IL-6在根尖周炎中的表達(dá)及作用研究

劉園 綜述 黃世光 審校

暨南大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510632

根尖周炎是來自齲病、外傷、不良修復(fù)體微滲漏的微生物抗原刺激根尖周組織的免疫炎癥反應(yīng)，根尖周組織表達(dá)大量的免疫活性細(xì)胞和炎癥介質(zhì)，導(dǎo)致根尖周組織炎癥的持續(xù)存在及牙槽骨的吸收[1]。白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)是一種來源廣泛的多效性細(xì)胞因子，在免疫、炎癥、組織再生和代謝中起關(guān)鍵作用，也是破骨細(xì)胞分化和活化的重要細(xì)胞因子。研究證實(shí)，持續(xù)表達(dá)的IL-6 與多種炎癥性疾病有關(guān)，如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、系統(tǒng)性硬化癥、冠心病和膿毒血癥等[2-5]，且在牙齦組織的表達(dá)水平與牙周炎嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[6]。研究表明，IL-6 在根尖周炎病灶組織中高表達(dá)，有臨床癥狀的根尖周病變中具有更高的IL-6 表達(dá)水平[7]，提示IL-6 與根尖周炎關(guān)系密切，在根尖周炎進(jìn)展過程中發(fā)揮重要作用。

1 IL-6

1.1 IL-6 的結(jié)構(gòu)和調(diào)控 IL-6 蛋白的前體由212 個(gè)氨基酸組成，N 末端的28 個(gè)氨基酸殘基組成信號(hào)肽，因此成熟的IL-6為184個(gè)氨基酸殘基多肽，具有兩個(gè)N-糖基化位點(diǎn)和四個(gè)半胱氨酸殘基。IL-6 家族的成員包括IL-6、IL-11、IL-27、制瘤素M(OSM)、心肌營養(yǎng)蛋白1 (CT-1)和神經(jīng)肽(NP-1)等，其特征是通過gp130 的同二或異二聚作用來發(fā)揮其生物學(xué)作用[8]。IL-6 的受體系統(tǒng)包括 IL-6R 和 gp130，其中 IL-6 與IL-6R 結(jié)合后可誘導(dǎo)受體組件gp130 同二聚化，繼而激活下游信號(hào)系統(tǒng)。IL-6R僅在特定的細(xì)胞類型中表達(dá)，如肝細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、B 細(xì)胞和T 細(xì)胞亞型等，而gp130 在整個(gè)人體中普遍表達(dá)[3]。IL-6R 分為可溶性IL-6R(sIL-6R)和膜結(jié)合IL-6R，從而區(qū)分通過膜錨定的IL-6R 的經(jīng)典IL-6 信號(hào)傳導(dǎo)通路和通過可溶性IL-6R(sIL-6R)的IL-6反信號(hào)傳導(dǎo)通路。

IL-6可來源于T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞以及部分腫瘤細(xì)胞等，IL-6的表達(dá)受不同階段的調(diào)節(jié)，包括染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平[9]。人類的IL-6基因定位于7號(hào)染色體短臂2區(qū)1帶上，基因全長5 kb，由5個(gè)外顯子與4個(gè)內(nèi)含子組成，并具有基因多態(tài)性[3]。人類IL-6基因5'-側(cè)翼區(qū)域的功能性順式調(diào)控元件包含核轉(zhuǎn)錄因子-κB(Nuclear transcription factor-κB，NF-κB)、特異性蛋白(SP-1)、核因子IL-6 (NF-IL-6)、激活劑的結(jié)合位點(diǎn)蛋白1(AP-1)和IFN調(diào)節(jié)因子1(IRF-1)[2]。當(dāng)其中的某一轉(zhuǎn)錄控制元件被激活，可導(dǎo)致IL-6mRNA轉(zhuǎn)錄增加。在轉(zhuǎn)錄后水平報(bào)道了調(diào)節(jié)性RNA 酶(RegulatoryRNase-1，Regnase-1)對(duì)IL-6mRNA的負(fù)調(diào)節(jié)作用[10]。

