CD4阳性T淋巴细胞亚群与牙周炎的关系

2017-11-1 10:11  来源:中华口腔医学研究杂志(电子版)
作者:李昆蔓 代静 任静 陈珊 陈燕斌 杨军英 阅读量:1044

    牙周炎是一种临床病理表现为牙龈炎症出血、牙周袋形成、附着丧失等的慢性感染性疾病。随着病变逐渐向根方发展,患者可出现患牙松动移位、牙龈退缩、咀嚼困难、急性肿胀疼痛等临床表现,最终可导致牙齿缺失。牙周炎是成人牙齿缺失的首位原因。研究表明:牙周炎造成的牙周组织损伤常与宿主免疫反应所引发的炎症相关,当病原菌及其毒素侵袭牙周组织时,人体免疫系统可通过各种途径影响牙周炎的发生、发展,如局部细胞免疫和全身细胞免疫、局部分泌抗体和全身血清抗体等,而免疫在牙周炎的发生和发展过程中常其到双刃剑的作用。

    免疫应答包括固有免疫应答和适应性免疫应答。固有免疫应答是体内固有免疫细胞(单核吞噬细胞、树突细胞等)和固有免疫分子(急性期蛋白、细胞因子等)非特异性地识别、结合病原体及其产物或其他抗原性异物后不经克隆分化迅速活化,产生免疫作用,将病原体等抗原性物质杀伤、清除的过程。适应性免疫应答则是指在特定的微环境下,抗原物质诱导抗原特异性的淋巴细胞经克隆扩增分化为效应细胞,通过产生相应的生物学效应特异性地清除抗原物质。其中,T细胞介导的细胞免疫应答是适应性免疫应答的重要组成部分。根据细胞表面抗原分子的表达情况,T淋巴细胞主要分为CD4阳性T淋巴细胞(CD4+T细胞)和CD8+T细胞两类,抗原特异性的CD4+T细胞和CD8+T细胞活化、增殖,并分化为相应的效应细胞,从而发挥各自的效应功能。其中CD4+T细胞亚群与牙周炎的关系进来尤为受到人们关注。

    一、CD4+T细胞的分化

    小鼠实验表明,来自胚胎或骨髓的T祖细胞(pro-T)在胸腺微环境中分化成熟可分为3个阶段:(1)双阴性细胞(double negative cell,DN)阶段:早期T细胞主要表型为CD4-和CD8-;(2)双阳性细胞(double positive cells,DP)阶段:DN分化为CD4+CD8+,DP细胞经历阳性选择获得MHC限制性识别能力,成为仅表达CD4或CD8的单阳性T细胞;(3)单阳性细胞阶段(single positive cell,SP):仅表达CD4或CD8的单阳性T细胞经历阳性选择,获得对自身抗原的耐受性即CD4+T细胞和CD8+T细胞。CD4+T细胞在人体免疫反应中起着中心的作用,它们可以辅助B细胞产生抗体,诱导巨噬细胞活化,趋化中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞聚集,以及调节宿主免疫。CD4+T细胞亚群理论最早是由Mossman等在1986年提出的,认为CD4+T细胞Th1细胞和Th2细胞,分别以分泌干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)和分泌白细胞介素4(IL-4)为主。

    作为最早被发现的两种辅助性T细胞亚群,也是被研究最深入的。近来还发现了另外两种CD4+T细胞亚群,Th17细胞和调节性T淋巴细胞(regulatory T cells,Treg)。未致敏的CD4+T细胞经抗原的激活后,可分化为Th0细胞,Th0细胞为Th1细胞、Th2细胞和Th17细胞的前体细胞,在反复接受抗原刺激后下可功能性分化上述三种细胞。Th1细胞分化是在IL-12信号通路下完成的。抗原提呈细胞(antigen-presenting,APC)特别是树突状细胞(dendritic cell,DC)在抗原激活下可产生大量IL-12,IL-12可刺激Th0细胞分化为Th1细胞。同时,已分化的Th1 细胞分泌大量IFN-γ,IFN-γ可与Ⅰ型干扰素、CD40L共同刺激DC,促使DC产生更多IL-12。

