咬合創(chuàng)傷在牙周炎發(fā)生發(fā)展中的作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

劉體倩 梁星 劉蔚晴 李曉虹 朱睿

口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院修復(fù)科 成都 610041

牙周炎是一種以菌斑生物膜為始動因子，以牙周支持組織破壞為特征的慢性炎癥性疾病,可導(dǎo)致牙槽骨吸收、牙齒松動甚至脫落，嚴(yán)重影響患者的身心健康，是成人失牙的首要原因[1]。

適宜的咬合力可以促進(jìn)牙槽骨組織的再生和改建[2-3]。低咬合功能狀態(tài)下的牙槽骨骨密度降低，骨質(zhì)結(jié)構(gòu)變得疏松；牙周膜寬度縮窄且牙周膜纖維排列變得紊亂[4]。然而，超出牙周組織和牙齒適應(yīng)能力的力量，即創(chuàng)傷性咬合力，舊稱過度咬合力，能夠打破生理性咬合力刺激下成骨—破骨細(xì)胞的骨穩(wěn)態(tài)，可導(dǎo)致一系列的病變[5]。2017年，牙周病和種植體周病國際研討會首次就牙周健康的定義達(dá)成共識，并指出創(chuàng)傷性咬合力是影響牙周健康的因素之一。Fan等[6]將該會議的共識進(jìn)一步綜述總結(jié)為：單純咬合創(chuàng)傷不會引起牙周炎或附著喪失，咬合創(chuàng)傷只有和牙菌斑同時存在時，才能促進(jìn)牙周炎的發(fā)生發(fā)展。

本文將從炎癥促進(jìn)、成骨抑制和破骨激活的3個方面，將炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷在牙周炎發(fā)生發(fā)展中的作用的研究進(jìn)行綜述。

1 炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷的炎癥促進(jìn)作用

1.1 牙周組織的炎癥反應(yīng)

牙周組織始終暴露在口腔微生物群和其他物理刺激下。生理狀態(tài)下，局部免疫反應(yīng)和微生物群之間處于動態(tài)平衡狀態(tài)。但當(dāng)全身免疫低下或口腔局部環(huán)境發(fā)生改變時，牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.gingivalis） 等 核 心微生物群開始定植，損傷宿主的防御反應(yīng)，使口腔微生物群的種類及其數(shù)量發(fā)生改變[7-8]?？谇痪号c宿主間的平衡被打破，引起免疫失調(diào)，失衡的微生物由原來的共生狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹虏顟B(tài)，從而誘導(dǎo)牙周組織的炎癥[9]。P.gingivalis等誘導(dǎo)牙周炎的核心微生物群過度激活免疫反應(yīng)，釋放大量的免疫細(xì)胞，產(chǎn)生白細(xì)胞介素（interleukin，IL）如IL-6、IL-8、IL-1β、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF）-α、巨噬細(xì)胞集落刺激因子（ma-crophage-colony stimulating factor，M-CSF）、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）等一系列促炎因子，能抑制成骨細(xì)胞的活性，刺激破骨細(xì)胞的生成，加重牙槽嵴的吸收，促進(jìn)牙周組織炎癥的發(fā)生發(fā)展[10-11]。

1.2 炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷加重牙周組織炎癥

臨床研究發(fā)現(xiàn)，伴咬合創(chuàng)傷的牙周組織炎癥水平顯著高于單純的牙周炎者。祁海龍等[12]對104名慢性牙周炎患者的齦溝液進(jìn)行檢驗(yàn)的結(jié)果表明：伴咬合創(chuàng)傷的慢性牙周炎患者的齦溝液炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6、骨吸收指標(biāo)Ⅰ型膠原交聯(lián)C端肽（ciguatoxin-1，CTX-1）和總Ⅰ型前膠原氨基末端肽（total procollagen type 1 amino-terminal propeptide，tPINP）的表達(dá)水平均高于不伴咬合創(chuàng)傷的慢性牙周炎患者。

