NF-κB途徑密切相關(guān)。TNF-α可以誘導(dǎo)成骨細(xì)胞／基質(zhì)細(xì)胞、牙周原代細(xì)胞、T細(xì)胞、牙周膜細(xì)胞等表達(dá)核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)，通過(guò)結(jié)合核因子-κB受體活化因子（receptor activator of nuclear factor-κB，RANK），促進(jìn)破骨細(xì)胞生成和增強(qiáng)破骨細(xì)胞活性進(jìn)而促進(jìn)牙槽骨吸收［19］。
Brunetti等［20］研究認(rèn)為T(mén)淋巴細(xì)胞可通過(guò)RANKL和TNF-α的過(guò)表達(dá)促進(jìn)牙周炎時(shí)的破骨反應(yīng)。另外，TNF-α還可促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶分泌，從而加速膠原纖維分解破壞和基質(zhì)細(xì)胞凋亡，抑制牙周組織的修復(fù)再生等［21-22］。
2.2.2 TNF-α對(duì)牙周組織再生的影響及可能的機(jī)制 炎癥初期的炎性因子是機(jī)體對(duì)損傷因素刺激所產(chǎn)生的最常見(jiàn)的防御性反應(yīng)。然而，一旦這種刺激過(guò)強(qiáng)或時(shí)間過(guò)久，除導(dǎo)致牙槽骨喪失外，亦可對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞的增殖和成骨分化產(chǎn)生抑制作用。
研究表明，牙周炎患牙來(lái)源的牙周膜干細(xì)胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）的成骨能力較牙周健康來(lái)源者顯著降低［23-24］。許多炎性介質(zhì)，如IL-1、IL-6、IL-11、IL-17和TNF-α等在干細(xì)胞成骨過(guò)程中起抑制作用。其中，TNF-α被認(rèn)為是牙周炎炎癥反應(yīng)的主控調(diào)節(jié)者［25］，可通過(guò)激活多個(gè)信號(hào)通路而抑制PDLSCs成骨分化。
Tan等［26］研究表明，TNF-α可通過(guò)激活蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinase R-like ER kinase, PERK)信號(hào)通路而抑制PDLSCs成骨分化。Kong等［24］研究顯示，TNF-α通過(guò)糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase-3β, GSK3β)抑制PDLSCs成骨分化，即TNF-α介導(dǎo)的成骨分化抑制與Wnt信號(hào)通路有關(guān)。
此外，TNF-α還可通過(guò)激活NF-κB信號(hào)通路，進(jìn)而抑制EphB4信號(hào)通路和成骨前體細(xì)胞成骨分化［27］或加速成骨細(xì)胞凋亡，抑制骨髓基質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow stromal cells, BMSCs）移植后的骨再生［28］。
除抑制PDLSCs外，TNF-α可抑制多種其他間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化：如BMSCs［29］、牙髓干細(xì)胞［30-31］以及脂肪干細(xì)胞［32］等。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，多種炎性因子中僅TNF-α能促進(jìn)BMSCs的凋亡［28］。
然而，亦有研究表明，低劑量短期的TNF-α處理可促進(jìn)BMSCs成骨分化，而長(zhǎng)期慢性的炎性刺激，無(wú)論濃度高低，均可對(duì)BMSCs成骨分化產(chǎn)生抑制作用［3］。
高劑量TNF-α對(duì)BMSCs成骨分化的抑制作用除了與核心結(jié)合因子α1（runt-related transcription factor 2, Runx2）的表達(dá)抑制有關(guān)外，還與Runx2對(duì)其下游骨涎蛋白啟動(dòng)子的激活被抑制有關(guān)［33］。
