龐雪晶
作者單位:昆明市兒童醫(yī)院口腔科,云南 昆明 650000
慢性牙周炎(CP)是發(fā)生于牙周支持組織的一種慢性炎性疾病,伴有進(jìn)行性的牙周組織附著喪失和牙槽骨吸收破壞。動(dòng)脈粥樣硬化(AS)是心血管疾病發(fā)生率和死亡率的主要原因。流行病學(xué)調(diào)查顯示牙周炎可增加人患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn),口腔細(xì)菌感染與心血管疾病之間存在密切聯(lián)系。研究表明牙齦卟啉單胞菌(P.gingivalis)感染導(dǎo)致牙周軟組潰瘍出血,進(jìn)而入血、黏附和侵入血管內(nèi)壁引起局部炎癥反應(yīng),是促進(jìn) AS 發(fā)展的重要原因。
巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF)是一種多功能蛋白 ,作為細(xì)胞因子起作用 ,是炎癥的主要調(diào)節(jié)因子。MIF 作為動(dòng)脈粥樣硬化形成的主要調(diào)節(jié)因子之一,通過(guò)促進(jìn)單核細(xì)胞的募集,激活炎癥信號(hào)通路,將巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為泡沫細(xì)胞以及增強(qiáng)膠原酶表達(dá)和基質(zhì)降解,可導(dǎo)致 AS 斑塊不穩(wěn)定,這直接關(guān)系到疾病的進(jìn)展。將載脂蛋白基因(ApoE-∕-)或低密度脂蛋白受體基因敲除小鼠的 MIF 表達(dá)阻斷,可使已形成的 AS 斑塊退縮變小。由此可見(jiàn) MIF 在AS 病變中具有重要作用 。 細(xì)胞間黏附分子 -1(ICAM-1)的表達(dá)和活性升高是內(nèi)皮功能障礙表型的特征,在 AS 形成期間,內(nèi)皮細(xì)胞使黏附分子表達(dá)升高,啟動(dòng)細(xì)胞骨架重組,這是單核細(xì)胞募集到血管壁中不可或缺的。近年來(lái),ICAM-1 在牙周炎中的作用逐漸得到關(guān)注,ICAM-1 是牙齦表面的黏附蛋白,主要通過(guò)細(xì)胞間信息傳遞、驗(yàn)證和免疫反應(yīng)參與牙周炎的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。慢性牙周炎組織中的 ICAM-1 升高進(jìn)而影響血清中 ICAM-1 的水平,血液中 ICAM-1 的升高可導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)中的白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附,引發(fā)心血管疾病的發(fā)生。
本研究于 2019年 1—12月通過(guò)建立牙周炎動(dòng)脈粥樣硬化的復(fù)合動(dòng)物模型,在體內(nèi)驗(yàn)證 P.gingivalis 造成的牙周感染是否可使大鼠血清中及動(dòng)脈組織中 MIF、ICAM-1 表達(dá)升高。本研究將為闡明慢性牙周炎感染促進(jìn) AS 樣疾病的發(fā)生發(fā)展提供一定的理論基礎(chǔ)。
1.1 細(xì)菌培養(yǎng)
牙齦卟啉單胞菌菌株常規(guī)復(fù)蘇后接種于 BHI 血瓊脂培養(yǎng)基,37 ℃厭氧條件(80% 氮?dú)狻?0% 二氧化碳、10% 氫氣)培養(yǎng) 5~7 d,取菌落傳代培養(yǎng) 3~4 d,液體增菌 1~2 d,紫外分光光度計(jì) 600 nm 下調(diào)整菌液濃度至大約 1.0×10CFU∕mL,用于大鼠口腔接種。1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組
24 只健康的雄性 SD 大鼠,8周齡,體質(zhì)量范圍為(220±10)g,動(dòng)物飼養(yǎng)于 SPF 級(jí)動(dòng)物房。用隨機(jī)數(shù)字法分配為四組,分別為 NC 組、CP 組、AS 組及 CP+AS 組,每組各 6 只。實(shí)驗(yàn)前所有大鼠飲水中給予復(fù)方磺胺甲噁唑片即 1 g∕L 磺胺甲噁唑和 200 mg∕L 的甲氧芐胺嘧啶 3 d 以抑制不利于牙齦卟啉單胞菌定植的內(nèi)源性細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用許可證號(hào)為 SYXK(粵)2019-0074,本研究符合一般動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理學(xué)原則。1.3 建模方法
