作者：向丹丹，空军军医大学基础医学院学员队；贺小涛，陈发明，李璇，第四军医大学口腔医院牙周病科

糖尿病和牙周炎均是影响世界大范围人群的慢性疾病，并且糖尿病患者的牙周炎发病率明显升高。糖尿病条件下的高糖微环境会加剧牙周组织的炎症程度，不利于组织的修复，给牙周治疗带来巨大困难。目前随着单细胞测序技术兴起，发现牙周组织中存在多种细胞类型，如上皮细胞、成纤维细胞以及多种免疫细胞，且有研究证实这些细胞在疾病的发生发展以及治疗过程中扮演了重要角色。

如成纤维细胞可招募炎症细胞，调节白细胞的增殖，在牙周炎患者中也观察到更多表达促炎基因的成纤维细胞；内皮细胞可表达与招募中性粒细胞有关的基因来促进炎症反应；巨噬细胞在牙周病变部位中则显现出明显的促炎转录特征。但是关于高糖微环境这一特殊条件下，牙周组织中的细胞是如何参与牙周炎对组织的破坏及其相应的治疗策略仍未阐明。本综述针对牙周组织中的多种细胞提出应对高糖微环境不利影响的措施，希望能对未来高糖微环境下的牙周炎治疗有所帮助。

1.糖尿病与牙周炎的关系

糖尿病是一种因胰岛素分泌不足或细胞对胰岛素不敏感而导致血糖水平升高的代谢疾病，是全球范围内最普遍的慢性疾病之一。2021年全球约有5.29亿糖尿病患者，预计到2050年患者数将跃升到13.1亿。以高血糖为特征的糖尿病，通常会诱发糖尿病肾病、中风、冠心病、视网膜病变等多种并发症。牙周炎是由牙菌斑引起的慢性炎症性疾病，表现为牙周支持组织(牙槽骨、牙骨质和牙周韧带)的不可逆损伤，且随病程不断加重，甚至可能造成牙齿脱落。

除了引发炎症，口腔中的细菌还可通过产生毒素或将代谢产物释放入血液中，导致系统性疾病的发生。流行病学研究表明，牙周炎与多种系统性疾病(如心血管病、呼吸道感染、糖尿病和阿尔茨海默病)之间联系密切。一方面，牙周炎可阻碍糖尿病患者的血糖控制，并加重糖尿病的并发症；另一方面，糖尿病也会影响牙周炎。与非糖尿病患者相比，糖尿病患者的牙周状态更糟糕。

相关研究显示，糖尿病患者的牙周炎患病率为57.9%，而在非糖尿病中仅为15.0%。牙周病治疗的最终目标是控制疾病进程，修复缺损的牙周组织，最终实现牙周组织功能性再生。然而糖尿病条件下的高血糖微环境，增强组织的炎症反应，促进成纤维细胞和成骨细胞的凋亡，限制组织修复，使得糖尿病微环境下的牙周炎治疗面临巨大挑战。

2. 高糖微环境影响牙周炎发生发展的机制

牙周炎的发生发展由口腔微生物与宿主免疫反应之间的相互作用决定。其中，牙龈卟啉单胞菌是引发慢性牙周炎的关键病原体。高糖微环境可以增强由牙龈卟啉单胞菌脂多糖(lipopolysaccharide， LPS)引起的牙周炎症反应。

牙周病变部位中浸润的中性粒细胞与淋巴细胞试图吞噬细菌，受口腔中微生物膜的影响而产生慢性炎症反应，在炎症反应条件下，中性粒细胞和巨噬细胞可通过基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase， MMP)降解韧带纤维影响肉芽组织的形成，并释放白细胞介素(interleukin， IL)-1诱导破骨细胞形成，造成牙槽骨吸收。

T细胞也与牙周炎的发生发展密切相关，其中Th1细胞产生IL-2、γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor， TNF)-β加重炎症，破坏牙槽骨；Th2细胞则产生IL-4、IL-5、IL-6、IL-10等减轻病变；Th17细胞主要产生IL-17A介导M1型巨噬细胞反应以及促进核因子-κB受体活化因子配体(receptor activator for nuclear factor-κB ligand， RANKL)的产生等。在高糖微环境下，上述炎症反应和免疫细胞活性被促进，加强牙周组织的炎症反应和牙周骨流失程度。

高糖微环境除了影响口腔微生物与免疫细胞以外，还可以影响牙周组织中的其他细胞。例如，高糖微环境会破坏人牙龈上皮细胞(human gingival epithelial cell， HGEC)的自噬溶酶体通路，影响组织细胞对口腔微生物的免疫反应，也能减弱牙周膜成纤维(periodontal ligament fibroblast， PDLF)细胞的增殖和迁移能力，并诱导IL-6和IL-23等炎症介质的表达，进而影响牙周纤维组织的重塑。

