中性粒细胞与牙周炎关系的研究进展
2025-07-16 来源:口腔医学

作者:王雪奎,孙瑶,同济大学附属口腔医院种植科

 

牙周炎是一种发生在牙齿周围支持组织的慢性炎症性疾病,2017年我国第4次口腔健康流调显示成年人牙周健康率不足10%。目前牙周炎的治疗仍以机械清除菌斑为主,干预周期长,患者依从性较差等限制了治疗效果。牙周炎的发生发展由细菌-环境-宿主的互相作用决定,因此单纯以抗菌为目标的治疗并不总是有效。炎症细胞、生活方式、基因易感性等宿主因素逐渐成为牙周炎治疗方案中新的考量因素,调节宿主免疫在治疗感染性炎症上已展现出良好的应用前景。因此宿主层面的干预有望优化牙周炎的防治策略。

 

中性粒细胞对于牙周健康十分必要。研究表明中性粒细胞数目过多或过少、其功能紊乱均可影响牙周炎症。一方面,中性粒细胞深度参与牙周炎进程,如纤溶酶原等基因突变可导致牙周组织局部中性粒细胞持续激活,释放大量活性氧(reactive oxygen species, ROS)破坏牙周组织。另一方面,慢性炎症造成骨髓造血干细胞改变,新分化生成的中性粒细胞活性增强,带来的组织破坏进一步加重牙周炎的迁延不愈。同时动物实验表明清除中性粒细胞后牙周炎症显著缓解。

 

以上证据表明中性粒细胞是参与牙周炎病理进展的关键细胞之一。中性粒细胞在牙周组织稳态、防御杀菌及组织破坏中的作用及机制已多有阐述。本文以牙周炎背景下中性粒细胞生物学改变及干预手段的研究进展为重点作一综述,以期为牙周炎的治疗体系开发提供较新的研究视角。

 

1. 中性粒细胞对牙周炎的影响及机制

 

1.1 遗传学证据支持中性粒细胞基因突变与牙周炎相关

 

中性粒细胞的多种基因突变均伴随牙周炎的出现,该类牙周炎往往是由于中性粒细胞的数量和/或功能缺陷,无法控制牙周细菌感染所致。如慢性肉芽肿病(chronic granulomatous disease, CGD)是由编码烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)氧化酶关键成分的基因突变导致的一种罕见病,相应的中性粒细胞无法形成胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps, NETs),呼吸爆发功能不足,杀灭病菌能力受限。虽然牙周组织局部中性粒细胞数量并无显著改变,但机体仍出现反复的细菌、真菌感染,在口腔表现为牙周炎和念珠菌病。以上研究提示中性粒细胞正常功能行使对牙周健康的重要性。

 

1.2 中性粒细胞加重牙周组织破坏的机制

 

1.2.1 中性粒细胞数量在牙周炎症组织中占据优势地位

 

典型的牙周炎患者其血液和牙周组织内中性粒细胞数量通常升高。根据Page和Schroeder的经典牙周炎进展理论,牙周炎的发展分为初期、早期、确立期和晚期,该过程中性粒细胞逐渐浸润牙周袋上皮组织并占据优势地位。利用单细胞转录组测序分析人健康和牙周炎牙龈组织,发现固有免疫细胞群中主要是中性粒细胞增加,表明中性粒细胞始终伴随牙周炎病理改变并可能发挥重要作用。

 

1.2.2 牙周炎状态下中性粒细胞活性增强

 

牙周炎时中性粒细胞可能过度激活,正是这种过度激活加重了牙周炎症。利用高通量流式细胞术分析健康及慢性牙周炎患者牙龈组织中性粒细胞的CD分子组成变化时发现,牙周炎中性粒细胞存在不同亚型,如高表达CD63/66/10/64/55/11b的促炎型中性粒细胞,其ROS和NETs释放均增加。

 