NC 組:腹腔注射生理鹽水及口腔內(nèi)涂生理鹽水作為對(duì)照,標(biāo)準(zhǔn)飼料飼養(yǎng) 12周。CP組:將牙齦卟啉單胞菌(1.0×10CFU∕mL)接種于上頜第二磨牙齦溝內(nèi)。以后在異氟烷鎮(zhèn)靜下每周接種 2 次,標(biāo)準(zhǔn)飼料喂飼,每周檢查結(jié)扎絲 1 次,有脫落者及時(shí)重新結(jié)扎。AS 組:先標(biāo)準(zhǔn)飼料喂飼,1周內(nèi)逐漸增加高脂飼料比例直至完全替代標(biāo)準(zhǔn)飼料(高脂飼料喂飼 20~25 g∕d)。在高脂飲食的基礎(chǔ)上于行大鼠左側(cè)頸動(dòng)脈內(nèi)膜球囊損傷術(shù)(參照 Tulis的手術(shù)方法)。同時(shí)腹腔注射維 生素 D3 針劑 60 萬(wàn) IU∕Kg,從第2周每周腹腔注射 1 次維生素 D3 10 萬(wàn) IU∕Kg,共注射 3 次。高脂飼料繼續(xù)喂養(yǎng) 12周。CP+AS組:牙周炎建模處理同 CP 組,動(dòng)脈粥樣硬化建模處理同 AS 組。1.4 取材
大鼠處死前 12 h 禁食不禁水,將大鼠麻醉后仰臥位固定于手術(shù)臺(tái)上進(jìn)行取材。1.5 觀察記錄與檢測(cè)
每天觀察大鼠精神狀態(tài),每周更換新鮮飲水。每 2周進(jìn)行 1 次體質(zhì)量的測(cè)量。由同一人使用 Hu-Friedy 牙周探針測(cè)量上頜左、右第二恒磨牙齦溝出血指數(shù)(SBI)(1971,Muhleman 和Son 記分標(biāo)準(zhǔn)記 0~5 分),取平均值。在放大的體視顯微鏡下(×40)對(duì)染色后的上頜第二磨牙的頰舌側(cè)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的圖像采集。用橡皮泥做兩個(gè)約 3 cm的長(zhǎng)條,將頜平面與長(zhǎng)條垂直,牙齒長(zhǎng)軸與相機(jī)垂直。長(zhǎng)條上有固定參考點(diǎn)來(lái)保證照片的標(biāo)準(zhǔn)化。Image-Pro Plus6.0 軟件分析頰腭側(cè)由釉牙骨質(zhì)界(CEJ)、近遠(yuǎn)中軸線角、牙槽嵴頂所圍成的多邊形面積,比較面積的大小從而推測(cè)骨吸收的多少。頰舌側(cè)面積之和記為該鼠的骨喪失量。將 4% 的多聚甲醛固定的動(dòng)脈組織進(jìn)行脫水石蠟包埋切片,常規(guī)蘇木精-伊紅(HE)染色后光學(xué)顯微鏡下觀察,評(píng)估頸動(dòng)脈病變情況。1.6 酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(ELISA)檢測(cè)血清中 MIF及 ICAM-1 的表達(dá)
從-80 ℃超低溫冰箱中取出血清樣本,在室溫解凍半小時(shí)以上,檢測(cè)前根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果稀釋 ,用 ELISA 試劑盒測(cè)定標(biāo)本中 MIF 及ICAM-1 含量。1.7 免疫組化檢測(cè)動(dòng)脈組織中 MIF 及 ICAM-1 的表達(dá)
石蠟切片脫蠟,浸泡于 3% 過(guò)氧化氫中,洗滌后,MIF 抗體或者 ICAM-1 抗體(1∶200)4 ℃孵育過(guò)夜,磷酸緩沖鹽溶液(PBS)洗,37 ℃ 30 min,PBS 沖洗,DAB 顯色,復(fù)染,封片;與抗體相結(jié)合的區(qū)域出現(xiàn)棕黃色的改變,細(xì)胞質(zhì)中的棕黃色程度越高,代表陽(yáng)性反應(yīng)越強(qiáng) 。 通過(guò)圖像分析軟件 Image-pro Plus 6.0 對(duì)動(dòng)脈組織中 MIF 和 ICAM-1 陽(yáng)性區(qū)域進(jìn)行半定量分析:在高倍鏡下(×200),每張切片隨機(jī)選取 3 個(gè)不同視野,對(duì)血管組織中 MIF 和 ICAM-1 染色陽(yáng)性部位的透光強(qiáng)度進(jìn)行分析,結(jié)果用平均吸光度表示,將 3 個(gè)視野的平均值作為此片 MIF 和 ICAM-1含量的最終數(shù)據(jù)。2.1 牙槽骨吸收水平分析
體視顯微鏡圖示(圖1),IPP 圖像分析軟件顯示:NC 組牙槽骨吸收面積為(5.11±0.99)mm,CP 組 為(9.46±3.07)mm,AS 組為(5.50±0.74)mm,CP+AS 組 為(9.58±3.53)mm。CP 組及 CP+AS 組牙槽骨吸收面積高于其他兩組(P
<0.05)。結(jié)合 SBI 數(shù)據(jù)結(jié)果,可認(rèn)為本實(shí)驗(yàn) CP 組及CP+AS 組成功建立起牙周炎動(dòng)物模型。2.2 血脂的檢測(cè)分析
血脂檢測(cè)結(jié)果顯示 AS 組、CP+AS 組三酰甘油、總肝固醇、LDL 均較 NC 組、CP組升高(P
