細菌脂多糖及高遷移率族蛋白1對小鼠巨噬細胞M1/M2極化分型的影響

黃翔雨申曉青ZHOU Zheng 徐平平

1南方醫科大學口腔醫學院（廣州 510280）；2南方醫科大學珠江醫院口腔科（廣州 510280）；3底特律大學牙學院（底特律 48208）

牙周炎和種植體周圍炎都是以牙齦組織炎癥及牙槽骨破壞吸收，導致牙齒或者種植體松動為主要臨床表現的疾病。巨噬細胞作為主要的效應細胞參與到此病理過程中，在牙周致病菌脂多糖（LPS）等刺激下釋放細胞因子，行使吞噬功能，引起骨吸收破壞。最近研究發現［1］LPS可激活巨噬細胞內相關信號分子誘導高遷移率族蛋白1（HMGB1）的合成、轉位和釋放表達，提示HMGB1處于LPS作用的下游，但HMGB1在LPS引起巨噬細胞炎癥和破骨效應中的作用和地位尚不清楚。本研究旨在探討HMGB1作為LPS信號通路的下游，在巨噬細胞相關的炎癥和破骨效應中的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑胎牛血清（Amizona Scientific LLC，美國）；DMEM高糖培養基（Gibco，美國）；LPS（Sigma，美國）；HMGB1（R&D Systems，美國）。

1.2 細胞培養與處理小鼠巨噬細胞系RAW264.7培養于含有10%胎牛血清、100 U/mL青霉素和100 μg/mL鏈霉素的DMEM高糖培養基中。置于37℃，5%二氧化碳培養箱中貼壁生長。每2～3天更換培養液。待RAW264.7生長至80%時，分別用HMGB1 1 μg/mL和LPS 1 μg/mL刺激18 h，陰性對照以DMEM培養基培養。

1.3 實時熒光定量PCR（Q-PCR）刺激后細胞用PBS洗3次，用Trizol（invitrogen）提取總RNA，檢測濃度。取1 μg RNA逆轉錄成20 μL cDNA（Bio-Red），用10 μL體系，在Q-PCR儀器中擴增檢測各組巨噬細胞極化基因。M1型巨噬細胞極化基因：一氧化氮合酶2（NOS2）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白介素6（IL-6）；M2型巨噬細胞極化基因：精氨酸酶1（ARG-1）、抵抗素樣分子α（RELM-α）的表達情況。GAPDH作為內參基因，Cq值用2-△△Ct公式求出倍數變化值。實驗所用的引物見表1。

表1 Q-PCR相關引物Tab.1 Q-PCR Primer sequences

1.4 統計學方法使用SPSS 20.0軟件進行分析，計量資料以±s表示，兩組間均值比較采用獨立樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 LPS刺激下RAW264.7相關極化基因表達情況巨噬細胞中加入1 μg/mL LPS刺激18 h，與空白對照相比，M1相關指標：NOS2、IL-6、TNF-α相對基因表達量較對照組明顯上調（P＜0.01）。M2相關指標：ARG-1、RELM-α相對基因表達量較對照組下調（P＞0.05）。見表2、圖1。

表2 LPS實驗組M1/M2型巨噬細胞極化基因相對表達量Tab.2 The relative expression level of macrophage in LPS group ±s

2.2 HMGB1刺激下RAW264.7相關極化基因表達情況HMGB1刺激過后的巨噬細胞，M1及M2的相對基因表達量較對照組上調。其中NOS2、TNF-α、RELM-α相對基因表達量較對照組明顯上調（P＜0.01）。見表3、圖2。

3 討論

近年研究發現，巨噬細胞是功能上異質的一種細胞群體，在不同的微環境刺激下形成不同的亞類［2］。根據細胞表型、分泌的細胞因子及其功能可為兩種亞類：M1型巨噬細胞、M2型巨噬細胞［3］。M1型巨噬細胞通過“經典途徑”，由Th1細胞因子活化［4］，分泌NOS、TNF-α、IL-1β、IL-6等細胞因子發揮宿主防御免疫功能，介導殺菌、促炎的作用［5］，與骨破壞有密切關系［6］。M2型巨噬細胞通過“替代途徑”，由Th2細胞因子活化［4］，分泌IL-10、TGF-β等細胞因子，促進組織再生穩定，尤其在炎癥反應后期發揮抗炎作用［7-8］，促進創傷修復和纖維變性［9］和骨重建［6］。巨噬細胞通過誘導炎癥的始發，激活由淋巴細胞介導的固有免疫反應，分化為破骨細胞促進牙槽骨吸收［10-11］等，參與到在牙周炎的病理過程中［12］。巨噬細胞M1/M2分型比例失調，M1比例增加，M2比例減少，牙周炎進展破壞加劇；反之牙周炎進入穩定修復期。