3、與TNF-α作用有關(guān)的潛在治療方法在牙周炎治療中的應(yīng)用
3.1抗TNF-α治療對(duì)炎性骨吸收的抑制作用
鑒于TNF-α對(duì)骨吸收的促進(jìn)及對(duì)MSCs成骨分化和骨再生的抑制作用，針對(duì)TNF-α的拮抗治療對(duì)炎性骨吸收應(yīng)該有抑制作用，對(duì)炎性環(huán) 境下的骨再生應(yīng)該有間接促進(jìn)作用。此方面的研究越來(lái)越多，并且取得了一定療效。
Oates等在實(shí)驗(yàn)性牙周炎中，使用TNF-α的拮抗劑可使骨喪失減少50％［22］。抗TNF-α抗體，如依那西普(etanercept, Enbrel)、英夫利昔單抗(infliximab, Remicade)和阿達(dá)木單抗(adalimumab, Humira)已被證明具有強(qiáng)有力的抗炎治療作用，常被用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和自身免疫病的治療。另外這些抗TNF-α治療同時(shí)能使牙周臨床指標(biāo)得以改善［34-35］。
Infliximab亦被證實(shí)能減少大鼠牙周炎模型的牙槽骨吸收［36］。進(jìn)一步的觀察發(fā)現(xiàn)，這些抗TNF-α抗體治療能間接促進(jìn)炎性環(huán)境下的骨再生［37-38］?？筎NF-α治療能提高糖尿病大鼠的糖耐受水平，從而降低對(duì)大鼠牙周組織的破壞［39］。
3.2NF-κB信號(hào)抑制劑對(duì)炎性骨吸收的抑制及對(duì)骨再生的促進(jìn)
NF-κB信號(hào)激活是TNF-α誘導(dǎo)破骨細(xì)胞形成和抑制成骨細(xì)胞分化的主要機(jī)制，那么，NF-κB信號(hào)抑制劑有望能發(fā)揮對(duì)炎性骨吸收的抑制及對(duì)骨再生的促進(jìn)之雙重作用。
膠霉毒素是多種真菌的代謝產(chǎn)物，具有抗菌、抗病毒和免疫抑制等生物學(xué)活性，還可作為NF-κB信號(hào)抑制劑。已有研究表明，膠霉毒素既能阻斷TNF-α誘導(dǎo)的成骨分化的抑制，又能直接促進(jìn)骨形成蛋白-2（bone morphogenic protein-2, BMP-2）誘導(dǎo)的骨再生［40］。
龍膽紫是一種傳統(tǒng)的抗菌消毒劑，但近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，龍膽紫還具有NF-κB信號(hào)抑制劑樣的作用［41］，除了能直接促進(jìn)成骨前體細(xì)胞的成骨分化和礦化，還能逆轉(zhuǎn)TNF-α對(duì)成骨前體細(xì)胞成骨分化和礦化的抑制，同時(shí)能抑制破骨細(xì)胞的激活。
其他某些自然化合物，如類黃酮［42］、維生素K2［43］可能有類似的作用。然而，這些藥物在臨床中的應(yīng)用潛能還有待進(jìn)一步研究。
3.3TNF-α受體結(jié)合劑對(duì)炎性骨吸收的抑制及對(duì)骨再生的促進(jìn)作用
TNF-α具有TNFR1和TNFR2兩個(gè)受體，而TNF-α抑制成骨的功能主要通過(guò)TNFR1介導(dǎo)［7］。因此， TNFR1結(jié)合劑可競(jìng)爭(zhēng)性拮抗TNF-α的成骨抑制作用。
多功能生長(zhǎng)因子顆粒蛋白前體（progranulin，PGRN）是一種自分泌生長(zhǎng)因子，高表達(dá)于上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、神經(jīng)元、軟骨細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞，在早期的胚胎發(fā)生、創(chuàng)傷愈合、炎癥、機(jī)體防御、軟骨發(fā)育等過(guò)程中起重要作用。
PGRN可以與TNFR1和TNFR2結(jié)合，且與TNF-α相比，PGRN與TNF的受體，特別是TNFR2具有更高的親和性，因而能阻斷TNF-α與其受體的結(jié)合。
PGRN具有三個(gè)與骨代謝和骨再生有關(guān)的作用：