<0.05),其中 AS 組升高最為明顯,其次為CP+AS 組;AS、CP+AS 組 HDL 較 NC、CP 組降低(P
<0.05),見(jiàn)表1。表1 各組大鼠血清血脂水平比較∕(mmol∕L
2.3 頸動(dòng)脈組織病理組織學(xué)檢查結(jié)果
病理組織學(xué)檢查顯示:NC 組可見(jiàn)內(nèi)膜、中膜和外膜分界清楚,管腔面由單層血管內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋,細(xì)胞完整,中膜主要可見(jiàn)排列整齊平滑肌細(xì)胞。CP 組與 NC 組病理表現(xiàn)相似,但中膜平滑肌細(xì)胞增生,動(dòng)脈壁略增厚,有極少量炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。AS 組、CP+AS 組管壁內(nèi)皮細(xì)胞脫落,內(nèi)膜增厚,突出的斑塊內(nèi)含有壞死物質(zhì),炎性細(xì)胞浸潤(rùn)以及少量的泡沫細(xì)胞,平滑肌細(xì)胞減少,排列紊亂,嗜堿性增強(qiáng),中膜明顯萎縮,可見(jiàn)小血管管腔。結(jié)合血脂數(shù)據(jù)結(jié)果可認(rèn)為本實(shí)驗(yàn) AS 組及 CP+AS 成功建立了大鼠動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)物模型,見(jiàn)圖2。2.4 血清 MIF 及 ICAM-1 表達(dá)水平分析
2.4.1 血清 MIF 表達(dá)水平分析 血清 MIF 表達(dá)水平四組間比較:NC 組(42.93±2.63)μg∕L、CP 組(45.57±2.59)μg∕L、AS 組(50.88±4.20)μg∕L 及 CP+AS 組(59.40±3.92)μg∕L(F
=36.723,P
=0.011)。 AS 組 及CP+AS 組血清 MIF 水平高于 CP 組及NC組(P
<0.05),其中 CP+AS 組最高(P
<0.05);CP 組 與 NC 組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P
>0.05)。2.4.2 血清 ICAM-1 表達(dá)水平分析血清 ICAM-1表達(dá)水平四組間比較:NC 組(1.33±0.25)μg∕L、CP 組(3.99±0.44)μg∕L、AS 組(4.19±0.89)μg∕L 及 CP+AS 組(6.77±1.47)μg∕L(F
=33.821,P
=0.002)。CP+AS 組高于其他三組(P
<0.05),AS 組與 CP 組高于 NC 組(P
<0.05),AS 組與 CP 組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P
>0.05)。2.5 動(dòng)脈組織中 MIF 與 ICAM-1 表達(dá)水平分析
2.5.1 動(dòng)脈組織中 MIF 表達(dá)水平分析 免疫組織化學(xué)染色顯示,MIF 在動(dòng)脈組織全層中均呈陽(yáng)性表達(dá),且 分 布面積 較廣(圖3A~3D)。四組 間比較 :NC 組MIF 吸 光 度 為(0.096±0.010),CP 組 為(0.010±0.011),AS 組為(0.127±0.011),CP+AS 組為(0.152±0.022)(F
=48.271,P
<0.001)。CP+AS 組 MIF 水平高于其他三組(P
<0.05),AS 組 MIF 水平高于 CP 組及NC 組(P
<0.05),CP 組與 NC 組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P
>0.05)。圖1 體視顯微鏡觀察各組大鼠牙槽骨破壞情況(×40):A為NC組第二磨牙未見(jiàn)明顯骨破壞;B為CP組第二磨牙牙槽骨吸收至牙根1/3~1/2;C為AS組第二磨牙未見(jiàn)明顯骨破壞;D為CP+AS組第二磨牙牙槽骨吸收至牙根根尖1/3,根分叉區(qū)骨破壞 圖2 各組大鼠動(dòng)脈組織的病理圖(HE染色×100):A為NC組血管壁內(nèi)膜、中膜及外膜界限明顯,未見(jiàn)明顯異常;B為CP組血管壁內(nèi)膜、中膜及外膜界限明顯,箭頭示血管壁略增厚;C為AS組內(nèi)膜明顯增厚,炎細(xì)胞浸潤(rùn),彈力纖維排列紊亂、斷裂,黑色箭頭示斑塊內(nèi)壞死物,灰色箭頭示該區(qū)域嗜堿性增強(qiáng);D為CP+AS組內(nèi)膜明顯增厚,炎細(xì)胞浸潤(rùn),彈力纖維排列紊亂、斷裂,黑色箭頭示中性粒細(xì)胞浸潤(rùn),灰色箭頭示小血管管腔形成 圖3 各組大鼠頸動(dòng)脈組織中巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF)和細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)的表達(dá)(免疫組織化學(xué)染色×200):A~D分別為NC組、CP組、AS組及CP+AS組MIF的表達(dá)水平;E~H分別為NC組、CP組、AS組及CP+AS組ICAM-1的表達(dá)水平
