ECM过度积聚与环孢素A诱发牙龈增生的相关性的研究进展

2019-3-20 11:03  来源:口腔颌面修复学杂志
作者:刘慜妮 姜蕾 赵云富 阅读量:14435

    环孢素A(cyclosporin A,CsA)是一种强效免疫抑制剂,广泛应用于器官移植后抗排斥,及自身免疫性疾病的治疗。CsA诱导的牙龈肥大(CsA induced gingivalo vergrowth,CIGO)属于药物性牙龈增生(drug induced gingival overgrowth,DIGO),是指长期服用CsA而引起的牙龈外形肥大,轻者影响美观,重者影响咀嚼、发音,甚至还会造成患者心理障碍。此外,因龈袋内菌斑积聚所致的牙龈炎症还能加速和加重CIGO的发展,增加本已免疫功能低下患者系统感染的风险,对健康造成严重危害。CIGO是以细胞外基质(extracellular matrix,ECM)过度积聚为主要病理特征的牙龈慢性增生性炎症。但CIGO的具体发生机制目前尚不清楚,也无理想的预防和治疗方法。

    20世纪80年代,细胞外基质金属蛋白酶诱导剂(extracellular matrix metalloproteinase inducer,EMMPRIN/CD147)和CsA结合蛋白亲环素A(cyclophilin A,CyPA)被相继发现。随着对CD147和CyPA生物学功能特点及相互之间关系认识的不断深入,为人们进一步研究CIGO的发病机制提供了新的视角和思路。本文聚焦CsA与其胞内受体CyPA、CyPA与其胞外受体CD147以及两者相互作用的效应蛋白基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs),就ECM过度积聚的原因作一综述,以期加深人们对CIGO发病机制的认识。

    1.风险因子

    局部、系统、个体易感等因素均与CIGO发病有关,但目前仍不清楚,部分个体易患,而部分个体则不受CsA影响;CIGO一般不累及附着龈及牙周膜,也不发生在无牙颌或无牙区。各种风险因子的流行病学调查包括年龄、性别、CsA剂量和血药浓度、用药持续时间、口腔卫生、伴随用药、个体易感因素等。目前公认的相关性最强的风险因子是牙菌斑及其诱发的炎症、血清CsA浓度、与抗高血压药钙通道阻止剂(calcium channel blockers,CCB)伴随用药。

    在相关研究工作中发现,牙菌斑指数、龈乳头出血指数、血清CsA浓度与CIGO的严重程度密切相关。但牙菌斑的积聚和CIGO的发生何为因果仍有争议。大部分横断面统计结果显示,牙菌斑指数、牙龈出血指数与CIGO的严重程度呈正相关,但CIGO本身也有助于牙菌斑在龈袋内蓄积,并阻碍牙菌斑的清除,加剧牙龈炎症。因此,牙菌斑与CIGO之间的因果关系在横断面研究中并不能得到正确显示。大样本、纵断面统计分析对于明确二者之间的关系有一定帮助。

    近年来,部分基因的多态性和不同表型也已被作为潜在风险因子加以研究,如白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、MMP-3、P糖蛋白基因MDR1、人白细胞抗原(human leucocyte antigen,HLA)、细胞毒性T淋巴细胞抗原-4(cytotoxict-lymphocyte antigen 4,CTLA-4)等,结果各有不同,部分甚至是相互矛盾的。将基因的多态性作为风险因子的关键是如何确定目标基因,目前还未辨认出哪种基因的多态性与CIGO发病强相关。因此,寻找潜在的风险因子仍然是该研究领域的重点。

    2.胶原代谢失衡

    牙龈成纤维细胞不仅具有活跃的自身更新能力,而且具有合成和降解胶原等基质的功能。只有合成和降解之间保持平衡,牙龈组织才能保持其正常的外形和功能。牙龈结缔组织中蛋白质总量的60%是胶原,Ⅰ型胶原构成了固有层的大部分,而MMPs是负责ECM塑形和降解的主要酶系,在生理pH值情况下,以锌依赖的方式可降解绝大部分ECM和基底膜。CIGO中牙龈成纤维细胞的胶原合成增多、降解减少,是导致ECM过度积聚的原因。因此,有关胶原代谢紊乱的研究是CIGO发病机制研究的另一个热点。胶原合成受多种促纤维生长因子的调节,如转化生长因子(transforming growth factor,TGF)、血管紧张素Ⅱ(angiotension Ⅱ,AngII)等另外,CsA本身以及牙菌斑对胶原合成以及炎症反应有促进作用。