（1）拮抗TNF-α的致炎作用：PGRN對(duì)膠原誘導(dǎo)的鼠關(guān)節(jié)炎和TNF轉(zhuǎn)基因鼠的自發(fā)性關(guān)節(jié)炎有抑制作用。在PGRN敲除鼠，軟骨降解和骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展加速［6,44］；在TNF-α轉(zhuǎn)基因鼠，PGRN能阻斷TNF-α誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化［8］。
（2）拮抗TNF-α介導(dǎo)的成骨或成軟骨抑制作用：Zhao等［44］從骨關(guān)節(jié)炎患者分離培養(yǎng)軟骨標(biāo)本，TNF-α顯著促進(jìn)其粘蛋白的喪失，能誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞產(chǎn)生誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS），而PGRN能逆轉(zhuǎn)TNF-α的這些效應(yīng) 。Wang等［45］研究了工程蛋白Atsttrin（由PGRN衍生而來(lái)的“最小化”TNFRs結(jié)合蛋白）體內(nèi)外的成骨效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)TNF-α能抑制BMP-2誘導(dǎo)的體外成骨分化，而Atsttrin能逆轉(zhuǎn)這一效應(yīng)；3D打印的Atsttrin-Alg/nHAp支架能減少動(dòng)物顱骨缺損內(nèi)TNF-α陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量，同時(shí)促進(jìn)骨再生；
（3）直接促進(jìn)成骨分化及骨缺損愈合，并參與BMP-2誘導(dǎo)的骨再生：Zhao等［8］表明，PGRN缺陷鼠骨缺損的再生能力比野生鼠差，而重組PGRN能顯著促進(jìn)野生鼠骨缺損的再生。
PGRN介導(dǎo)的骨形成依賴于TNFR2而并非TNFR1，在TNFR2敲除小鼠中 PGRN喪失其促進(jìn)骨再生的作用。作為BMP-2的下游信號(hào)，PGRN在BMP-2的促成骨分化過(guò)程中起關(guān)鍵作用，而其本身的下游信號(hào)是細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase, ERK）1/2磷酸化和Runx2表達(dá)。PGRN 亦能通過(guò)激活ERK1/2信號(hào)通路增強(qiáng)軟骨細(xì)胞的合成代謝，且該作用與TNFR2有關(guān)［45-46］。
以上研究表明，PGRN既可以阻斷TNF-α介導(dǎo)的破骨活性增強(qiáng)和成骨抑制效應(yīng)，又能直接刺激成骨。更有意義的是，PGRN顯示的TNF-α受體阻斷作用比傳統(tǒng)的抗TNF-α治療(與TNF-α結(jié)合，而不是與其受體結(jié)合)更有優(yōu)勢(shì)［47］。PGRN這些綜合作用提示其在TNF-α主控的慢性炎癥性疾病的治療和炎性環(huán)境下的骨再生方面可能具有獨(dú)特的作用，有望用于牙周炎的抗炎和再生治療。
牙周病從本質(zhì)上講是由細(xì)菌引起的炎癥和免疫反應(yīng)造成骨改建內(nèi)穩(wěn)態(tài)破壞的結(jié)果。炎性介質(zhì)，特別是TNF-α介導(dǎo)的破骨活性增強(qiáng)、MSCs和成骨細(xì)胞成骨活性抑制等可能是牙周炎癥和牙槽骨喪失的主要機(jī)制，亦是影響牙周再生的重要因素。
因此，針對(duì)TNF-α作用環(huán)節(jié)的拮抗治療在牙周病的治療（包括牙周再生治療）中可能會(huì)有重要價(jià)值。能阻斷NF-κB信號(hào)激活的自然化合物和能與TNF-α受體結(jié)合的拮抗劑有望成為牙周病抗炎治療和炎性環(huán)境下的牙周再生治療的新方向。
隨著Atsttrin的成功研制及進(jìn)一步上市，基于PGRN的TNF-α拮抗治療將具有良好的應(yīng)用前景，有望成為牙周再生的重要治療劑。
文章來(lái)源：《口腔醫(yī)學(xué)》2019年，39卷1期：1-5.