2.5.2 動(dòng)脈組織中 ICAM-1 表達(dá)水平分析 免疫組織化學(xué)染色顯示,ICAM-1 在動(dòng)脈組織全層中均呈弱陽(yáng)性表達(dá)(圖3E~3H),四組實(shí)驗(yàn)大鼠組間比較:動(dòng)脈組織中 NC 組 ICAM-1 吸光度為(0.133±0.012),CP組為(0.156±0.006),AS 組 為(0.182±0.025),CP+AS組 為(0.197±0.033)(F
=42.283,P
<0.001)。 AS 組 、CP+AS 組 ICAM-1 水平高于 NC 組及 CP 組(P
<0.05),CP 組與 NC 組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P
>0.05)。頸動(dòng)脈內(nèi)膜中層厚度被認(rèn)為是早期動(dòng)脈粥樣硬化的標(biāo)志物 ,也是心血管結(jié)局的良好預(yù)測(cè)指標(biāo)。因基因敲除小鼠較昂貴,飼養(yǎng)條件較嚴(yán)格,且口腔操作空間較大鼠更困難,所以在本實(shí)驗(yàn)中還是選取大鼠來(lái)建立動(dòng)物模型。本實(shí)驗(yàn)另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)即球囊損傷術(shù)建立 AS 模型,對(duì)血管內(nèi)皮進(jìn)行機(jī)械損傷,加速病變的形成。病理結(jié)果顯示雖未出現(xiàn)鈣化斑塊的形成,但近似于人類(lèi) AS 病變的中期即纖維斑塊期。
三酰甘油 ,總肝固醇 ,高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)是高脂血癥診斷和心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)的主要測(cè)量指標(biāo)。其中三酰甘油,總肝固醇,LDL-C 升高與 AS 發(fā)病呈正相關(guān),HDL-C 有抗 AS 的作用。LDL 水平的升高受到最多關(guān)注,在幾乎所有降脂試驗(yàn)中,LDL-C 水平已被用作治療或干預(yù)的主要目標(biāo)。在本實(shí)驗(yàn)中血脂檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn) CP 組、CP+AS 組血清三酰甘油、總肝固醇 、LDL 水 平 較 NC 組、CP 組明顯升高(P
<0.05),AS 組、CP+AS 組血清 HDL 水平較 NC 組、CP組明顯低(P
<0.05)。大鼠的高脂血癥形成。高血脂是建立 AS 模型的重要條件之一。研究表明 MIF 在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。有研究顯示急性心梗病人的血漿中 MIF 水平要高于健康對(duì)照組。MIF 在人類(lèi)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成中的各個(gè)階段由動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)細(xì)胞(如平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、單核細(xì)胞和T 細(xì)胞)大量表達(dá)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示在正常情況下血管內(nèi)皮細(xì)胞(VEC)中的 MIF 的 mRNA 表達(dá)呈弱陽(yáng)性,不能觀察到 MIF 蛋白表達(dá),而在 AS 斑塊處MIF 表達(dá)顯著增高。研究表明,導(dǎo)致 AS 發(fā)生的因素(如氧化 LDL 和凝血酶)以時(shí)間和濃度依賴(lài)的方式上調(diào) MIF 表達(dá)。本實(shí)驗(yàn)的研究顯示 AS 組以及 CP+AS 組中血清及動(dòng)脈組織中 MIF 表達(dá)水平較NC 組以及 CP 組較高(P