    Morton等发现,CsA可使牙龈成纤维细胞IL-6的分泌增加,而IL-6本身就具有促进胶原和氨基葡聚糖合成的作用。事实上,牙龈结缔组织中IL-6表达增加已被视作为CIGO中牙龈成纤维细胞的一个代谢特征。而胶原降解的途径有细胞内、外两条,细胞外途径主要由成纤维细胞分泌的MMPs作用于胶原纤维,使其降解;细胞内途径则由细胞内的溶酶体组织蛋白酶对胶原纤维进行吞噬,消化。Pattamapun等研究发现,牙周致病菌可活化MMPs。但Chiu等发现,CsA抑制了牙龈组织中MMPs的表达和活化。Kuo等在之前研究的基础上,采用成纤维细胞和巨噬细胞共培养的方法,观察在有无牙龈卟啉单胞菌脂多糖(porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide,Pg-LPS)存在的情况下,CsA对MMPs活性的影响。结果表明,炎症细胞、Pg-LPS可增加MMPs活性,但CsA可在炎症条件下抑制MMPs的活性,导致ECM过度积聚,是CIGO发病的原因之一。

    牙龈成纤维细胞胶原吞噬能力下降是CIGO的另一个致病因素。成纤维细胞胶原吞噬功能在结缔组织基质改建中也是必不可少的,受多因素影响,如磷酸酶、蛋白酶等。其主要机制是整合素α2、β1亚单位和钙离子的异常,整合素α2、β1高表达抑制了成纤维细胞吞噬胶原的功能而致使大量Ⅰ型胶原聚集;钙离子降低也可使整合素α2和β1亚单位的结合力下降而导致成纤维细胞胶原吞噬能力降低。

    在众多相关研究中,有关MMPs的研究较为深入,并在两方面取得一致意见:CIGO与细胞外基质的过度沉积有关,而不是成纤维细胞数量的增加;牙龈组织中胶原积聚主要与胶原降解缺乏有关,部分是由MMPs介导的分解途径失衡所致。然而,目前仍不清楚CsA通过何种途径影响MMPs的表达和活性,最终导致ECM的过度沉积。

    3.CD147与MMPs的关系

    CIGO是以ECM过度积聚为主要特征的慢性增生性炎症,而MMPs是维持正常牙龈ECM稳态的主要酶系,MMPs的表达和活性降低,能使ECM过度积聚、导致牙龈组织增生。Biswas将肿瘤细胞与成纤维细胞共培养时发现,肿瘤细胞表面有一种能够诱导成纤维细胞表达MMP-1的蛋白,并与肿瘤侵袭、转移有关,称之为肿瘤细胞来源的胶原酶刺激因子(Tumor Cell-Derived Collagenase Stimulator Factor,TCSF)。进一步研究发现,TCSF是一种在所有类型细胞表面都有表达的I型跨膜糖蛋白,与免疫球蛋白超家族具有高度的同源性,能诱导多种MMPs(MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9和MMP-11)表达。上述发现导致后来将其更名为细胞外基质金属蛋白酶诱导因子(extracellular matrix metaloproteinase inducer,EMMPRIN,又称CD147)。此后,CD147与MMPs的关系引起广泛关注,研究内容多涉及肿瘤的侵袭和转移、各种急慢性炎症等,并且发现CD147诱导MMPs表达还需有CyPA的参与。

    Wang等在不同动物模型中用抗CyPA抗体来治疗风湿性关节炎,发现CyPA的阻断显著抑制了滑膜炎的发生。He等研究中指出牙周炎模型中随着牙周炎的发展,CD147和CyPA表达量增加。

    4.CyPA与CD147的相互作用

    Handschumacher等首次从牛胸腺中提取得到CyPA。此后,人们陆续从各种组织和器官中分离获得CyPA。CyPA是CyP家族重要成员,广泛存在于各种细胞内且高度保守,是免疫抑制药物CsA在细胞内的作用靶点,介导CsA发挥免疫抑制作用,它在细胞和体液中的含量直接影响CsA的药效发挥。

    目前,至少有15个CyP家族成员被发现,各自发挥独特的功能,但它们的功能均能被CsA阻断。近年来,随着人们对CD147和CyP研究的不断深入,尤其是对二者之间相互作用关系研究的深入,对它们的生物学功能又有了新的认识与补充。Pushkarsky等发现,CyP60作为一种伴侣蛋白将CD147从内质网运送到细胞表面发挥作用,CsA可减少CD147在细胞表面的表达,但不改变CD147在胞内的总体表达水平,提示,这种阻止发生在从内质网向浆膜运输的过程中。