Zhou等[13]檢查未經(jīng)治療的慢性牙周炎患者的807顆患牙發(fā)現(xiàn)，合并高咬合力的患牙的牙周組織表現(xiàn)為更深的探診深度，更高頻的探診出血指數(shù)，以及更明顯的牙周膜間隙增寬，提示咬合創(chuàng)傷可進(jìn)一步加重牙周組織的破壞。Iwata等[14]的研究表明：錯畸形所導(dǎo)致的咬合創(chuàng)傷可加重牙周附著喪失，進(jìn)一步加深骨下袋的形成，從而加重牙周炎的發(fā)生發(fā)展。Inchingolo等[15]對伴有咬合創(chuàng)傷的牙周炎患者進(jìn)行牙周夾板治療，結(jié)果表明：咬合調(diào)整可改變齦下菌斑生物膜的組成，減少牙周探診的深度，改善牙周出血，同時經(jīng)治療后，重度牙周炎患者的牙周溢膿減少。

動物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也表明，炎癥狀態(tài)下的咬合創(chuàng)傷可通過促進(jìn)炎癥因子表達(dá)進(jìn)一步加重牙周炎的發(fā)生發(fā)展。Yoshinaga等[16]通過局部應(yīng)用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）構(gòu)建大鼠牙周炎模型的研究結(jié)果表明：與單純牙周炎比較，牙周炎合并咬合創(chuàng)傷的核因子κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor kappa Beta ligand，RANKL）的表達(dá)明顯上調(diào)，牙槽骨吸收明顯。Nakatsu等[17]的研究也表明，咬合創(chuàng)傷可進(jìn)一步損傷牙周炎小鼠的牙周組織膠原纖維，增加抗原的組織滲透性，導(dǎo)致免疫復(fù)合物形成區(qū)域擴(kuò)大，促進(jìn)局部炎癥反應(yīng)，最終激活破骨細(xì)胞的分化，加重牙槽嵴的吸收。

此外，體外研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，炎癥狀態(tài)下，應(yīng)力通過上調(diào)炎癥因子表達(dá)而進(jìn)一步加重牙周炎的發(fā)生發(fā)展。Jia等[18]用LPS誘導(dǎo)人牙周膜成纖維細(xì)胞（human periodontal ligament fibroblasts，h-PDLFs）炎癥狀態(tài)后對其施加循環(huán)應(yīng)力，結(jié)果顯示與單純的炎癥刺激相比，炎癥刺激伴循環(huán)壓應(yīng)力顯著增加炎癥相關(guān)標(biāo)志物單核細(xì)胞趨化蛋白（monocyte chemotactic protein，MCP） -1、TNF-α、IL-1β、IL-6、RANKL和M-CSF的表達(dá)。El-Awady等[19]收集慢性牙周炎患者的hPDLCs，并對其施加壓應(yīng)力的研究結(jié)果表明，基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）、IL-6和IL-16等21個炎癥相關(guān)基因明顯上調(diào)，提示炎癥狀態(tài)下壓應(yīng)力可顯著上調(diào)炎癥因子的表達(dá)，從而促進(jìn)牙周炎的發(fā)生發(fā)展。R?mer等[20]將壓應(yīng)力和炎癥共刺激下的hPDLCs與單純炎癥刺激的hPDLCs進(jìn)行比較，結(jié)果顯示壓應(yīng)力可顯著上調(diào)C環(huán)氧合酶（cyclo-oxygenase， COX） -2 和 RANKL 的 表 達(dá) 。 COX-2 是PGE2生成的關(guān)鍵酶，能夠促進(jìn)PGE2的生成，從而加重牙槽嵴的吸收。