综上所述，高糖既可加重细菌对牙周组织的刺激和损伤，也可限制机体自身免疫能力和组织修复过程，从而加重牙周病。

3. 高糖微环境对牙周组织细胞的影响及相应治疗策略

3.1 巨噬细胞

3.1.1 高糖微环境对巨噬细胞的影响

巨噬细胞根据其功能和表型特征可分为两种主要的巨噬细胞亚群：经典激活巨噬细胞M1和选择性激活巨噬细胞M2。二者通过调节免疫系统参与牙周炎的疾病进程。M1主要起促炎作用，释放高水平的与牙周组织破坏有关的炎性因子，如TNF-α、IL-1β、IL-6、前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)和MMP-1。其中PGE2是参与牙槽骨吸收最强的刺激因子，介导牙槽骨和牙骨质的各种破坏过程。

LPS诱导巨噬细胞后，与正常组(5.5 mmol/L葡萄糖)相比，高糖组(25 mmol/L葡萄糖)中培养的巨噬细胞分泌更多的PGE2。糖尿病患者的龈沟液中均发现更高水平的PGE2。也有证据表明，高糖微环境能够加剧巨噬细胞的衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype， SASP)刺激炎症介质的分泌。

M2型巨噬细胞主要在牙周组织修复和缓解炎症过程中发挥作用，可产生转化生长因子(transforming growth factor， TGF)-β、IL-4、IL-10和IL-13等抗炎因子，促进组织修复。但高糖微环境会使得巨噬细胞向M1表型极化。葡萄糖刺激巨噬细胞后，其甘露糖受体表达显著降低，诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase， iNOS)显著升高。

也有研究表明，高糖诱导巨噬细胞的极化是通过刺激活性氧(reactive oxygen species， ROS)的过度产生实现的。高糖会使大量的电子供体进入线粒体氧化呼吸链，导致ROS的升高；产生的ROS通过激活核转录因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)信号通路促进巨噬细胞向M1表型极化。

3.1.2 针对巨噬细胞的治疗策略

巨噬细胞在牙周病的发展中发挥着重要作用，因而可研发针对巨噬细胞的生物材料。目前一些水凝胶材料均可通过促进巨噬细胞M2型极化，抑制M1型极化发挥作用。Wu等以甲基丙烯酰明胶为模板，制备出的锂修饰生物玻璃水凝胶，显著增强糖尿病小鼠的股骨再生。

另一种通过L-精氨酸偶联壳聚糖和葡萄糖氧化酶修饰的透明质酸交联制备的水凝胶，在促进血管和组织的生成方面也发挥作用。Dai等依据电信号对巨噬细胞的影响，开发出可模拟电微环境的钛酸钡/聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(BaTiO3/poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene)，BTO/P(VDF-TrFE))铁电纳米复合膜，通过抑制蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)2/干扰素调节因子5(interferon regulatory factor 5，IRF5)信号通路实现高糖微环境下的巨噬细胞向M2型分化。

另外，组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase， HDAC)3已被证实能够促进M1型、抑制M2型巨噬细胞的分化，并且高糖微环境和LPS的诱导能增强巨噬细胞表达HDAC3(约为正常葡萄糖组的2.5倍)。因而也可以将HDAC3作为靶点，利用BG45等HDAC抑制剂下调HDAC3的表达，进而调节巨噬细胞的极化。

3.2 T细胞

3.2.1 高糖微环境对T细胞的影响

T细胞是口腔黏膜中的主要免疫细胞，在Th17细胞分化存在遗传缺陷的小鼠模型中骨丢失更少，表明Th17细胞与牙周炎症和骨质流失有关。Th17细胞分泌的IL-17A是牙周病发病机制中的重要细胞因子。IL-17A不仅可以引发RANKL、MMP、PGE2等生成，导致炎症和牙周骨的丢失，还可以通过产生CXC趋化因子配体(CXC chemokine ligand， CXCL)1、CXCL2和CXCL8等趋化因子，介导中性粒细胞的募集，并与中性粒细胞以及单核细胞协同作用，诱导骨吸收。

在小鼠实验中发现，高糖微环境通过上调T细胞中的线粒体ROS激活TGF-β，从而特异性促进Th17细胞的分化。可见高糖微环境可通过诱导Th17细胞来增强炎症程度，加剧牙槽骨的丢失。除此之外，在糖尿病患者中也观察到IL-12含量的增加，且在IL-12的刺激下，CD4+ T细胞倾向于分化为Th1细胞，继而产生大量的IFN-γ增强牙龈组织炎症程度。

Treg细胞是另一类辅助性T细胞，通过释放IL-10和TGF-β1等细胞因子限制牙周病骨吸收过程中破骨细胞的分化。然而高糖微环境可导致Treg细胞的抑制功能受限，并损害Treg细胞功能的稳定性。

