Th17细胞在牙周炎中的表达与应用的研究进展

2020-8-3 15:08  来源:北京口腔医学
作者:傅靖菲 刘怡 阅读量:5457

    牙周炎是一种以支持牙齿的骨组织结构发生炎性吸收为特征的慢性炎症性疾病。以往研究表明牙周疾病主要是由细菌引起的,不仅造成牙周附着丧失和牙槽骨的吸收,也可能会引起全身系统性疾病,例如糖尿病、心血管疾病、慢阻肺以及导致早产儿和低出生体重儿等。此外,宿主对细菌的免疫反应,特别是CD4+T细胞介导的免疫反应在疾病的发展和牙周组织的破坏中扮演非常重要的角色。

    根据细胞的功能,将CD4+T细胞分为Th1、Th2辅助细胞以及Foxp3+T调节细胞3个亚群。近年来研究发现,幼稚CD4+T细胞还可以分化成另一种细胞亚群,它们与Th1、Th2、Treg细胞分化之间存在相互拮抗的关系,并且它们不表达白细胞介素(linterleukin,IL)-4或干扰素γ(interferonγ,IFN-γ),却高水平分泌IL-17,因此被命名为Th17细胞。Th17参与免疫调节和控制免疫应答,在口腔自身免疫平衡中发挥重要作用。自从发现Th17以来,它便成为一个新的研究热点,不仅弥补了Th1/Th2介导效应机制的不足,还成为各种口腔疾病中必不可少的T辅助细胞。本文对Th17细胞的生物学特性及其在牙周炎中的表达与应用的研究进展作一综述。

    1.Th17细胞的生物学特性

    一些细胞因子通过活化Smad蛋白家族和信号传导子和转录激活子3促进Th17细胞的成熟,包括转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β、IL-6、IL-21和IL-23等。其中,TGF-β通过上调IL-23受体(IL-23R)的表达水平促进Th17细胞分化;IL-6一方面通过启动STAT3诱导Th17细胞的特征性转录因子视黄酸相关孤儿受体γt(retinoic acid-related orphan receptorγt,RORγt)和RORα的表达从而促进Th17细胞的分化;另一方面还可以通过内源性TGF-β诱导IL-23R表达和Th17细胞的分化,新分化细胞又通过分泌IL-21促进自身扩增。然而,干扰素γ(interferonγ,IFN-γ)、IL-4、细胞因子信号传送阻抑蛋白3(suppressor of cytokine signaling 3,SOCS3)和IL-2则抑制Th17的分化。

    Th17细胞通过分泌细胞因子来发挥自身在炎症及自身免疫反应等方面的功能,并且在炎症反应和自身免疫反应中扮演双刃剑的角色。Th17主要产生大量的IL-17,包括IL-17A~IL-17F,我们通常所讲的IL-17即IL-17A。IL-17的受体主要有5种,分别是IL-17RA~IL-17RE。已有研究显示,Th17所分泌的细胞因子在炎症和自身免疫反应的病理过程中很重要,如IL-17在类风湿性关节炎患者的病损处和系统性红斑狼疮患者血清样本中的含量都有所增加。

    高表达的IL-17可以动员中性粒细胞聚集,并抑制其凋亡,介导前炎症反应,使炎症加重呈慢性迁延。IL-17还可以通过增加人成纤维母细胞间黏附分子(intercellulatr cell adhesion molecule,ICAM)-1的表达,激活靶细胞内核因子(nuclear factor,NF)-κB和丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)的同时,刺激上皮细胞、内皮细胞或成纤维细胞产生IL-6、IL-8、IL-21、IL-22、粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor,G-CSF)、前列腺素E-2(prostaglandin E2,PGE-2)等效应分子共同参与宿主的炎症反应。除上所述,人的Th17细胞还可以分泌CCL20,CCL20是CCR6的配体,具有抗菌和趋化能力。

    2.Th17细胞及其相关因子和基因在牙周炎中的表达

    现有研究表明,在牙周炎患者的外周血中,Th17的百分比显著增加,同时IL-17和Th17细胞相关转录因子RORγtmRNA都有所增加。广泛性侵袭性牙周炎患者以及处于慢性牙周炎进展期患者的龈沟液中IL-17的总量显著高于正常人,并且在非手术疗法后牙周炎患者龈沟液中IL-17A以及侵袭性牙周炎患者血清中IL-17A都有所下降,这表明IL-17在牙周炎中发挥着重要作用。