2 炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷的成骨抑制作用

2.1 炎癥對成骨分化過程的抑制作用

炎癥狀態(tài)下，牙周組織中Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runt-related transcription factor 2，Runx2）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）、骨涎蛋白（bone sialoprotein，BSP）等的成骨關(guān)鍵因子表達(dá)水平和堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性顯著降低，成骨分化受到抑制[21]。

2.2 炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷抑制成骨分化的相關(guān)機(jī)制

炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷抑制成骨分化的相關(guān)機(jī)制主要包括以下4個通路。

2.2.1 IKK-核 因子 κB （nuclear factor kappa B，NF-κB）信號通路 IKK-NF-κB信號通路是經(jīng)典的促炎反應(yīng)信號通路，參與免疫應(yīng)答、癌癥發(fā)生、成骨與破骨吸收多個方面的生理病理過程[22]。

研究[23]表明：對比未加力，MC3T3-E1細(xì)胞在周期性單軸壓應(yīng)力和LPS雙重刺激下，IKK-NF-κB信號通路顯著激活，Runx2、BSP和OCN表達(dá)下降，ALP活性降低，提示成骨分化受到抑制；反之，使用IKK-2抑制劑Ⅵ阻斷NF-κB信號通路可減少炎癥因子的表達(dá)及骨吸收，提示NF-κB 信號通路參與伴咬合創(chuàng)傷牙周炎的免疫應(yīng)答過程。

2.2.2 Wnt 信號通路 Wnt信號通路可分為經(jīng)典的β-連環(huán)蛋白依賴性途徑和非β-連環(huán)蛋白依賴性途徑。經(jīng)典Wnt信號通路在間充質(zhì)干細(xì)胞體外成骨誘導(dǎo)、牙周組織的再生方面起到積極作用[24]。體外研究結(jié)果表明：循環(huán)壓力下β-連環(huán)蛋白下調(diào),Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)被抑制，從而抑制成骨細(xì)胞分化和骨形成[23]。Wnt4是一種非經(jīng)典Wnt信號通路典型的配體，具有抑制NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、破骨細(xì)胞分化和促進(jìn)間充質(zhì)細(xì)胞向成骨分化的作用[25]。Xu等[26]的研究結(jié)果表明：與單純LPS刺激相比，周期循環(huán)壓力和LPS共刺激能夠顯著抑制MC3T3-E1細(xì)胞中Rho相關(guān)卷曲形成蛋白激酶（Rho-associated coiled kinase，ROCK），從而阻斷Wnt4信號通路的激活，使Runx2表達(dá)下降，ALP活性下降，成骨細(xì)胞分化受到抑制，促炎因子RANKL。p-IκBα和P65上調(diào)，提示咬合創(chuàng)傷通過抑制Wnt4信號通路從而加重牙周組織炎癥的發(fā)生發(fā)展。

2.2.3 長鏈非編碼RNA （long-chain non-coding RNA，LncRNA）信號通路 LncRNA信號通路在調(diào)控細(xì)胞周期、分化以及表觀遺傳等生命活動中發(fā)揮重要作用。分化拮抗非蛋白編碼RNA（differentiation antagonizing non-protein coding RNA，Dancr）是近年來新發(fā)現(xiàn)的LncRNA，可抑制骨形成相關(guān)因子Runx2的表達(dá)以及人牙周膜干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[27]。