    起初,CyPA只是作为CsA的细胞内受体被认识。后发现在炎症反应过程中,CyPA可由炎症和死亡细胞释放至细胞外组织间隙。在包括脓毒症、类风湿性关节炎、糖尿病、急性冠脉综合征、慢性肾病等炎性疾病中,血清和关节液中的CyPA浓度是升高的。细胞外CyPA通过与细胞表面受体CD147结合,在细胞趋化、细胞信号级联中发挥多种功能。细胞外CyPA与CD147的相互作用在小鼠急性肺损伤模型、实验性牙周炎、载脂蛋白E缺乏动脉粥样硬化小鼠模型及类风湿性关节炎的研究中得到了很好的阐述。CyPA-CD147相互作用的主要贡献是通过募集白细胞到炎症组织并刺激MMPs产生来启动和/或促进炎症反应。

    在牙周病动物模型研究中发现,炎性牙龈组织中高度表达CyPA和CD147,并持久集中于浸润的巨噬细胞和淋巴细胞上,同时炎性牙龈组织也显著增加MMPs表达,提示CyPA与牙周炎的炎性浸润和牙槽骨丧失有一定关系,CyPA-CD147的相互作用可参与该病的病理过程。Seizer等发现,CyPA与CD147结合以及由此引发的MT1-MMP,MMP-9表达上调与动脉粥样硬化斑块易破损脱落有关。

    Yang等发现在类风湿性关节炎中,关节滑液内的CyPA水平与中性粒细胞数量有明显的相关性,且增多的CyPA直接与巨噬细胞表面的CD147结合,上调MMP-9的表达,从而促进关节内骨组织破坏。因此,CyPA与CD147是配体和受体的关系,两者的相互作用主要涉及白细胞募集和MMPs的表达和活化,并且两者的相互作用可被CsA削弱。

    5.CsA对CyPA-CD147相互作用的影响

    CsA除了具有特异性抑制发挥T细胞免疫抑制功能作用外,还有抗炎作用,但两者的作用途径不同。CsA与胞内受体CyPA形成的复合物与钙调磷酸酶(calcineurin,CN)结合,非竞争性抑制其受钙离子激活并促进免疫反应所需的由基因编码的细胞因子和蛋白表达的丝氨酸-苏氨酸磷酸酶。在部分炎性疾病中,CsA通过阻断CyPAP-CD147的相互作用而发挥抗炎作用。Seizer等通过鼠急性肺损伤模型研究发现,细胞外CyP通过募集中性粒细胞到损伤部位,明显有助于炎症反应,但用抗CD147抗体或CsA类似物(SDZNIM811)可显著减轻炎症反应。在LPS诱导的急性肺损伤小鼠模型中,应用CD147抗体或CsA,能够减少炎症组织中50%的中性粒细胞渗出,减轻病变组织的炎症反应。与其他炎性疾病不同的是,在CIGO中CsA似乎并没有发挥明显的抗炎作用。

    Suzuki等在研究由CsA和苯妥因钠调制的炎症反应时发现,用合成的Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)的配体刺激人牙龈成纤维细胞后,CsA可增加人牙龈成纤维细胞IL-6和IL-8的产生和CD54的表达,提示CsA在人牙龈成纤维细胞中阳性调节TLR介导的炎症反应。Jiang在CIGO临床研究中发现,CIGO患者及CsA用药者血清CyPA浓度明显低于正常对照组,并且血清CyPA浓度与CIGO严重程度呈明显的负相关,血清CsA与CyPA浓度比值、菌斑指数和龈乳头出血指数与CIGO严重程度呈明显的正相关,提示CsA在炎症环境中可阻滞减少了CyPA向细胞外释放,减少了与CD147结合,使得MMPs的分泌和活性降低,细胞外基质过度积聚,引起牙龈增生。

    Yan的研究结果表明,在类风湿关节炎中,CsA能通过与CyPA结合来阻断CyPA-CD147相互作用,同时CsA在有无CyPA的参与下均能通过减少THP-1细胞表面CD147的表达来降低MMP-2和MMP-9的表达和活性。Fu通过实验性牙周炎模型发现,CsA能降低CD147以及MMPs的表达和活性,提示CsA在炎症环境中可通过降低细胞表面CD147的表达来降低MMPs的表达和活性,从而导致牙龈组织ECM积聚。因此,CsA主要是通过阻止CyPA与CD147结合来降低MMPs的表达和活性。

    综上所述,CsA除通过促进牙龈成纤维细胞分泌IL-6来增加胶原和氨基葡聚糖合成外,还能在人牙龈成纤维细胞中阳性调节了TLR介导的炎症反应,并且通过对CyPA-CD147相互作用的阻断来抑制MMPs的表达和活性,在炎症环境中出现胶原合成增多、降解减少是ECM过度积聚导致CIGO发病的原因。因此,聚焦CsA、CyPA、CD147以及MMPs相互之间的关系进行深入研究,明确CsA影响CyPA-CD147相互作用的具体作用机制,有望部分阐明CIGO的发病机制。

编辑: 陆美凤

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