<0.05),與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。MIF 在牙周炎領(lǐng)域的研究目前較少,有研究表明在人類(lèi)的齦溝液中可以檢測(cè)出 MIF 的表達(dá),在有深牙周袋的牙周組織中 MIF 表達(dá)水平升高,而在 Lira-Junior 等的研究發(fā)現(xiàn) MIF 在正常組和牙齦炎組以及侵襲性牙周炎組的血清和唾液中的表達(dá)沒(méi)有明顯差別。在本實(shí)驗(yàn)中 NC 組以及 CP 組 MIF在血清及動(dòng)脈組織中表達(dá)水平差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,因此 MIF 在 CP 中的確切作用需要更多研究來(lái)證實(shí)。在 CP 組、AS 組、CP+AS 組 MIF 的血清及動(dòng)脈組織中表達(dá)水平依次升高,提示我們慢性牙周炎局部感染可能可以使血清 MIF 水平升高,從而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。ICAM-1 是一種重要的表面黏附分子,在動(dòng)脈粥樣硬化形成的各個(gè)階段都有很重要的作用,已成為動(dòng)脈粥樣硬化形成的重要組成部分 。 可溶性的ICAM-1 存在于健康者及牙周炎病人的齦溝液中,在 ICAM-1 對(duì)結(jié)合上皮細(xì)胞的特異性輔助下,多形核白細(xì)胞可以進(jìn)入牙齦和牙周袋,起到殺菌的作用,具有強(qiáng)效的免疫調(diào)節(jié)和抗炎特性,ICAM-1 水平與牙周炎癥程度呈正相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:在血清 中 CP 組、AS 組及 CP+AS 組 ICAM-1 的表 達(dá) 水平均高于 NC 組,其中 CP+AS 組表達(dá)水平最高,可以推測(cè)慢性牙周炎的存在可能可以使血清中 ICAM-1 表達(dá)量升高,從而影響動(dòng)脈粥樣硬化的形成;動(dòng)脈組織中 AS 組及 CP+AS 組 ICAM-1 的表達(dá)水平高于 NC組及 CP 組,CP+AS 組 ICAM-1 的表達(dá)水平略高于 AS組,但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義??梢酝茰y(cè)慢性牙周炎的存在可能并沒(méi)有使動(dòng)脈組織中 ICAM-1 表達(dá)升高。
MIF 可以干擾黏附分子和細(xì)胞因子的表達(dá),將MIF 的 RNA 沉默可降低 E-選擇蛋白、ICAM-1、血管細(xì)胞黏附分子 1、白細(xì)胞介素-8 和趨化因子 2 的表達(dá)。既往已有細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明牙齦卟啉單胞菌感染血管內(nèi)皮細(xì)胞時(shí)可以誘導(dǎo) MIF 及 ICAM-1 的分泌增多。 利用MIF 拮抗劑 ISO-1 中 和 MIF 后 ,ICAM-1 的表達(dá)受到明顯抑制;加入外源性 MIF 恢復(fù)其功能后 ICAM-1 表達(dá)量升高,說(shuō)明牙齦卟啉單胞菌感染血管內(nèi)皮細(xì)胞上調(diào) ICAM-1 的表達(dá)有一定的MIF 依賴(lài)性。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出在 CP 促進(jìn) AS的進(jìn)程中 MIF 和 ICAM-1 可能起到一定的調(diào)節(jié)作用,但兩者在動(dòng)脈粥樣硬化形成過(guò)程中的相互作用在本實(shí)驗(yàn)中尚未證明,還需要其他實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)。比如利用 MIF 基因敲除的大鼠或其他體型較大的動(dòng)物建立牙周炎和動(dòng)脈粥樣硬化的復(fù)合模型檢測(cè) ICAM-1的表達(dá)情況,從而探究?jī)烧咧g的關(guān)系。本課題組可考慮后續(xù)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。
綜上所述,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)建立牙周炎合并動(dòng)脈粥樣硬化的動(dòng)物模型,檢測(cè)了 MIF 及 ICAM-1 在蛋白水平的表達(dá),為牙周炎和動(dòng)脈粥樣硬化之間關(guān)系提供了一定的理論基礎(chǔ)。提示我們?cè)谂R床工作中遇到伴有慢性牙周炎的心血管疾病病人時(shí),應(yīng)進(jìn)行早期的診斷和積極的牙周治療。完善的牙周治療可以轉(zhuǎn)化為炎性介質(zhì)領(lǐng)域和脂質(zhì)特征的標(biāo)志物的改善,從而使心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)降低。
(本文圖1~3 見(jiàn)封三)