3.2.2 针对T细胞的治疗策略

在牙周病中，Th1、Th17细胞能加剧牙槽骨的丢失，而Th2、Treg细胞则发挥相反的作用。因此，逆转高糖微环境引起的Th1/Th2、Treg/Th17失衡，将有利于牙周再生治疗。以高脂饮食诱导的糖尿病小鼠为实验对象，经醋酸、丙酸和醋酸+丙酸治疗后均能抑制Th1、Th17细胞的分化。

未来或许可在牙周治疗过程中，建议患者服用含有醋酸、丙酸的食物来辅助调节免疫反应。在生物活性材料的应用上，Liu等研发出可释放IL-2、TGF-β和miR-10a的纳米纤维海绵状微球，能募集并诱导幼稚T细胞分化为Treg细胞，改善牙周炎小鼠的骨丢失状况。

此外，由于树突状细胞主要在管理免疫反应中发挥作用，因此研究者们通过靶向树突状细胞介导T细胞的分化，或许能够达到牙周治疗的目的。例如Zhu等制备的基于壳聚糖的可注射热敏水凝胶，通过诱导树突状细胞向耐受性表型转化，进而促进高糖微环境中的幼稚T细胞向Treg细胞分化。

3.3 中性粒细胞

3.3.1 高糖微环境对中性粒细胞的影响

中性粒细胞主要负责牙龈的抗菌防御，其功能与牙周组织的损伤程度密切相关，在中性粒细胞减少和白细胞黏附缺陷的患者中，不可避免地会发生早发性牙周炎。然而过度的中性粒细胞反应也会造成中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular trap， NET)中蛋白酶和组蛋白的过量，从而导致牙龈损伤。

这种损伤无法被口腔上皮细胞所修复，最终造成结缔组织的严重炎症浸润和牙周韧带的损伤。因此，中性粒细胞在牙周病中充当着“双刃剑”的角色。但在糖尿病小鼠和糖尿病患者中，NET的含量均有所增加，并且在体内外高糖的刺激下，NET能促进NOD样受体蛋白3(NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3)炎症小体激活。

另一项实验也表明，糖尿病小鼠内中性粒细胞的大量积累与清除延迟，促进NET形成，加速牙周炎的进展并阻碍炎症消退。此外，高糖条件还能损伤髓过氧化物酶的活性，影响中性粒细胞对病原体的杀伤能力。并且，中性粒细胞在高糖条件下会被不断激活，产生大量以级联形式存在的ROS，导致氧化应激反应的发生。

3.3.2 针对中性粒细胞的治疗策略

已知中性粒细胞过度产生的NET，具有对炎症的促进作用和牙周组织的破坏作用，因此关于如何调节NET的含量可能是针对中性粒细胞的治疗方向。Chu等利用缺氧预处理的小细胞外囊泡，依赖靶向转移miR-17-5p阻断Toll样受体4(toll-like receptor 4，TLR4)/ROS/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase， MAPK)通路，进而抑制糖尿病小鼠创面处NET的形成，减弱成纤维细胞的损伤。

以糖尿病病程早期患者为对象的实验中，二甲双胍限制中性粒细胞蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate， NADPH)氧化酶途径，从而减少NET的生成。同样，在高糖微环境下的动物实验中，二甲双胍抑制小鼠骨髓源性中性粒细胞中NET的生成，并显著促进骨缺损的糖尿病大鼠的骨愈合过程。

综上，二甲双胍能作为一种潜在药物应用于牙周再生治疗。

另外，在一项以查耳酮对中性粒细胞氧化爆发影响的实验中发现，查耳酮1能明显抑制NET的生成，但对于查耳酮是否能在高糖微环境下发挥限制NET产生的功能仍需要相关实验研究。为了避免过度生成的NET对组织细胞的破坏，机体会通过一系列机制清除NET。例如巨噬细胞可以产生脱氧核糖核酸酶(deoxyribonuclease， DNase)来降解NET中的DNA，然而正常浓度条件下的DNase无法完全降解NET，或许可以通过脂质体包装DNase进入中性粒细胞来调节NET的产生，防止其过度生成的组蛋白等物质激活IL-17/Th17反应和破坏牙槽骨。

3.4 干细胞

3.4.1 高糖微环境对干细胞的影响

目前骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cell， BMSC)、牙周膜干细胞(periodontal ligament stem cell， PDLSC)、牙髓干细胞等被证实是实现牙周组织重建的关键。例如，间充质干细胞(mesenchymal stem cell， MSC)释放的细胞外囊泡可经旁分泌途径调节免疫细胞。具体而言，细胞外囊泡通过抑制NF-κB的激活来减弱炎症反应，并诱导巨噬细胞向M2型极化，促进牙周组织再生；此外，细胞外囊泡还可通过携带的生物活性分子，与牙周损伤部位的细胞作用，诱导其成骨分化。