1.2 IL-6 的信號(hào)通路 IL-6 與 IL-6R 復(fù)合體誘導(dǎo)gp130 二聚化，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路，包括Janus激酶(Janus kinases，JAKs)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3(STAT3)信號(hào)通路及絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases，MAPKs)信號(hào)通路[11-12]，轉(zhuǎn)錄因子STAT3的激活導(dǎo)致了各種IL-6反應(yīng)基因的誘導(dǎo)，同時(shí)激活編碼細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子1(SOCS1)和SOCS3基因，SOCS1直接與活化的JAK結(jié)合，從而減化其催化活性[13]；另一方面，SOCS3 與酪氨酸磷酸化的gp130結(jié)合，通過負(fù)反饋回路終止IL-6信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[14]。最近發(fā)現(xiàn)了gp130激活的第三種模式與特定的樹突狀細(xì)胞相關(guān)，稱為IL-6 轉(zhuǎn)遞[15]。IL-6的經(jīng)典信號(hào)通路主要與宿主抗炎反應(yīng)有關(guān)，而反式信號(hào)傳導(dǎo)主要響應(yīng)宿主促炎作用。

1.3 IL-6的生物學(xué)性能

1.3.1 急性期反應(yīng) 在炎癥發(fā)生時(shí)IL-6/IL-6R經(jīng)典信號(hào)傳導(dǎo)通路刺激肝細(xì)胞產(chǎn)生急性期蛋白，包括血清淀粉樣蛋白A(SAA)、C反應(yīng)蛋白(C reactive protein，CRP)、抗胰蛋白酶、纖維蛋白原、和觸珠蛋白等[16]。急性期蛋白水平的增高可以發(fā)出緊急信號(hào)，響應(yīng)宿主的免疫反應(yīng)。IL-6還可響應(yīng)諸如角質(zhì)形成細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞等多種細(xì)胞向炎癥部位運(yùn)輸而參與炎癥的引發(fā)和維持。

1.3.2 免疫細(xì)胞分化 IL-6 在刺激B 細(xì)胞分化為漿細(xì)胞、驅(qū)動(dòng)CD4+T細(xì)胞的定向分化中有著關(guān)鍵作用。研究表明，IL-6能夠驅(qū)動(dòng)B細(xì)胞分化為漿細(xì)胞并促進(jìn)免疫球蛋白的分泌[17]。此外，IL-6 與轉(zhuǎn)化生長因子β (transforming growth factor-β，TGF-β)結(jié)合促進(jìn)維甲酸受體相關(guān)的孤兒核受體-γ(ROR-γt)的表達(dá)并轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)IL-17 基因，促進(jìn)CD4+T 細(xì)胞分化為Th17 細(xì)胞；同時(shí)TGF-β有助于Treg 細(xì)胞的分化，過量的IL-6使Th17/Treg 比率失調(diào)破壞免疫耐受性，導(dǎo)致炎性疾病的發(fā)生發(fā)展[18]。

1.3.3 骨代謝 骨骼的穩(wěn)態(tài)取決于三聯(lián)體蛋白，包括核因子κ B 受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)、細(xì)胞核因子κB受體活化因子(recepetor activator of NF-κB，RANK)和骨保護(hù)素。研究表明，IL-6 誘導(dǎo)成骨細(xì)胞上RANKL的表達(dá)，刺激破骨細(xì)胞的分化而導(dǎo)致骨丟失，在骨質(zhì)破壞方面發(fā)揮重要作用[19]。

