咬合创伤在牙周炎发生发展中的作用及机制的研究进展

    牙周炎是一种以菌斑生物膜为始动因子，以牙周支持组织破坏为特征的慢性炎症性疾病，可导致牙槽骨吸收、牙齿松动甚至脱落，严重影响患者的身心健康，是成人失牙的首要原因。适宜的咬合力可以促进牙槽骨组织的再生和改建。低咬合功能状态下的牙槽骨骨密度降低，骨质结构变得疏松；牙周膜宽度缩窄且牙周膜纤维排列变得紊乱。
    然而，超出牙周组织和牙齿适应能力的力量，即创伤性咬合力，旧称过度咬合力，能够打破生理性咬合力刺激下成骨—破骨细胞的骨稳态，可导致一系列的病变。2017年，牙周病和种植体周病国际研讨会首次就牙周健康的定义达成共识，并指出创伤性咬合力是影响牙周健康的因素之一。
    Fan等将该会议的共识进一步综述总结为：单纯咬合创伤不会引起牙周炎或附着丧失，咬合创伤只有和牙菌斑同时存在时，才能促进牙周炎的发生发展。本文将从炎症促进、成骨抑制和破骨激活的3个方面，将炎症状态下咬合创伤在牙周炎发生发展中的作用的研究进行综述。
    1.炎症状态下咬合创伤的炎症促进作用
    1.1 牙周组织的炎症反应
    牙周组织始终暴露在口腔微生物群和其他物理刺激下。生理状态下，局部免疫反应和微生物群之间处于动态平衡状态。但当全身免疫低下或口腔局部环境发生改变时，牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis，P. gingivalis） 等核心微生物群开始定植，损伤宿主的防御反应，使口腔微生物群的种类及其数量发生改变。口腔菌群与宿主间的平衡被打破，引起免疫失调，失衡的微生物由原来的共生状态转变为致病状态，从而诱导牙周组织的炎症。
    P.gingivalis等诱导牙周炎的核心微生物群过度激活免疫反应，释放大量的免疫细胞，产生白细胞介素（interleukin，IL）如IL-6、IL-8、IL-1β、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF） -α、巨噬细胞集落刺激因子（macrophage-colony stimulating factor，M-CSF）、前列腺素E2 （prostaglandin E2，PGE2） 等一系列促炎因子，能抑制成骨细胞的活性，刺激破骨细胞的生成，加重牙槽嵴的吸收，促进牙周组织炎症的发生发展。
    1.2 炎症状态下咬合创伤加重牙周组织炎症
    临床研究发现，伴咬合创伤的牙周组织炎症水平显著高于单纯的牙周炎者。祁海龙等对104名慢性牙周炎患者的龈沟液进行检验的结果表明：伴咬合创伤的慢性牙周炎患者的龈沟液炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6、骨吸收指标Ⅰ型胶原交联C端肽（ciguatoxin-1，CTX-1） 和总Ⅰ型前胶原氨基末端肽（total procollagen type 1 amino-terminal propeptide，tPINP） 的表达水平均高于不伴咬合创伤的慢性牙周炎患者。
    Zhou等检查未经治疗的慢性牙周炎患者的807颗患牙发现，合并高咬合力的患牙的牙周组织表现为更深的探诊深度，更高频的探诊出血指数，以及更明显的牙周膜间隙增宽，提示咬合创伤可进一步加重牙周组织的破坏。
    Iwata等的研究表明：错牙合畸形所导致的咬合创伤可加重牙周附着丧失，进一步加深骨下袋的形成，从而加重牙周炎的发生发展。Inchingolo等对伴有咬合创伤的牙周炎患者进行牙周夹板治疗，结果表明：咬合调整可改变龈下菌斑生物膜的组成，减少牙周探诊的深度，改善牙周出血，同时经治疗后，重度牙周炎患者的牙周溢脓减少。动物实验的结果也表明，炎症状态下的咬合创伤可通过促进炎症因子表达进一步加重牙周炎的发生发展。
    Yoshinaga等通过局部应用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）构建大鼠牙周炎模型的研究结果表明：与单纯牙周炎比较，牙周炎合并咬合创伤的核因子κB受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor kappa Beta ligand，RANKL） 的表达明显上调， 牙槽骨吸收明显。Nakatsu等的研究也表明，咬合创伤可进一步损伤牙周炎小鼠的牙周组织胶原纤维，增加抗原的组织渗透性，导致免疫复合物形成区域扩大，促进局部炎症反应，最终激活破骨细胞的分化，加重牙槽嵴的吸收。
    此外，体外研究实验结果还表明，炎症状态下，应力通过上调炎症因子表达而进一步加重牙周炎的发生发展。Jia等用LPS诱导人牙周膜成纤维细胞（human periodontal ligament fibroblasts，h-PDLFs） 炎症状态后对其施加循环应力，结果显示与单纯的炎症刺激相比，炎症刺激伴循环压应力显著增加炎症相关标志物单核细胞趋化蛋白（monocyte chemotactic protein，MCP）-1、TNF-α、IL-1β、IL-6、RANKL和M-CSF的表达。