    IL-12还能诱导自然杀伤细胞(natural killer cell,NK)分泌大量IFN-γ,进而形成Th1分化的一个自我促进。此外,IFN-γ可以促使Th0细胞表达T-bet,从而扩大Th1分化效应。Th1细胞分化后期,IL-18可以与IL-12协同作用,诱导IFN-γ表达,加大Th1分化效应。Th2细胞的分化主要是在IL-2和IL-4两条信号通路下协同完成的。Th0细胞表面存在IL-4受体,当Th0细胞被激活后,组织中的IL-4可激活IL-4受体,使酪氨酸磷酸化,招募并磷酸化下游信号转导及转录激活蛋白6(signal transducer and activator of transcription 6,STAT6),并激活一系列信号通路。已分化的Th2细胞可产生IL-4,加强自身分化。IL-2与IL-2R结合后可增强向下游传递信号,根据研究表明,若没有IL-2信号,即使外加IL-4的情况下,Th0亦不向Th-2细胞分化。

    Th17细胞以分泌特征性IL-17命名,Th17细胞的分化成熟主要分为分化、扩增以及稳定3个阶段。分化初始阶段,Th0细胞经T细胞受体(T cell receptor,TCR)活化后在IL-16、IL-21和转化生长因子-β(transforming factor-β,TGF-β)的共同作用下分化成IL-17。扩增阶段,Th17细胞通过自身分泌的IL-21与细胞膜上的IL-21R受体结合,促进视黄酸相关核孤独受体(retinoic acid receptor-related orphan receptors gamma,RORγ)、转录激活因子3(signal transducer and the activator of transcription 3,STAT3)和信号转导子的转录完成扩增。

    抗原提呈细胞产生IL-23,IL-23主要是促进Th17细胞的扩增和维持稳定生存,但是其不影响Th17的产生。IL-23R是Th17细胞表面的一个重要标志,IL-23在上调其受体的表达的同时,还能够促进IL-17A、IL-17F和IL-22的产生。Treg细胞有两种主要分化方式。一是在胸腺细胞成熟的过程中,一部分CD4单阳性的自身反应性细胞因表达foxp3而通过阴性选择,成为Treg细胞,即胸腺分化。这种Treg细胞又被称为自然发生的Treg细胞(natural regulatory T cell,nTreg)。Treg细胞的另一种分化是一部分幼稚型T细胞在接受抗原肽刺激的过程中,由于受到大量TGF-β的作用而诱导出转录因子叉头蛋白p3(fork head box p3,Foxp3)的表达,成为Treg细胞,即外周分化。这种Treg细胞又被称为诱导性的Treg 细胞(induced regulatory T cell,iTreg)。因此Treg细胞分化过程完成的标志为Foxp3在CD4+T细胞的稳定表达。

    综上所述,CD4+T在细菌或病毒等外部信号及不同的内部环境刺激下可分化为辅助性Th1、Th2、Th17细胞和Treg细胞,不同的CD4+T细胞亚群在牙周炎中通过分泌不同的细胞因子,促使目标细胞活化或者是聚集而实现不同的功能。