2 IL-6與根尖周炎

2.1 IL-6在根尖周炎中表達(dá) 研究表明，在根尖周炎中可檢測(cè)到IL-6表達(dá)，且隨著根尖周病變程度的加重，IL-6的表達(dá)水平顯著增加[7]。CINTRA等[20]通過免疫組織化學(xué)法檢測(cè)小鼠實(shí)驗(yàn)性根尖周炎中的細(xì)胞因子表達(dá)，結(jié)果顯示與正常對(duì)照組比較，根尖周炎組IL-6、IL-17、腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor-α,TNF-α)等細(xì)胞因子的表達(dá)水平顯著升高。JAKOVLJEVIC 等[21]對(duì)100 例人根尖周病變患者和25 例健康根尖周患者的根尖周組織標(biāo)本進(jìn)行了ELISA檢測(cè)，結(jié)果表明與健康對(duì)照組比較，根尖周炎患者的IL-6、IL-1β的表達(dá)水平顯著增高。此外，實(shí)驗(yàn)中對(duì)有臨床癥狀和無臨床癥狀的根尖周炎患者IL-6、IL-1β水平進(jìn)行定量分析，觀察到在有癥狀的根尖周炎組織中IL-6、IL-1β的表達(dá)水平顯著高于無臨床癥狀者，表明促炎細(xì)胞因子的持續(xù)表達(dá)可能與根尖周炎的炎癥活性保持狀態(tài)有關(guān)。Omega-3多不飽和脂肪酸(ω-3PUFA)已被研究作為口腔炎癥性疾病的輔助治療，研究表明ω-3PUFA 可通過環(huán)氧合酶2 脂氧合酶途徑抑制花生四烯酸代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而減少促炎反應(yīng)并減輕炎癥癥狀[22]。AZUMA等[23]報(bào)道補(bǔ)充ω-3PUFA可以降低大鼠實(shí)驗(yàn)性根尖周炎根尖周組織中IL-6、IL-1β和TNF-α的表達(dá)水平，實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示ω-3PUFA通過抑制以上促炎細(xì)胞因子的表達(dá)來控制大鼠實(shí)驗(yàn)性根尖周炎的進(jìn)展。因此，以上研究結(jié)果均表明IL-6與根尖周炎發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系，可能參與根尖周炎的促炎反應(yīng)以及根尖周牙槽骨的吸收。IL-6 在炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)早期由IL-1和TNF-α誘導(dǎo)產(chǎn)生，后兩者還可通過激活 ADAM 誘導(dǎo) sIL-6R 的表達(dá)增加，增加IL-6 的反式信號(hào)傳導(dǎo)以促進(jìn)炎癥效應(yīng)[24]。IL-6、IL-1、TNF-α三者可協(xié)同作用促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的聚集，激活金屬基質(zhì)蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，增加RANKL 活性而導(dǎo)致結(jié)締組織破壞和骨吸收，并且可干擾中性粒細(xì)胞程序性死亡，通過增加活性氧物質(zhì)的產(chǎn)生介導(dǎo)中性粒細(xì)胞毒性[25]，過量產(chǎn)生的IL-6協(xié)同前列腺素E2 (Prostaglandin E2，PGE2)刺激巨噬細(xì)胞對(duì)牙髓感染的超反應(yīng)[26]，并可以協(xié)同IL-4通過IL-4受體α(IL-4Rα)激活STAT6驅(qū)動(dòng)巨噬細(xì)胞向M2分化[27]，直接影響宿主抵抗感染的機(jī)制。因此，減少局部IL-6水平可能是抑制根尖周炎發(fā)展的重要途徑。

2.2 IL-6 對(duì)根尖周組織CRP 的調(diào)節(jié) 大量研究表明，IL-6 可以在肝臟刺激CRP 的產(chǎn)生，具有強(qiáng)力的促炎作用，通過增強(qiáng)炎癥、氧化應(yīng)激和促凝血狀態(tài)在局部和全身發(fā)揮重要作用。CARRIDO 等[28]報(bào)道了IL-6 和CRP mRNA 可在健康牙周膜和根尖周病變組織中表達(dá)，并證實(shí)了根尖周病變組織中IL-6和CRP的過表達(dá)和正相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)果表明，IL-6在根尖周組織局部誘導(dǎo)產(chǎn)生CRP，可能與根尖周炎癥的進(jìn)展以及潛在的無癥狀根尖周炎相關(guān)的全身低度炎癥有關(guān)。此外，CARRIDO 等[28]還觀察到CRP 可以響應(yīng)IL-6 刺激在人牙周膜成纖維細(xì)胞(human periodontal ligament fibroblasts，HPLF)原代培養(yǎng)中合成，而通過添加IL-6抗體可以消除CRP，進(jìn)一步驗(yàn)證了IL-6可能在根尖周疾病中刺激產(chǎn)生CRP。然而需要注意的是在HPLF 培養(yǎng)物上清液中未檢測(cè)到IL-6R 蛋白，僅在根尖周病變浸潤的單核細(xì)胞和肉芽腫上皮細(xì)胞中免疫定位，研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)sIL-6R 增強(qiáng)了HPLF 中響應(yīng)IL-6 刺激的CRP 表達(dá)，而抗IL-6R 阻斷抗體則消除此影響[29]。因此，這些結(jié)果支持了單核細(xì)胞和肉芽腫上皮細(xì)胞可能通過IL-6/IL-6R 信號(hào)增強(qiáng)牙周膜中IL-6的促炎反應(yīng)。此外，根尖周組織產(chǎn)生的CRP可能通過血液進(jìn)入全身循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致全身炎癥狀態(tài)并增加急性心血管疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。GEORGIOU 等[30]報(bào)道了慢性根尖周炎通過升高CRP、IL-6、不對(duì)稱二甲基精氨酸和C3 水平而增加全身炎性。所以，靶向IL-6R可能是改善IL-6在根尖周疾病中局部和全身促炎作用的重要節(jié)點(diǎn)。