研究[28]表明：對炎癥狀態(tài)下的MC3T3-E1細(xì)胞施加單軸循環(huán)壓應(yīng)力可抑制Dancr信號通路，使Runx2表達(dá)降低，ALP活性下降，成骨細(xì)胞的活性受到抑制，但促炎因子如p-p65、p-IκBα顯著上升，上調(diào)Dancr可減輕循環(huán)應(yīng)力所加重的炎癥反應(yīng)。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，Dancr參與咬合創(chuàng)傷加重牙周炎發(fā)生發(fā)展的免疫應(yīng)答。然而，由于物種之間基因的差別，小鼠Dancr信號通路可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，而人體內(nèi)Dancr的表達(dá)可抑制成骨分化[29]。因此，Dancr信號通路在人體中參與咬合創(chuàng)傷加重牙周炎炎癥的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.2.4 細(xì)胞癌基因Fos 蛋白 （cellular oncogene fos，c-Fos）信號通路 c-Fos信號通路屬于Fos蛋白家族，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、增殖和分化的作用[30]。Wang等[31]將MC3T3-E1同RAW264.7 （單核巨噬細(xì)胞系）細(xì)胞共培養(yǎng)于含LPS的培養(yǎng)基并施加拉應(yīng)力，結(jié)果表明：其炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β的表達(dá)水平顯著升高，ALP活性呈時間依賴性下降，提示成骨細(xì)胞的分化被抑制；同時，c-fos的表達(dá)隨時間延長呈4~10倍遞增，提示拉應(yīng)力對成骨分化的抑制作用可能與c-Fos的表達(dá)上調(diào)有關(guān)。

3 炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷的破骨激活作用

3.1 炎癥對破骨細(xì)胞生成的促進(jìn)作用

P. gingivalis等誘發(fā)牙周炎的核心微生物激活機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的多種細(xì)胞因子可以激活破骨細(xì)胞，引起骨吸收，從而促進(jìn)牙周炎的發(fā)生發(fā)展。RANKL是破骨細(xì)胞分化的主要調(diào)節(jié)因子，其中IL-6、IL-1β和TNF-α可調(diào)節(jié)RANKL的分泌，促進(jìn)牙周組織炎癥進(jìn)展和破骨吸收。骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG）作為RANKL的內(nèi)源性抑制劑，與RANKL結(jié)合，可阻斷其與RANK 的相互作用，抑制破骨細(xì)胞生成[9,21]。因此，RANKL/OPG比值升高可作為牙周炎進(jìn)展的潛在生物標(biāo)志物[32]。

3.2 炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷激活破骨吸收的相關(guān)機(jī)制

炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷激活破骨吸收的相關(guān)機(jī)制主要包括以下2個通路。

3.2.1 Hippo-Yes相關(guān)蛋白（Yes-associated protein，YAP）信號通路 Hippo-YAP具有調(diào)節(jié)器官大小、組織穩(wěn)態(tài)以及癌癥發(fā)展等功能[33]。YAP是Hippo信號通路中的主要下游效應(yīng)因子，可調(diào)節(jié)成骨和破骨分化以及骨代謝。

Pan等[34]的研究結(jié)果表明：咬合創(chuàng)傷可激活Hippo-YAP 途徑，而且與炎癥共刺激時更加顯著地促進(jìn)牙周組織及成骨細(xì)胞中YAP和IL-6、TNF-α的表達(dá)，加劇牙周組織的炎癥反應(yīng)以及牙槽骨破壞。Wei等[35]的研究結(jié)果顯示：伴有咬合創(chuàng)傷的慢性牙周炎患者的Yes蛋白顯著高于單純慢性牙周炎患者，抑制YAP可阻礙該蛋白與Jun氨基末端激酶（Jun N-terminal kinases，JNK）促炎通路因子的串聯(lián)作用，減輕咬合創(chuàng)傷所加劇的炎癥反應(yīng)和骨吸收。上述研究結(jié)果均提示，Hippo-YAP信號通路參與咬合創(chuàng)傷加重慢性牙周炎的炎癥反應(yīng)及骨吸收。

3.2.2 細(xì)胞焦亡 細(xì)胞焦亡是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種由半胱天冬酶-1（cysteinyl aspartate-specific proteinase-1，caspase-1）所介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡，以細(xì)胞裂解并釋放大量促炎因子，擴(kuò)大炎癥反應(yīng)為主要特征[36]。其中，NOD樣受體蛋白3（NOD-like receptor pyrin domain containing protein 3，NLRP3）是caspase-1的上游因子。研究[36-37]報(bào)道，缺氧環(huán)境下P.gingivalis可通過激活Caspase-1加重牙周組織的炎癥。