与对照组的中性粒细胞相比,取自牙周炎患者外周血的中性粒细胞在Fc-γ受体激活后产生的ROS增加,细菌刺激时分泌更多IL-1β、IL-8、IL-6等炎症因子。值得注意的是,临床炎症消退后,中性粒细胞的ROS水平并无下降,即使在牙齿拔除、牙周致病菌消失后,口腔中性粒细胞仍维持高反应性,提示过度激活可能是牙周炎中性粒细胞的固有特点。另一方面,在牙周组织局部因纤溶酶原缺乏导致血管外纤维蛋白大量沉积,并通过αMβ2整合素持续激活中性粒细胞,表明这种高活性也有基质微环境的贡献。

 

中性粒细胞在牙周炎状态下过度激活的机制仍不清楚。磨牙结扎21 d后的牙周炎小鼠骨髓造血干细胞的代谢活性及表观遗传显著改变,髓系分化增加,淋系分化减少,“固有免疫反应”、“中性粒细胞介导的免疫”等基因通路高度富集。

 

体外利用脂多糖(lipopolysacchar-ide, LPS)二次刺激牙周炎小鼠的造血干细胞后,中性粒细胞分化比例升高且ROS释放增加,表明牙周慢性炎症可在骨髓水平调控中性粒细胞的生成和活性。中性粒细胞经骨髓释放进入外周血后,血中的内毒素存在可使中性粒细胞向促炎表型转变,并通过组蛋白4的乙酰化修饰增加NETs形成,推测牙周炎患者的中性粒细胞可能发生类似改变,获得持续高活性并破坏牙周稳态。

 

1.2.3 中性粒细胞通过多种途径破坏牙周组织

 

中性粒细胞可直接导致牙周组织损伤,其破坏作用来自多个层面。利用Ly6G抗体直接清除中性粒细胞可有效抑制小鼠牙周炎进展。中性粒细胞颗粒中富含的蛋白酶可直接降解细胞外基质,如基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)8和MMP14可削弱细胞间连接,且在牙周炎龈沟液中明显升高。

 

此外,中性粒细胞还可通过大量产生NETs加重牙周损伤,NETs由DNA、组蛋白和MPO组成,组蛋白和MPO对牙龈上皮细胞有明显毒性。NETs形成过多或清除障碍与牙周炎存在因果关系,连续3次腹腔注射1 000 U的DNaseⅠ破坏NETs形成,可有效减少35%的牙槽骨吸收。

 

中性粒细胞与其他细胞的相互作用同样促进牙周炎的进展。中性粒细胞可近距离接触骨组织通过膜结合型核因子κ-β配体受体激活剂(receptor activator of nuclear factor kappa-Β ligand, RANKL)激活破骨细胞,引起牙槽骨吸收。此外,中性粒细胞通过释放NETs和趋化因子CCL2、CCL20等招募Th17细胞至牙周局部,并通过IL17间接发挥组织破坏作用。

 

中性粒细胞也可为牙周致病菌提供助力。如伴放线聚集杆菌可利用中性粒细胞嗜天青颗粒中含有的活性肾上腺素作为营养物质,并通过中性粒细胞的弹性蛋白酶破坏口腔上皮屏障,入侵牙周组织;腹腔给予小鼠弹性蛋白酶抑制剂sivelestat(50 mg/kg, 3次)可减轻40%牙槽骨吸收。

 

牙龈卟啉单胞菌通过降解中性粒细胞髓细胞分化初级反应88蛋白(myeloid differentiation primary response 88,MyD88)抑制防御性的TLR2-MyD88通路,阻止中性粒细胞吞噬其他细菌,造成局部菌群紊乱,炎症水平增加,提供营养使牙龈卟啉单胞菌大量增殖。

 

2. 以中性粒细胞为靶点的牙周炎治疗策略

 

针对伴有遗传疾病的牙周炎患者,临床干预主要以增加中性粒细胞数量,增强其杀菌能力为治疗目标,如中性粒细胞缺少症患者在高质量的口腔卫生维护下配合注射重组人G-CSF可一定程度恢复中性粒细胞的数量,平均探诊深度、附着水平等临床指标均有所改善。