2.3 IL-6 與牙槽骨吸收 IL-6 是多效性的細(xì)胞因子，可參與炎癥反應(yīng)過程，并在骨組織的破壞中發(fā)揮重要作用。WU 等[31]報(bào)道了IL-6 可通過激活JAK2和RANKL 增強(qiáng)了成骨細(xì)胞介導(dǎo)的破骨細(xì)胞分化，并可與TNF協(xié)同作用誘導(dǎo)破骨樣細(xì)胞形成。因此，IL-6被認(rèn)為是介導(dǎo)骨吸收的細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵下游因素。SLIVA等[32]報(bào)道了卵巢切除小鼠組根尖周病變骨吸收面積多于假手術(shù)對(duì)照組，卵巢切除組IL-6表達(dá)水平顯著高于假手術(shù)對(duì)照組。此外，在卵巢切除小組中增加阿侖膦酸鹽(ALN)能顯著降低IL-6 表達(dá)，且其根尖周組織的炎癥程度較卵巢切除組小鼠低，因此猜測(cè)IL-6 可能參與了雌激素缺乏的根尖周病的骨吸收，ALN治療通過降低IL-6表達(dá)水平抑制去卵巢小鼠根尖周病變的骨吸收，但具體機(jī)制尚不明確。ROMUALDO等[33]報(bào)道了去卵巢小鼠的實(shí)驗(yàn)性根尖周炎病變范圍較正常小鼠對(duì)照組更大，且促炎因子如IL-1β、TNF-α、IL-6 和 MMP-8、MMP-9 等的表達(dá)增加，表明感染與卵巢切除術(shù)結(jié)合在根尖周炎發(fā)展過程中對(duì)這些信號(hào)分子和酶的調(diào)控具有重要作用，并驗(yàn)證了IL-6可能參與根尖周炎牙槽骨吸收。與此一致，錢宏等[34]報(bào)道了婦女絕經(jīng)后高水平的循環(huán)促卵泡激素(FSH)在人類牙周膜細(xì)胞中顯著增強(qiáng)了IL-6、IL-1β、TNF-α的表達(dá)和分泌，可能調(diào)節(jié)牙周組織的免疫狀態(tài)并證明絕經(jīng)后婦女更容易發(fā)生根尖周炎癥和更明顯的骨吸收。這與之前的研究成果一致，IL-6在根尖炎癥中誘導(dǎo)免疫細(xì)胞浸潤并產(chǎn)生一系列炎癥介質(zhì)，介導(dǎo)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，加重組織破壞和骨吸收。同時(shí)，IL-6/sIL-6R 通過janus 激酶/ STAT 信號(hào)通路增加RANKL的表達(dá)，促進(jìn)骨質(zhì)吸收。另一方面，研究證實(shí)，IL-6缺失不能阻止骨吸收且導(dǎo)致更大的根尖周病變，可能有其他因素與根尖周疾病的骨吸收更直接相關(guān)[35]。BALTO等[36]報(bào)道了IL-6基因敲除組小鼠和抗IL-6抗體治療的小鼠根尖周骨吸收相似，均比野生型小鼠范圍大，而且IL-6基因敲除小鼠組和抗IL-6抗體治療小鼠組根尖周組織中的IL-1α、IL-1β的表達(dá)水平顯著高于正常小鼠。因此，IL-6參與根尖周疾病骨質(zhì)吸收機(jī)制還可能與IL-1α、IL-1β和TNF等其他細(xì)胞因子有關(guān)。