Jiang等[38]通過構(gòu)建牙周炎伴咬合創(chuàng)傷的動物模型的研究結(jié)果表明：伴咬合創(chuàng)傷牙周炎的牙槽骨吸收顯著高于單純牙周炎者，其原因是咬合創(chuàng)傷可激活NLRP3/caspase-1/IL-1β信號通路，上調(diào)RANKL/OPG比值，促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成，加重牙周組織的炎癥反應(yīng)，提示細(xì)胞焦亡參與咬合創(chuàng)傷促進(jìn)牙周炎發(fā)展。

4 成骨抑制和破骨激活加重牙周炎發(fā)生發(fā)展機(jī)制之間的關(guān)聯(lián)性

咬合創(chuàng)傷可通過炎癥促進(jìn)、成骨抑制和破骨激活三方面串聯(lián)加重牙周組織的炎癥；同時，這三者之間相互串?dāng)_共同影響牙周炎癥反應(yīng)。如P.gingivalis合并創(chuàng)傷性咬合可激活成骨細(xì)胞中NF-κB信號通路，促進(jìn)β-連環(huán)蛋白的降解，抑制經(jīng)典的Wnt信號通路，阻礙成骨分化和骨形成[23]。循環(huán)壓力在抑制Wnt信號通路后,除直接激活I(lǐng)KK-NF-κB信號通路，還可抑制Wnt4信號通路進(jìn)而間接激活I(lǐng)KK-NF-κB信號通路，抑制成骨相關(guān)因子的表達(dá),阻礙成骨細(xì)胞的分化[26]。咬合創(chuàng)傷可抑制Dancr信號通路并上調(diào)促炎因子p-p65和p-IκBα，同時間接激活NF-κB信號通路[27]。YAP過表達(dá)會加劇NF-κB 途徑所介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[39]。此外，Wnt信號通路與Hippo-YAP信號通路之間也存在相互關(guān)聯(lián)，如抑制間充質(zhì)細(xì)胞中YAP會增強(qiáng)Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和Runx2活性，促進(jìn)成骨細(xì)胞的形成[40-42]。

5 結(jié)束語

牙周炎是全球第六大常見疾病，病變晚期可導(dǎo)致患者牙齒松動和脫落，影響患者的美觀和咀嚼功能。生理狀態(tài)下的咬合力有利于牙周組織之間的改建和重塑，而在炎癥狀態(tài)下咬合創(chuàng)傷可通過炎癥促進(jìn)、成骨抑制和破骨激活從而加重牙周炎的發(fā)生發(fā)展，這三者之間相互串?dāng)_加重牙周組織炎癥：咬合創(chuàng)傷可激活I(lǐng)KK-NF-κB信號通路，抑制Wnt信號通路，減少成骨細(xì)胞的生成；咬合創(chuàng)傷激活Dancr信號通路可促成破骨細(xì)胞的生成；同時，Dancr可促進(jìn)IKK-NF-κB信號表達(dá)相關(guān)的促炎因子生成，抑制成骨細(xì)胞的生成。在咬合創(chuàng)傷的刺激下Hippo-YAP信號被激活后，可促成破骨細(xì)胞的生成，加重牙槽骨的吸收，并通過抑制Wnt信號通路減少成骨細(xì)胞的生成。然而，牙周組織如何感知咬合創(chuàng)傷以及牙周炎協(xié)同咬合創(chuàng)傷可進(jìn)一步促進(jìn)牙槽骨吸收的機(jī)制研究尚未完全明確，仍需進(jìn)一步探討。因此，深入全面地探索咬合創(chuàng)傷在牙周炎發(fā)生發(fā)展中的作用，闡明相關(guān)分子機(jī)制，有望為牙周炎的防治提供新的思路。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。