    El-Awady等收集慢性牙周炎患者的hPDLCs，并对其施加压应力的研究结果表明，基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinases， MMPs）、IL-6和IL-16等21个炎症相关基因明显上调，提示炎症状态下压应力可显著上调炎症因子的表达，从而促进牙周炎的发生发展。Römer等将压应力和炎症共刺激下的hPDLCs与单纯炎症刺激的hPDLCs进行比较，结果显示压应力可显著上调C环氧合酶（cyclo-oxygenase，COX） -2 和RANKL 的表达。COX-2 是PGE2生成的关键酶，能够促进PGE2的生成，从而加重牙槽嵴的吸收。
    2.炎症状态下咬合创伤的成骨抑制作用
    2.1 炎症对成骨分化过程的抑制作用
    炎症状态下，牙周组织中Runt相关转录因子2（Runt-related transcription factor 2，Runx2）、骨钙素（osteocalcin，OCN）、骨涎蛋白（bone sialoprotein，BSP） 等的成骨关键因子表达水平和碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP） 活性显著降低，成骨分化受到抑制。
    2.2 炎症状态下咬合创伤抑制成骨分化的相关机制
    炎症状态下咬合创伤抑制成骨分化的相关机制主要包括以下4个通路。
    2.2.1 IKK- 核因子κB （nuclear factor kappa B，NF-κB）信号通路
    IKK-NF-κB信号通路是经典的促炎反应信号通路，参与免疫应答、癌症发生、成骨与破骨吸收多个方面的生理病理过程。研究表明：对比未加力，MC3T3-E1细胞在周期性单轴压应力和LPS双重刺激下，IKK-NF-κB信号通路显著激活，Runx2、BSP和OCN表达下降，ALP活性降低，提示成骨分化受到抑制；反之，使用IKK-2抑制剂Ⅵ阻断NF-κB信号通路可减少炎症因子的表达及骨吸收，提示NF-κB 信号通路参与伴咬合创伤牙周炎的免疫应答过程。
    2.2.2 Wnt 信号通路
    Wnt信号通路可分为经典的β-连环蛋白依赖性途径和非β-连环蛋白依赖性途径。经典Wnt信号通路在间充质干细胞体外成骨诱导、牙周组织的再生方面起到积极作用。体外研究结果表明：循环压力下β-连环蛋白下调，Wnt信号转导被抑制，从而抑制成骨细胞分化和骨形成。Wnt4是一种非经典Wnt信号通路典型的配体，具有抑制NF-κB信号转导、破骨细胞分化和促进间充质细胞向成骨分化的作用。
    Xu等的研究结果表明：与单纯LPS刺激相比，周期循环压力和LPS共刺激能够显著抑制MC3T3-E1细胞中Rho相关卷曲形成蛋白激酶（Rho-associated coiled kinase，ROCK），从而阻断Wnt4信号通路的激活，使Runx2表达下降，ALP活性下降，成骨细胞分化受到抑制，促炎因子RANKL。p-IκBα和P65上调，提示咬合创伤通过抑制Wnt4信号通路从而加重牙周组织炎症的发生发展。
    2.2.3 长链非编码RNA（long-chain non-coding RNA，LncRNA）信号通路
    LncRNA信号通路在调控细胞周期、分化以及表观遗传等生命活动中发挥重要作用。分化拮抗非蛋白编码RNA （differentiation antagonizing non-protein coding RNA，Dancr） 是近年来新发现的LncRNA，可抑制骨形成相关因子Runx2的表达以及人牙周膜干细胞向成骨细胞分化。
    研究表明：对炎症状态下的MC3T3-E1细胞施加单轴循环压应力可抑制Dancr信号通路，使Runx2表达降低，ALP活性下降，成骨细胞的活性受到抑制，但促炎因子如p-p65、p-IκBα显著上升，上调Dancr可减轻循环应力所加重的炎症反应。上述实验结果提示，Dancr参与咬合创伤加重牙周炎发生发展的免疫应答。然而，由于物种之间基因的差别，小鼠Dancr信号通路可促进成骨细胞分化，而人体内Dancr的表达可抑制成骨分化。因此，Dancr信号通路在人体中参与咬合创伤加重牙周炎炎症的作用机制有待进一步研究。
    2.2.4 细胞癌基因Fos 蛋白（cellular oncogene fos，c-Fos）信号通路
    c-Fos信号通路属于Fos蛋白家族，具有调节细胞生长、增殖和分化的作用。Wang等将MC3T3-E1同RAW264.7 （单核巨噬细胞系） 细胞共培养于含LPS的培养基并施加拉应力，结果表明：其炎症因子TNF-α、IL-6、IL-1β的表达水平显著升高，ALP活性呈时间依赖性下降，提示成骨细胞的分化被抑制；同时，c-fos的表达随时间延长呈4~10倍递增，提示拉应力对成骨分化的抑制作用可能与c-Fos的表达上调有关。