3 IL-6參與根尖周炎的機(jī)制

3.1 炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng) 細(xì)胞因子是重要的炎癥介質(zhì)，有助于免疫應(yīng)答中的細(xì)胞通訊，介導(dǎo)細(xì)胞間的相互作用，具有多種生物學(xué)功能，如調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答、參與炎癥反應(yīng)和創(chuàng)傷愈合等。IL-6是掌控炎癥進(jìn)程的重要細(xì)胞因子，IL-6的持續(xù)表達(dá)失調(diào)可促進(jìn)炎癥的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。在炎癥急性期，IL-6通過刺激急性期免疫反應(yīng)和造血作用促進(jìn)宿主防御。然而IL-6的持續(xù)產(chǎn)生失調(diào)刺激宿主過度的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥的發(fā)展和維持。IL-6可調(diào)控T細(xì)胞分化及誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞往炎癥部位募集，同時(shí)中性粒細(xì)胞可通過IL-6R的蛋白水解作用驅(qū)動(dòng)IL-6的反信號(hào)傳導(dǎo)，然后再通過上調(diào)單核細(xì)胞趨化因子1和2吸引噬中性粒細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)閱魏思?xì)胞募集[37]。此外，IL-6 反信號(hào)傳導(dǎo)可通過增加內(nèi)皮細(xì)胞上細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)和血管細(xì)胞黏附分子1 (VCAM-1)來控制白細(xì)胞浸潤、通過刺激巨噬細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)受體的表達(dá)誘導(dǎo)單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化，參與炎癥進(jìn)展[3]。研究發(fā)現(xiàn)在根尖周病變中IL-6表達(dá)明顯上調(diào)，證明其在根尖周炎的作用可能是促進(jìn)炎癥發(fā)展，且與IL-6誘導(dǎo)的各種免疫細(xì)胞浸潤和炎癥因子表達(dá)有關(guān)。HERNANDEZ等[29]報(bào)道了HPLF 響應(yīng)IL-6/sIL-6R 反式信號(hào)傳導(dǎo)而合成 CRP、Th1 細(xì)胞(IL-1 β、IL-12、IL-18、TNF-α、IFN-γ)和Th17 細(xì)胞(IL-21、IL-23)相關(guān)細(xì)胞因子。因此，IL-6/sIL-6R反式信號(hào)傳導(dǎo)可能是促進(jìn)根尖周炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)的重要途徑，抑制該信號(hào)通路可作為控制根尖周炎癥發(fā)展的重要靶點(diǎn)。

3.2 RANKL RANKL 是介導(dǎo)骨吸收的重要細(xì)胞因子，其在骨骼生理中的重要作用是刺激破骨細(xì)胞的分化和抑制破骨細(xì)胞的凋亡。RANKL與RANK結(jié)合后激活一系列細(xì)胞內(nèi)信號(hào)事件，包括TNFR 相關(guān)蛋白的募集，激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB和促分裂原的蛋白激酶如P38MAPK、JNK和ERK等級(jí)聯(lián)反應(yīng)，促進(jìn)破骨細(xì)胞的分化并激活成熟破骨細(xì)胞。BARREIROS等[38]研究表明RANKL 的表達(dá)隨著根尖周炎的進(jìn)展而增高，RANKL的表達(dá)水平與根尖周炎的骨丟失正相關(guān)。研究證明IL-6 刺激成骨細(xì)胞上的gp130，繼而通過JAK2-STAT3信號(hào)通路上調(diào)RANKL的表達(dá)，從而刺激破骨細(xì)胞前體分化成熟為破骨細(xì)胞而導(dǎo)致骨吸收[31]。王麗娜等[39]報(bào)道了JAK2-STAT3信號(hào)通路在根尖周骨吸收和破骨細(xì)胞形成中起重要作用。IL-6 在根尖周炎中高表達(dá)，又是激活JAK2 的主要因素，所以抑制IL-6/JAK2-STAT3信號(hào)通路介導(dǎo)的RNAKL高表達(dá)可能是防治根尖周炎骨丟失的重要途徑。

4 展望

IL-6是參與根尖周炎進(jìn)展的關(guān)鍵成員，在感染時(shí)持續(xù)產(chǎn)生的IL-6 誘導(dǎo)其他免疫細(xì)胞浸潤和增加促炎因子表達(dá)水平促進(jìn)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)并導(dǎo)致骨質(zhì)破壞。目前已經(jīng)有幾種治療藥物被評(píng)估用于抑制細(xì)胞因子本身，通過IL-6 受體或與信號(hào)通路相關(guān)的靶激酶(如JAK/STAT)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，其中托西珠單抗(抗IL-6R 人源化抗體)已被批準(zhǔn)用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、細(xì)胞因子釋放綜合征和特發(fā)性多中心Castleman 病(iMCD)，而西妥昔單抗(IL-6 拮抗劑)僅被批準(zhǔn)用于iMCD[13]。根尖周炎是一個(gè)非常復(fù)雜的生物過程，目前缺乏相對(duì)明確的信息確定IL-6在根尖周炎中的作用機(jī)制，應(yīng)進(jìn)一步研究闡明其作用機(jī)制。隨著研究不斷深入，IL-6在根尖周炎中的作用機(jī)制將越來越明確，為根尖周炎的預(yù)防和治療奠定基礎(chǔ)。