    大部分研究集中于IL-17A在牙周炎中的表达,但IL-17因子家族中其他因子也起到关键作用,IL-17F与IL-17A作用相似,有着很多同样的生物学特性,但IL-17A、IL-17F和IL-17A/F激活先天性免疫反应的能力由于与IL-17RA不同的亲和力而微妙地变化。同时,Awang等研究发现IL-17A与IL-17E在牙周炎的进展过程中扮演着相反的角色。在体外实验中,IL-17E可以对抗牙龈卟啉单胞菌并且抑制中性粒细胞趋化因子IL-8和CXCL5以抑制炎症;而IL-17A则相反,它可以通过刺激NF-kB的表达来激活IL-8从而促进炎症的进展。虽然细菌如何调节IL-17的产量的研究尚未明确,但Zenobia等证明牙龈卟啉单胞菌可以提供利于IL-17产量增加的环境,并且可以利用产生的炎症反应来得到分解产物和有毒分子,使细菌本身获得营养。同时,与IL-17相关的基因在患者体内也有所变化。

    Correa等研究发现虽然IL-17F可能与骨吸收相关,但IL-17FT7488C基因在健康者和牙周炎患者中的变化并不明显,不管是临床表现或是相关的细胞因子都不受IL-17FT7488C基因型的影响;然而IL-17AG197A在牙周炎患者与健康者中有显著的差别,慢性牙周炎患者AA和AG基因型的频率有所增加,并且等位基因A的存在增加患有慢性牙周炎的风险,因此IL-17A可能是治疗牙周炎的目标因子,但是具体疗效需要更多的临床验证。

    2017年有学者对IL-17A基因rs2275913和IL-17F基因rs763780的多态现象与牙周炎的关系进行了Meta分析,发现IL-17A基因多态性的突变等位基因AA基因型与慢性牙周炎的风险升高有关,而IL-17F基因与慢性牙周炎的风险升高无显著性相关。除此之外,Kadkhodazadeh等研究发现IL-17A基因rs879576多态性可能与牙周炎无显著关系,但是由于样本量较少,可能存在误差,因此在这一方面应进行更多的研究。

    3.Treg/Th17细胞比例与牙周炎的关系

    Treg细胞也是在免疫和炎症反应中发挥着重要作用的CD4+Th细胞亚群,和Th17细胞紧密相关,因此近年来关于这二者与牙周炎关系的研究成为了热点。Gao等认为CD25+Foxp3+Treg细胞在牙周炎患者的外周血中明显增加,并且Treg细胞转录因子叉头盒蛋白(forhead box protein 3,FOXP3)和其分泌的细胞因子IL-10、TGF-β在牙周炎患者的牙龈组织中也有明显增加。其中,IL-10可以通过抑制RANKL和基质金属蛋白酶,减轻牙周组织的破坏;TGF-β可以调节炎症细胞的发育,和核因子kB配体受体激的表达呈负相关。以上说明Treg细胞在牙周炎的发展过程中起到重要作用,抑制牙周组织的破坏。

    Parahuru等前期研究发现Treg细胞在牙周炎患者的炎症组织中的表达甚至超过IL17+细胞,并由此推断Treg细胞可能在牙周炎的进展中发挥着更重要的作用。此外,Dutzan等研究发现,在破坏的牙周组织中Th17细胞及其细胞因子表达上调,与组织破坏呈正相关;Treg细胞及其细胞因子表达降低,与组织破坏呈负相关。

    Garlet等发现,在牙周炎小鼠模型中,外周血内Th17/Treg细胞的比例明显增加。由此可知,Th17/Treg细胞的比例失衡与牙周炎的进展密切相关,局部的炎症会导致Th17/Treg细胞比例的上调。同时在体外实验验证Treg细胞可以转换为Th17细胞,在此过程中Th17细胞分化所需要的关键转录因子ROR-γt的表达增加,而Treg细胞分化所需要的关键转录因子FOXP3的表达降低。

    研究表明,CD4+IL-17A+Foxp3+细胞群存在于牙周炎中,他们共表达ROR-γt和FOXP3。而且当Treg细胞与树突状细胞共培养时,通过激活树突状细胞相关性C型植物血凝素1或是在IL-6的刺激下,Treg细胞可以转变为分泌IL-17的细胞亚群。这说明Treg-Th17转换可能在牙周炎中发生并很有可能和牙周炎的发病机制有关。但关于牙周炎更进一步的发病机制还需要更深入的探讨。