    二、Th1细胞与牙周炎的关系

    Th1细胞主要分泌的细胞因子有IFN-γ、IL-2、IL-12、淋巴细胞毒素α(LTα)。IFN-γ是其中最主要的并且被最广泛研究的细胞因子,其在牙周炎中主导破坏性应答。IFN-γ可活化吞噬细胞,增强吞噬细胞吞噬病原体的能力,并且刺激炎症部位产生相应的趋化因子,与Th1表面趋化因子受体相作用,促进Th1细胞趋化。IFN-γ可以提高黏附因子和趋化因子的含量,促使炎症细胞向感染部位聚集,Graves等通过人体实验发现IFN-γ在牙周炎症反应、骨吸收、附着组织丧失上都起着重要的作用,Isaza-Guzmán等通过人体实验发现,牙周炎患者唾液IFN-γ浓度与其牙周破坏程度密切相关。IFN-γ还可以促进一些固有免疫因子的产生,如IL-1β、IL-2和IL-6。IL-1β和IL-6也可以促进炎症细胞的聚集和破骨细胞的形成,从而加重炎症反应和骨丧失。研究表明,在牙周炎病损处IFN-γ浓度增高,并且在重度牙周炎和急性进展性牙周炎患者中更加明显。

    在人体实验性牙周炎中发现,Th1细胞可产生核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand,RANKL),RANKL信号通路为破骨细胞分化形成的经典通路之一。牙周致病菌主要为格兰阴性菌,其内毒素的组要成分为脂多糖(lipopolysaccharide,LPS),LPS可刺激成纤维细胞、单核/巨噬细胞产生IFN-γ,从而促进Th0 细胞向Th1 细胞分化,并且可以刺激机体产生IFN-γ。体外实验证明,牙周炎患者外周单核细胞培养上清液,IFN-γ的含量稍高于对照组,经LPS刺激后,IFN-γ含量均明显增高。IL-2可以促进CD8+记忆T细胞的形成。研究表明,患者外周血液淋巴细胞产生IL-2的能力与牙周炎有一定关系,血清IL-2水平降低可能是侵袭性牙周炎的独立危险因素。

    牙周炎患者龈沟液中的IL-12含量较健康牙龈龈沟液中更低,牙周炎患者在经过首次牙周治疗后,检测患者龈沟液中的IL-12含量会有所降低。因此说明,IL-12的含量与牙周炎免疫反应有一定的关系。在Th1细胞相关的细胞因子中,IFN-γ与牙周炎的关系研究较为全面,但是IL-2、IL-12、LTα与牙周炎的相关研究较少。

    三、Th2细胞与牙周炎的关系

    Th2细胞主要分泌IL-4、IL-5、IL-9、IL-10、IL-13、IL-25和双向调节因子,其中IL-4可促进幼稚CD4+T细胞向Th2细胞分化,并诱导浆细胞合成IgE。IL-5主要作用是诱导是酸性粒细胞活化。IL-10可以抑制Th1细胞的转化形成和DC的功能。在牙周炎病损区域亦可观察到Th2细胞,Th2细胞的分化依赖于IL-4,并且其自身可以产生IL-4,从而进一步促进Th2细胞分化和激活B淋巴细胞。在急性进展性牙周炎患者和健康组的对照研究中发现,健康对照组人员外周血液中的IL-4含量明显高于急性进展性牙周炎患者,IL-4含量低可促进牙周病的发生、发展。

    研究表明,B淋巴细胞自身并不能导致骨组织的吸收和破坏,但是超过90%的B淋巴细胞可以分泌RANKL,从而导致炎症部位的骨吸收,B淋巴细胞亦可以通过产生针对牙周组织(如胶原蛋白、热休克蛋白、波形蛋白、膜收缩蛋白、细丝蛋白、肌动蛋白、核纤层蛋白、角蛋白、微管蛋白)的自身抗体,从而导致牙周组织的破坏。

    四、Th17细胞与牙周炎

    Th17细胞产生的细胞因子以IL-17A为主,另外还包括IL-17F、IL-21、IL-22、TNF-α等,其中IL-17F与IL-17A的作用相似。IL-17A是IL-17家族的基础成员。参加宿主的先天性和获得性免疫反应,主要作用为招募中性粒细胞,并促进多种细胞因子释放和多种炎症介质产生。

