巨噬細胞極化及牙齦卟啉單胞菌對其極化調控的研究進展

于海燕，高愛超，李　娜(綜述)，于維先(審校)

(1．吉林大學口腔醫學院牙發育及頜骨重塑與再生省重點實驗室，長春 130021； 2.吉林大學口腔醫院牙周病科,長春 130021)

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巨噬細胞極化及牙齦卟啉單胞菌對其極化調控的研究進展

于海燕1,2△，高愛超1,2△，李娜1,2△(綜述)，于維先1,2※(審校)

(1．吉林大學口腔醫學院牙發育及頜骨重塑與再生省重點實驗室，長春 130021； 2.吉林大學口腔醫院牙周病科,長春 130021)

摘要：牙齦卟啉單胞菌(Pg)是慢性牙周炎的重要病原菌，其毒力部分來自細菌細胞壁及產物，如脂多糖、菌毛、莢膜多糖和牙齦蛋白酶。這些化學成分在誘導宿主先天和后天的免疫反應中起重要的作用，如誘導巨噬細胞的極化和炎性細胞因子的釋放。極化的巨噬細胞對炎癥的進展、組織的破壞和炎癥的抑制、損傷組織的修復與重建等具有重要作用。該文就巨噬細胞的極化特點以及Pg對巨噬細胞極化的影響進行綜述，為牙周病的防治尋找新的途徑。

關鍵詞：巨噬細胞；極化；牙齦卟啉單胞菌

牙周炎是以牙周結締組織破壞和牙槽骨吸收為特點的慢性炎癥性疾病，牙周炎患者牙周組織被密集的炎性細胞浸潤，其中包括單核巨噬細胞，在微生物及其產物的作用下，單核巨噬細胞通過其分泌的介質在宿主炎癥反應中起重要的調節作用。牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonas gingivalis,Pg)是公認的牙周病重要致病菌[1]，為革蘭陰性厭氧菌。其毒力因子有脂多糖、菌毛、莢膜多糖、牙齦素等，可誘導巨噬細胞表型與功能的活化，從而產生多種炎性介質，引起牙周組織損傷而致牙周炎癥的啟動與發展。現就巨噬細胞極化及Pg對其極化調控的研究進展予以綜述。

1巨噬細胞極化

巨噬細胞是組織固有免疫的重要成員，在生理狀態下，巨噬細胞可通過清理細胞碎片產生營養因子，并通過抑制過度的免疫炎癥反應來維持組織內環境的穩態。在感染和組織損傷狀態下，巨噬細胞可通過殺傷病原菌和分泌細胞因子、趨化因子等發揮宿主免疫防御作用。此時，由于病原菌和細胞因子等在組織內的表達，組織微環境發生變化，具有多能性的巨噬細胞被活化表現出一系列不同的功能特性，根據誘導途徑和表型不同將它們的兩個極端狀態稱為M1和M2型巨噬細胞：通過經典途徑活化的巨噬細胞為M1型巨噬細胞，通過選擇性途徑活化的巨噬細胞為M2型巨噬細胞。

M1型巨噬細胞可由干擾素、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子、脂多糖和其他微生物產物誘導形成[2]，能有效地殺死微生物、分泌炎性細胞因子,但同時有可能引起間接性的組織損傷。M1型巨噬細胞主要表現為白細胞介素(interleukin,IL)12、IL-23的高表達，誘導性一氧化氮合酶的特征性表達[3]。其次，M1效應分子還有腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-1、IL-15、IL-6、活性氧中間體、活性氮中間體。

M2型巨噬細胞可由IL-4/13、IL-10、轉化生長因子β、糖皮質激素和免疫復合物等誘導形成，能抑制炎癥反應，促進組織修復和傷口愈合[4]。 M2型巨噬細胞主要表現為 IL-10的高表達，精氨酸酶1的特征性表達。其次，M2效應分子還有清道夫受體、生長因子、單核細胞趨化蛋白1、Th2趨化因子(CCL18和CCL22)等。

2Pg感染誘導巨噬細胞極化

雖然脂多糖和菌毛一般被認為是Pg的主要致病因子，但是宿主防御系統對于整個細菌的反應可能有別于單一毒力因子，從而啟動一個不同的免疫反應。Zhou等[5]研究表明，Pg菌誘導的小鼠腹膜巨噬細胞產生的細胞因子與單純的脂多糖和菌毛誘導有所不同，這在體內經過進一步實驗得到了類似的結果。體外研究表明，單一毒力因子和完整Pg調節M2效應分子單核細胞趨化蛋白1和M1效應分子IL-6 mRNA的表達是不同的。以下分別對Pg的4種毒力因子對巨噬細胞極化的作用進行綜述。