    4.Th17细胞的相关因子在牙周炎中的应用

    近期的研究表明,Th17的主要分泌因子IL-17在牙槽骨吸收的过程中具有双重作用。在骨破坏的过程中,IL-17可以诱导成纤维细胞、上皮细胞和内皮细胞产生大量的炎性递质,这些炎性递质包括IL-6、IL-8、单核细胞趋化蛋白(monocyte chemoattractant protein,MCP)-1、粒细胞趋化蛋白-2、人β-防御素-2、巨噬细胞炎性蛋白(macrophage inflammatory protein,MIP)-3、TNF-α和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等,通过募集大量的中性粒细胞和巨噬细胞到达组织感染部位,以清除细菌及其感染物质,介导宿主对抗牙周组织炎症的免疫反应,最终导致牙槽骨的吸收。

    另有学者提出IL-17一方面可以通过T细胞和B细胞诱导成骨细胞内RANKL在支持破骨细胞生成的间充质细胞内的表达;另一方面增加炎性因子如IL-1β,IL-6和TNFα的释放,这同时也增强RANKL的信号传导,以上因素使破骨细胞成熟,进而造成牙槽骨的进行性吸收。然而,近期有学者研究发现,在骨保护的过程中IL-17也发挥作用,这一作用主要是通过控制趋化因子的表达和中性粒细胞的募集来实现。

    在IL-17RA缺失的小鼠模型中观察到趋化因子Gro和MIP-2等的释放增加,但中性粒细胞的数量不足,从而打乱免疫系统的平衡,通过负反馈又促进淋巴细胞的生成,进而促进骨吸收。以上研究证据表明,Th17细胞因子参与牙周疾病是保护作用还是破坏作用占主导地位还尚未定论。但Ke等在2018年提出IL-17A在低剂量时刺激破骨细胞的分化,在高剂量时则相反。他们认为低剂量的IL-17A促进RANKL和RANKL受体的结合从而刺激下游通道P-JNK的磷酸化后引起破骨细胞前体的自噬反应,进而促进破骨细胞分化,最终导致骨吸收。然而这一机制还需要进一步的探索,一方面可以为牙周炎的临床治疗提供更多的药理学靶点;另一方面,使用于治疗牙周炎的IL-17单克隆抗体得以应用。

    5.Th17细胞在牙周炎中的应用

    Settem等认为可以通过增加宿主的Th17细胞来消灭牙龈卟啉单胞菌。已有研究显示细菌S层蛋白可以在体外组装形成纳米聚集体,从而用于疫苗抗原或治疗性递送的载体,因此Settem利用来自ED1菌株的S层纳米聚集体直接输送到牙龈粘膜以诱导局部Th17的增加从而消除牙龈卟啉菌。然而,Wang等利用牙龈卟啉单胞菌制作疫苗并接种于牙周炎小鼠体内,验证接种牙龈卟啉菌的疫苗也许可以通过抑制Th17细胞反应和增强Treg细胞反应来治疗牙周炎。这一研究结果可能为通过上调Treg反应和下调Th17细胞反应来开发针对牙周炎的疫苗或疗法提供基础。

    此外,Glowczyk等利用减少Th17的含量从而减弱宿主对抗细菌的炎性反应和骨破坏作用。他发现利用特定的抑制剂抑制牙龈蛋白酶的活性可能导致局部免疫反应的上调并且促进了Th17细胞的分化;同时IL-6与牙龈蛋白酶的活性成负相关,所以增加IL-6会使牙龈蛋白酶的活性降低,从而促进Th17的分化。所以,阻断IL-6的信号通路也被认为是治疗牙周炎和预防骨吸收的潜在方法。同时,IL-17可以作为衡量治疗效果的指标,有学者发现经过治疗的牙周炎患者龈沟液中IL-17的含量明显下降。具体哪种治疗方法有效我们尚未知晓,因此,关于Th17在牙周炎的治疗方面的作用还有待探索。

    综上所述,对于Th17细胞或其分泌的最重要的细胞因子IL-17在牙周炎的具体扩增机制以及相应的治疗方法还不够明确,还需要更进一步的研究。随着对Th17细胞亚群及其分泌的细胞因子研究的不断加深,将促进人们对牙周炎更全面的认识,为牙周炎的发病机制和防治对策提供新的认识和方案。

编辑: 陆美凤

网友评论