HMGB1是一種非組核蛋白。當主動分泌或被動釋放到細胞外環境時，HMGB1可充當細胞因子，因此在炎性疾病的發病機制中起著多重作用，并介導從炎癥和細菌殺傷到組織修復的免疫應答［13］。

牙周炎患者的齦溝液中HMGB1蛋白的表達量相對于正常組有顯著上調［14］，提示其與牙周炎的發生發展可能存在密不可分的聯系。LPS可以激活巨噬細胞分泌HMGB1［15-16］。LPS通過依次激活巨噬細胞內信號分子P38、MAPK、NF-κB及CBP來誘導HMGB1的合成、轉位和釋放表達［17］。其釋放及起效較其他促炎分子晚［18］。以上發現均提示，HMGB1處于LPS的下游，并可作為LPS的延遲介質起作用［18］，可能是LPS誘發的牙周炎的信號通路上關鍵的一環。

本研究對小鼠巨噬細胞系RAW264.7進行LPS、HMGB1刺激后，檢測M1和M2方向相關基因表達，發現LPS的刺激使小鼠巨噬細胞基因水平表達M1型增加、M2型減少，M1/M2的比例上調。這與以往研究一致。在HMGB1的刺激下，同樣發現RAW264.7細胞向M1方向極化顯著增加。上述結果說明，HMGB1作為LPS的下游因子，LPS可通過HMGB1促進巨噬細胞向M1極化，引起促炎因子IL-6、TNF-α等的釋放，加重局部組織炎性反應；同時介導破骨細胞分化，激活破骨細胞活性，從而加速了牙周炎患者的牙齦炎癥和骨吸收破壞。

圖1 LPS對M1/M2型巨噬細胞極化基因表達的影響Fig.1 The effect of LPS on M1/M2 macrophage related mRNA expression

圖2 HMGB1對M1/M2型巨噬細胞極化基因表達的影響Fig.2 The effect of HMGB1 on M1/M2 macrophage related mRNA expression

表3 HMGB1實驗組M1/M2型巨噬細胞極化基因相對表達量Tab.3 The relative expression level of macrophage in HMGB1 group ±s

表3 HMGB1實驗組M1/M2型巨噬細胞極化基因相對表達量Tab.3 The relative expression level of macrophage in HMGB1 group ±s

另外本研究還發現，HMGB1刺激后，巨噬細胞M2分化的標志性分子表達顯著上調，提示HMGB1還有促進巨噬細胞M2分化的作用，HMGB1作為LPS的下游因子，在LPS引起的牙周炎這一信號轉導通路中除了扮演已知的“破壞者”的角色，還可能有“剎車”的作用——可以啟動修復反應，避免機體組織受到無限制的破壞，從而調控組織破壞的程度，維持組織的穩態。但該功能何時啟動、如何啟動？對牙周炎和種植體周圍炎的防治有無啟示作用？這些均值得下一步深入研究。近年也有研究發現HMGB1與M2型巨噬細胞存在一些關聯［20-21］，HMGB1可以通過RAGE增強M2型巨噬的細胞的活性［22］。但未有研究闡明作為下游分子的HMGB1在LPS通路中對巨噬細胞分化所起的“雙向調節”作用。

綜上所述，本研究首次發現HMGB1除了可促進巨噬細胞往M1型極化，加重組織損傷以外，還能促進巨噬細胞往M2型極化，阻止炎癥破壞進一步惡化，促進組織再生修復。通過研究并干預增強此過程的信號通路，進而促進牙周炎癥破壞后的組織重建，有望為牙周炎和種植體周圍炎的治療提供新的參考思路。

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