 

在中性粒细胞的产生、趋化、黏附及颗粒释放等多个阶段干预是潜在的治疗策略,目前均取得不同程度的治疗效果。如在趋化阶段,中性粒细胞通过补体3a受体(complement 3a receptor, C3aR)感知补体C3响应炎症或损伤刺激,牙龈局部应用C3抑制剂AMY-101治疗牙周炎可减少MMP8分泌、缓解探诊出血,抑制牙槽骨吸收,该抑制剂目前已完成临床二期试验(NCT03694444)。

 

在中性粒细胞黏附阶段,细胞外基质蛋白发育性内皮位点1(developmental endothelial locus-1,DEL-1)与内皮细胞表面的细胞间黏附分子1(intercellular adhesion molecule 1,ICAM-1)竞争性结合中性粒细胞β2亚基淋巴细胞功能相关性抗原1(lymphocyte function-associated antigen 1,LFA-1,CD11a/CD18),有效抑制中性粒细胞跨血管迁移,给予外源性DEL-1可改善牙周炎症诱导的骨丢失。

 

在NETs形成环节,肽酰基精氨酸脱亚胺酶4(protein-arginine deiminase type-4,PADI 4)抑制剂同样可改善中性粒细胞介导的慢性炎症。据报道,临床上常用的宿主免疫调节药物多西环素也可有效抑制中性粒细胞基质金属蛋白酶的释放,减少临床探诊深度和附着丧失。

 

然而,单纯抑制甚至清除中性粒细胞存在增加细菌感染等并发症的风险。利用小分子药物恢复中性粒细胞功能稳态更具有应用前景,如4-苯基丁酸(4-phenylbutyrate, 4-PBA)可减少过氧化物酶体与溶酶体的融合,增加稳态相关因子表达,经过4-PBA处理后的中性粒细胞输注给小鼠可减少动脉粥样硬化斑块的形成,推测类似处理后的中性粒细胞可能改善牙周炎症。

 

即使靶向中性粒细胞治疗牙周炎有较多的研究证据,临床应用仍面临诸多挑战。一方面牙周炎症病理改变并不一致,即使细菌丰度类似,人体牙龈组织炎症反应不一,如中性粒细胞高反应性与宿主Fc-γ-Ⅱa受体的基因多样性有关,干预中性粒细胞后宿主反应并不相同;另一方面伴发系统性疾病时,中性粒细胞的改变不同于单纯牙周炎,如糖尿病可加重牙周骨丢失,但患者牙周组织局部中性粒细胞数量减少,注射腺病毒过表达趋化因子CXCL1,恢复中性粒细胞数量后可减少牙槽骨吸收。因此从临床应用角度看,评估外周血和牙龈组织中性粒细胞生物学的关联性,进一步筛选中性粒细胞数量或活性异常的牙周炎患者,鉴定牙周局部主要的中性粒细胞功能亚群,针对性地调控中性粒细胞数量并恢复功能稳态可能是未来牙周炎免疫治疗的新方向。

 

3. 总结及展望

 

临床观察及遗传学证据均表明中性粒细胞在牙周炎进展中的重要作用,其数目或活性的改变均不利于牙周组织稳态的维持,因此在治疗策略设计上不能单纯清除中性粒细胞或抑制其活性。随着高通量多组学测序技术的发展完善,筛选关键的牙周炎特异的中性粒细胞亚型并靶向抑制有望为牙周炎的治疗提供免疫干预手段。更重要的是,长期的牙周慢性炎症造成骨髓及中性粒细胞持续的功能异常可能影响其他系统疾病易感性。因此,恢复牙周炎状态下中性粒细胞的活性稳态还可能对减轻全身炎症负担,改善机体健康有所帮助。

 

来源:王雪奎,孙瑶.中性粒细胞与牙周炎关系的研究进展[J].口腔医学,2024,44(04):292-296.


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