2.1脂多糖在巨噬細胞極化中的作用脂多糖是革蘭陰性菌外膜的主要成分，是單核巨噬細胞向M1表型極化的強大誘導劑[6]。Hamedi等[7]在體外培養過程中發現，Pg的脂多糖能促進單核細胞釋放多種促炎性因子，其中包括TNF-α，而TNF-α是M1型巨噬細胞極化的主要誘導因子。Pg的脂多糖是人Toll樣受體2(Toll-like receptors 2，TLR2)的激動劑，能抑制宿主的免疫炎癥反應。TLR2的激活通過磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B途徑抑制核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)p65的釋放，從而減少巨噬細胞IL-12的釋放，IL-12的高表達同時也是M1型巨噬細胞的表型特征。相反，Pg的脂多糖也會通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑，激活細胞外信號調節激酶 1/2信號，促進IL-10的釋放，IL-10的高表達又是M2型巨噬細胞的表性特征[8]。Pg的脂質A通過五酰基化異構發揮激動TLR4的功能，五酰基化的脂質A與脂多糖結合蛋白和CD14形成復合物，使巨噬細胞表面的TLR4-髓樣分化蛋白2被激活，進而通過信號轉導及轉錄激活因子1信號途徑啟動巨噬細胞的M1型極化。脂多糖刺激巨噬細胞產生誘導性一氧化氮合酶可被神經調節素受體蛋白1抑制，此作用可能是由于轉錄因子CCAAT增強子結合蛋白β的泛素化激活巨噬細胞的M2表型[9]。Kang等[10]發現，脂多糖誘導的小鼠巨噬細胞分泌一氧化氮、干擾素γ、前列腺素E2和IL-6等可被從肉豆蔻中分離的二芳基壬烷抑制，二芳基壬烷通過抑制NF-κB 抑制蛋白激酶的磷酸化、IκBα的磷酸化與降解、NF-κB的核轉錄來抑制脂多糖誘發的NF-κB的激活。

2.2菌毛在巨噬細胞極化中的作用菌毛為細胞表面存在的比鞭毛更細、更短而直硬的絲狀物，介導細菌對宿主細胞和各種口腔底物、分子的黏附。它們在外周白細胞的趨化、細胞因子的分泌和炎癥相關信號通路的激活中扮演了重要角色。在巨噬細胞吞噬病原體的過程中，Pg的菌毛具有重要意義,并為進一步研究Pg感染和宿主細胞之間的相互作用奠定基礎。Ogawa等[11]研究發現，Pg的菌毛和由菌毛亞基蛋白組成的活性肽ALTTE通過兩種途徑促進IL-6的釋放，一種途徑是通過p38MAPK的磷酸化，活化NF-κB途徑，啟動IL-6基因轉錄，從而促進IL-6 mRNA的表達。另一種途徑為TLR2和CD14分子誘導IL-6的釋放，在此過程中脂多糖結合蛋白可協助Pg菌毛和CD14之間的相互作用。IL- 6在炎癥反應中發揮促炎作用，主要由M1型巨噬細胞分泌，M2型巨噬細胞不分泌。與CD14激活TLR2途徑不同，趨化因子受體4抑制小鼠巨噬細胞表面的TLR2途徑，Pg的菌毛可誘導趨化因子受體4介導的環腺苷酸依賴的蛋白激酶A活化，進而抑制TLR2引起的NF-κB途徑激活，NF-κB是巨噬細胞向M1表型極化過程中的關鍵分子，NF-κB的活性抑制則介導了巨噬細胞向M2表型的極化[12-13]。研究證實，在炎癥后期，p50 NF-κB二聚體抑制NF-κB驅動的M1巨噬細胞的極化以及干擾素β的表達，并促使巨噬細胞向M2型極化[14]。Hajishengallis等[15]研究表明，Pg的CDE型菌毛結構可與C3補體蛋白受體結合，激活細胞外信號調節激酶1/2，促進IL-10 mRNA的表達，抑制IL-12 mRNA的表達，IL-10和IL-12均為M1型巨噬細胞的表面標志物。