    IL-17与牙周炎有着密切的关系。Ohyama等检测发现牙周炎患者牙龈组织和龈沟液,均发现IL-17表达高于正常对照组。Schenkein等的研究也证实,侵袭性牙周炎患者血清IL-17水平高于牙周健康对照者。Fu 等研究发现慢性牙周炎患者清除菌斑后,龈沟液的IL-17可恢复至正常水平。高表达的IL-17可加重局部炎症反应,增加表达RANKL,从而促进骨吸收。Dutzan等在研究发现,在同一患者口内存在活动性牙周组织病损区IL-17 表达水平显著高于非活动区现象,并且RANKL与IL-17表达水平正相关。Th17或IL-17虽有强烈的致炎作用,但是其在牙周炎中是否主要起破坏作用为主仍存在争议,因为目前有研究表明IL-17可以趋化和激活中性粒细胞,以及与粒细胞集落刺激因子的协同作用,产生固有免疫的保护作用。

    Pradeep等通过人体实验发现印度牙周炎患者龈沟液中IL-17接近无表达,认为IL-17在表达有种族变异的可能性。IL-21为一种具有广泛生物学功能的蛋白质,其可调节B细胞增生,促进T细胞、NK细胞增殖、分化,并能提高NK细胞杀伤活性,从而有效增强机体免疫功能。Th17细胞自身可分泌IL-21,IL-21同时亦为Th17的调节因子,其可诱导Th17细胞分化、抑制Th1、Treg细胞功能等。Dutzan等发现,慢性牙周炎患者龈沟液及炎性牙龈组织中IL-21表达水平明显均高于正常者。周艳等研究发现,通过牙周治疗可以降低慢性牙周炎患者龈沟液中Th17型细胞因子IL-17、IL-21表达水平。有研究表明,骨组织也存在IL-21,并且其存在可以上调炎症细胞因子及破骨细胞分化因子的表达。

    IL-22与牙周炎的关系现有研究不多,Isaza-Guzmán等发现牙周炎患者唾液中IFN-γ/IL-2比率较正常对照组高,且IL-22有刺激牙周膜成纤维细胞功能,可上调趋化因子、促炎因子的表达。赵雅静等通过大鼠实验发现,牙周炎大鼠局部牙周组织、龈沟液及外周血中均存在IL-22的表达上调。以上研究表明,IL-22参与了牙周炎免疫反应,可能发挥着促炎作用。

    五、调节性T淋巴细胞与牙周炎

    Treg细胞是一类控制体内自身免疫反应的CD4+T细胞亚群,其特异性表达转录因子Foxp3和表面分子CD25、细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen,CTLA-4)和糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体(glucocorticoid induced tumor necrosis factor receptor,GITR),通过表面分子与其他细胞直接接触或通过分泌抑炎性细胞因子(如IL-10、TGF-β1)的方式,抑制体内多种免疫细胞的活化和增殖,削弱炎症反应,维持免疫系统的稳定。

    Garlet等通过大鼠实验中发现,Treg细胞可以减轻牙周致病菌诱导牙周炎的严重程度,而抑制Treg细胞活性可使牙周组织损伤程度加重。王琳源等通过小鼠实验发现牙龈卟啉单胞菌(P.gingivalis,P.g)诱导的牙周炎小鼠的牙周组织和外周血中Treg细胞比例较正常对照组明显降低,表明牙周炎发生、发展过程中存在Treg细胞介导的免疫应答减弱。在分泌免疫抑制因子同时,Treg细胞还可抑制自身反应性T细胞对牙周组织的损伤,该功能主要通过细胞-细胞接触的方式实现的。Treg细胞通过其表面表达的CTLA-4与靶细胞接触后,可诱导吲哚胺2,3-双加氧酶产生,从而降解色氨酸。缺乏色氨酸的T细胞活化受到抑制,严重者使细胞发生凋亡。