    3.炎症状态下咬合创伤的破骨激活作用
    3.1 炎症对破骨细胞生成的促进作用
    P. gingivalis等诱发牙周炎的核心微生物激活机体免疫系统产生的多种细胞因子可以激活破骨细胞，引起骨吸收，从而促进牙周炎的发生发展。RANKL是破骨细胞分化的主要调节因子，其中IL-6、IL-1β和TNF-α可调节RANKL的分泌，促进牙周组织炎症进展和破骨吸收。骨保护素（osteoprotegerin，OPG） 作为RANKL的内源性抑制剂，与RANKL结合，可阻断其与RANK 的相互作用，抑制破骨细胞生成。因此，RANKL/OPG比值升高可作为牙周炎进展的潜在生物标志物。
    3.2 炎症状态下咬合创伤激活破骨吸收的相关机制
    炎症状态下咬合创伤激活破骨吸收的相关机制主要包括以下2个通路。
    3.2.1 Hippo-Yes 相关蛋白（Yes-associated protein，YAP）信号通路
    Hippo-YAP具有调节器官大小、组织稳态以及癌症发展等功能。YAP是Hippo信号通路中的主要下游效应因子，可调节成骨和破骨分化以及骨代谢。Pan等的研究结果表明：咬合创伤可激活Hippo-YAP 途径，而且与炎症共刺激时更加显著地促进牙周组织及成骨细胞中YAP和IL-6、TNF-α的表达，加剧牙周组织的炎症反应以及牙槽骨破坏。
    Wei等的研究结果显示：伴有咬合创伤的慢性牙周炎患者的Yes蛋白显著高于单纯慢性牙周炎患者，抑制YAP可阻碍该蛋白与Jun氨基末端激酶（Jun N-terminal kinases，JNK） 促炎通路因子的串联作用，减轻咬合创伤所加剧的炎症反应和骨吸收。上述研究结果均提示，Hippo-YAP信号通路参与咬合创伤加重慢性牙周炎的炎症反应及骨吸收。
    3.2.2 细胞焦亡
    细胞焦亡是近年来新发现的一种由半胱天冬酶-1 （cysteinyl aspartate-specific proteinase-1，caspase-1）所介导的程序性细胞死亡，以细胞裂解并释放大量促炎因子，扩大炎症反应为主要特征。其中，NOD样受体蛋白3 （NOD like receptor pyrin domain containing protein 3，NLRP3）是caspase-1的上游因子。研究报道，缺氧环境下P.gingivalis可通过激活Caspase-1加重牙周组织的炎症。
    Jiang等通过构建牙周炎伴咬合创伤的动物模型的研究结果表明：伴咬合创伤牙周炎的牙槽骨吸收显著高于单纯牙周炎者，其原因是咬合创伤可激活NLRP3/caspase-1/IL-1β信号通路，上调RANKL/OPG比值，促进破骨细胞的生成，加重牙周组织的炎症反应，提示细胞焦亡参与咬合创伤促进牙周炎发展。
    4.成骨抑制和破骨激活加重牙周炎发生发展机制之间的关联性
    咬合创伤可通过炎症促进、成骨抑制和破骨激活三方面串联加重牙周组织的炎症；同时，这三者之间相互串扰共同影响牙周炎症反应。如P.gingivalis合并创伤性咬合可激活成骨细胞中NF-κB信号通路，促进β-连环蛋白的降解，抑制经典的Wnt信号通路，阻碍成骨分化和骨形成。
    循环压力在抑制Wnt信号通路后，除直接激活IKK-NF-κB信号通路，还可抑制Wnt4信号通路进而间接激活IKK-NF-κB信号通路，抑制成骨相关因子的表达，阻碍成骨细胞的分化。咬合创伤可抑制Dancr信号通路并上调促炎因子p-p65和p-IκBα，同时间接激活NF-κB信号通路。YAP过表达会加剧NF-κB 途径所介导的炎症反应。此外，Wnt信号通路与Hippo-YAP信号通路之间也存在相互关联，如抑制间充质细胞中YAP会增强Wnt信号转导和Runx2活性，促进成骨细胞的形成。
    5.结束语
    牙周炎是全球第六大常见疾病，病变晚期可导致患者牙齿松动和脱落，影响患者的美观和咀嚼功能。生理状态下的咬合力有利于牙周组织之间的改建和重塑，而在炎症状态下咬合创伤可通过炎症促进、成骨抑制和破骨激活从而加重牙周炎的发生发展，这三者之间相互串扰加重牙周组织炎症：咬合创伤可激活IKK-NF-κB信号通路，抑制Wnt信号通路，减少成骨细胞的生成；咬合创伤激活Dancr信号通路可促成破骨细胞的生成；同时，Dancr可促进IKK-NF-κB信号表达相关的促炎因子生成，抑制成骨细胞的生成。
    在咬合创伤的刺激下Hippo-YAP信号被激活后，可促成破骨细胞的生成，加重牙槽骨的吸收，并通过抑制Wnt信号通路减少成骨细胞的生成。然而，牙周组织如何感知咬合创伤以及牙周炎协同咬合创伤可进一步促进牙槽骨吸收的机制研究尚未完全明确，仍需进一步探讨。因此，深入全面地探索咬合创伤在牙周炎发生发展中的作用，阐明相关分子机制，有望为牙周炎的防治提供新的思路。