2.3莢膜多糖在巨噬細胞極化中的作用莢膜多糖又稱K抗原，是Pg的一個重要致病因子，可刺激巨噬細胞分泌多種炎性介質，也可在一定程度上抑制巨噬細胞的免疫炎癥反應。Pg的莢膜多糖具有K1~K6六個血清型。Yamaguchi等[16]在小鼠巨噬細胞與Pg的莢膜多糖共培養的過程中發現，K1型菌株刺激巨噬細胞產生趨化因子的能力最強。Vernal等[17]研究發現，所有的Pg莢膜血清型均可誘導M1型細胞因子的表達，K1與 K2血清型的莢膜多糖可誘導IL-1β、IL-6、IL-12p35、IL-12p40和干擾素γ高表達。

2.4牙齦蛋白酶在巨噬細胞極化中的作用牙齦素是Pg合成并分泌的一種牙齦蛋白酶，屬梭菌蛋白酶家族，是Pg的主要毒力因子之一。牙齦素可分為兩種：牙齦蛋白酶R(gingipain R，Rgp)和牙齦蛋白酶K(gingipain K，Kgp)，Rgp又包括RgpA和RgpB 兩種形式。Rgp和Kgp具有C5 轉化酶活性，可裂解C5為具有生物活性的C5a，C5a通過細胞外信號調節激酶和磷脂酰肌醇3激酶依賴的途徑，引發下游級聯反應啟動M2表型的相關基因轉錄，負向調節TLR4和CD40誘導的M2型巨噬細胞IL-12家族細胞因子(IL-12和IL-23)的合成[18]。牙齦素的黏附單位可顯著上調巨噬細胞M1型促炎性細胞因子的表達，Fitzpatrick等[19]將活性和非活性形式的高分子量牙齦素作用于巨噬細胞，通過基因芯片、聚合酶鏈反應和酶聯免疫吸附試驗等方法檢測到干擾素γ、IL-1β、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子等促炎性細胞因子的釋放顯著增加,認為牙齦蛋白酶誘導巨噬細胞分化并高分泌IL-1β的過程涉及分解蛋白的機制。Grenier等[20]提出無論是活性還是熱失活的Kgp均可活化巨噬細胞，使其TNF-α的釋放增加，并呈劑量依賴性，而Kgp活化巨噬細胞釋放的IL-8并無劑量依賴性。p38αMAPK的抑制劑SB203580可不同程度地降低TNF-α和IL-8的釋放量，提示巨噬細胞可通過MAPK途徑促進Kgp活化。M2型巨噬細胞也可通過MAPK的細胞外調節激酶通路的調節作用，在免疫反應的后期明顯增多。

3結語

Pg感染后，其多種毒力因子一方面可直接造成牙周組織的損傷，另一方面可誘導M1型巨噬細胞的活化，分泌多種促炎性細胞因子，引發宿主的免疫損傷。Pg在某種程度上也可抑制M1的表達，誘導M2型巨噬細胞的抗炎效應，有利于損傷牙周組織的修復與重建。最新的研究表明，慢性牙周炎主要是由宿主的免疫應答引起的，了解巨噬細胞的極化特點，調節M1與M2型極化狀態，探討Pg在牙周炎發生、發展作用的詳盡機制，可以此為靶點為牙周病的防治提供新的思路。

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The Research Progress in Polarization of Macrophage and the Effect of Porphyromonas Gingivalis on the Macrophage Polarization

YUHai-yan1,2,GAOAi-chao1,2,LINa1,2,YUWei-xian1,2.

(1.KeyLaboratoryofToothDevelopmentandJawBoneRemodelingandRegeration,SchoolofStomatology,JilinUniversity,Changchun130021,China; 2.DepartmentofPeriodontics,StomatologyHospital,JilinUniversity,Changchun130021,China)

Abstract:Porphyromonas gingivalis(Pg) is an important pathogen of chronic periodontitis,and cell wall and products of the bacterium,such as lipopolysaccharides,fimbriae,capsule polysaccharide and gingipains are the virulence factors.These factors play an important role in the induction of innate and acquired immune response,such as the polarization of macrophages and the release of inflammatory cytokines.Polarized macrophages play an important role in the progress of inflammation,tissue damage,inhibition of inflammation,restoration and reconstruction of damaged tissue.So in order to find a new way for the treatment of periodontitis,here is to make a review of the polarization characteristics of macrophage and the effect of Pg on the macrophage polarization.

Key words:Macrophage; Polarization; Porphyromonas gingivalis

收稿日期：2014-03-20修回日期：2014-08-04編輯：伊姍

基金項目：吉林省自然科學基金(201115104)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.014

中圖分類號：R781.4； R392

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)07-1187-03