    六、CD4+T细胞亚群相互作用及与牙周炎的关系

    在各型牙周炎中CD4+T细胞亚群及其所分泌的细胞因子均有不同程度的改变,在牙周炎中发挥不同的作用,但是CD4+T细胞亚群及相关细胞因子并非独立发生作用,而是通过相互调节、抑制等发生作用。影响Th1/Th2 细胞分化的重要因素之一是MHC-抗原肽-TCR亲和力,抗原肽与MHC之间亲和力越高越有利于Th1细胞分化,反之则越有利于Th2细胞分化。CD4+T细胞分离极化状态受到不同的DC影响。由于产生IL-12能力的不同,髓样树突状细胞和淋巴样树突状细胞,分别优先诱导Th0细胞向Th1和Th2细胞分化;在小鼠移植模型中,骨髓DC则诱导Th1细胞分化,而肝脏DC主要诱导Th2细胞分化。也有大鼠实验发现IL-12,影响了Th1/Th2的平衡状态,高含量的IL12会促使Th0向Th1分化,并抑制Th2分化。Stashenko等通过小鼠实验中发现,Th1极化小鼠,在牙龈卟啉单胞菌的刺激下,血清可检测到高滴度IgG2a和高浓度IFN-γ,不表达IL-4。反之,Th2极化小鼠,经刺激后,在血清中可以检测到高滴度的IgG1,未检测到IgG2a。同样,表达IL-4而不表达IFN-γ,在Th1极化小鼠中,牙周炎呈现进展状态,牙周组织破坏,骨吸收加剧。Th2极化小鼠中,牙周炎情况稳定,未出现明显加重。

    Tsai等对牙周炎患者进行牙周基础治疗,发现治疗1个月后,几乎所有患者龈沟液中的IFN-γ含量降低,IL-4含量升高。同样,在侵袭性牙周炎患者外周血液细胞因子检测中发现Th2细胞相关的各种细胞因子的减少,以及Th1细胞相关细胞因子的增多,提示牙周疾病的加重。目前普遍认为,Th1细胞可以加重牙周炎症和牙周组织破坏,相反Th2细胞则可减轻病变程度,对牙周组织起保护作用。一旦以Th1细胞主导的破坏性应答和以Th2细胞主导的保护性应答平衡受到破坏,都可能导致机体疾病的发生和疾病进程的改变。辅助B细胞的抗体生成亦为Th17细胞功能之一。因此,在Th2细胞主导的以B细胞反应为主的活动期牙周炎症中Th17细胞能够起促进牙周炎发展和组织破坏作用。

    大多数研究表明,Th17和Treg在炎症和自身免疫病中的作用相互拮抗,以促进炎症和自身免疫为主的Th17细胞,抑制炎症和自身免疫Treg细胞,在自身耐受和免疫调节中起重要作用。Karthikeyan等通过人体实验发现,Th17/Treg失衡引起的自身免疫反应是造成牙周炎发生、发展的因素之一。Wang等通过小鼠实验发现,在牙周炎小鼠中存在Th17细胞介导的免疫应答增强及Treg细胞介导的免疫应答减弱现象,通过调控Th17/Treg免疫失衡状态,抑制Th17细胞同时增强Treg细胞,可减轻P.g 诱导的牙周炎严重程度。

    综上所述,CD4+T细胞4个亚群功能分化及相关炎症因子在牙周炎的发生及发展过程中发挥重要作用,其平衡和极化状态影响着牙周炎的进展和预后。但目前仍有许多具体机制尚不清楚,研究大多局限于体外研究或动物模型,人体研究较少,有待进一步广泛而深入的研究。鉴于Th1、Th2细胞分化相互抑制的关系,本研究认为临床上可以考虑调节抗原特异性Th1/Th2细胞的平衡,下调病理性Th1细胞应答,促进保护性Th2细胞应答转变,作为牙周炎免疫治疗的一个研究方向。另外,可考虑将患者Th1/Th2细胞的平衡作为检测患者易感性和评估治疗效果及预后的一个参考指标。

编辑: 陆美凤

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