然而在高糖微环境下PDLSC的碱性磷酸酶、Runt相关转录因子2(runt-related transcription factor 2，RUNX2)、骨形态发生蛋白2等表达水平显著下降，干细胞成骨分化潜能受损，其原因为高糖导致细胞内的NADPH与ROS增加。此外，在高糖培养基处理后的PDLSC增殖能力降低，促炎细胞因子IL-6和IL-8的表达增加。

Zhong等发现高糖微环境可通过抑制嘌呤能离子通道型受体7(purinergic ligand-gated ion channel 7 receptor， P2X7R)介导的PDLSC外泌体分泌，限制PDLSC释放miR-129-3p， 进而导致内质网功能障碍，最终减弱干细胞再生潜能。

3.4.2 针对干细胞的治疗策略

以MSC为代表的多种干细胞，是牙周组织再生的种子细胞。高糖微环境通过诱导ROS的过度产生和激活RUNX2的泛素化降解等多种途径，限制PDLSC的增殖、迁移以及成骨分化能力。在新型生物材料领域，Wang等制备出一种热敏水凝胶可实现MSC先被招募到特定部位，进而促进细胞成骨分化的级联过程。

而Liu等发现来自PDLSC的外泌体miR-141-3p可通过激活Kelch样ECH关联蛋白1(kelch like ECH-associated protein 1，Keap1)-核转录因子2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)信号通路抑制高糖诱导PDLSC的过早衰老，恢复PDLSC的增殖、成骨分化潜能。同样，Guo等发现艾塞那肽(exendin-4，Ex-4)可逆转高糖对PDLSC成骨分化能力的抑制作用。Shi等进一步地将装载Ex-4的微球导入糖尿病大鼠体内，促进种植体周围的骨形成。

3.5 上皮细胞与成纤维细胞

3.5.1 高糖对上皮细胞和成纤维细胞的影响

HGEC是牙周组织中抵抗微生物的重要屏障，其功能状态与牙周病的发生发展联系密切。高糖微环境会损害HGEC的稳态，不仅能降低HGEC中细胞间黏附分子的表达，从而破坏牙龈上皮屏障，还会促进HGEC释放更多的炎症因子。有研究证明，高糖微环境促进HGEC的衰老，并通过激活炎症小体来加剧HGEC的炎症反应。

PDLF是构成牙周膜的主要细胞，在合成胶原蛋白与修复受损牙周组织的过程中发挥重要作用。在高糖微环境条件下，PDLF合成胶原蛋白的能力受限，并且增殖与迁移均被抑制。

3.5.2 针对上皮细胞与成纤维细胞的治疗策略

HGEC在高糖微环境下过度产生的ROS，打破了线粒体内部的稳态，使线粒体处于氧化应激状态，从而导致线粒体功能障碍，最终损伤HGEC活性。针对以上特点，利用黄芩素预处理HGEC，再经高糖和LPS培养后发现，ROS的含量显著降低。因此，黄芩素可能是一种治疗高糖微环境条件下牙周炎的药物，其通过抵抗高糖微环境诱导的氧化应激来恢复牙周组织的健康状况。

对于PDLF而言，高糖微环境会减弱其迁移、增殖活性，抑制牙周组织的重塑过程。口腔激光治疗仪则可以通过释放激光促进血管生长和胶原纤维合成，进而促进组织的修复。Er: YAG激光器通过诱导半乳糖凝集素-7的表达增强非高糖微环境条件下PDLF的迁移、增殖活性。受此启发，Er: YAG激光器或许能辅助高糖微环境条件下的牙周治疗，但是其最佳治疗效果的激光能量密度仍需进一步实验确定。

4.总结

糖尿病形成的高糖微环境会通过调节牙周组织中多种细胞(上皮细胞、成纤维细胞、干细胞以及免疫细胞等)功能对牙周炎的发生发展产生显著影响。若高糖微环境控制不当，则会不断加重牙周组织的炎症程度及组织破坏进程。然而迄今为止，临床上仍缺乏针对伴糖尿病牙周炎患者的有效治疗策略。

针对高糖环境影响不同牙周组织细胞的作用机制，未来或可通过使用特定药物、制备新型生物材料、激光治疗等手段调控细胞功能，进而辅助高糖微环境下的牙周治疗。机制方面，未来可通过芯片测序、单细胞测序技术等先进的分子生物学技术手段，阐明高糖微环境影响不同牙周组织细胞的潜在机制，挖掘其中发挥作用的关键分子，为实现血糖控制、炎症消除及促进再生提供新的靶点，也为未来伴糖尿病牙周炎患者提供新的治疗策略。

来源：向丹丹,贺小涛,陈发明等.高糖微环境下的牙周治疗策略[J].口腔生物医学,2024,15(01):43-48.

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