IL-22在大鼠牙周炎發展中時序性表達的研究

吳偉力 應于康 羅 軍

牙周炎是一種以牙周支持組織慢性細菌感染為特征的疾病[1]。上皮屏障是防御細菌入侵的第一道防線，其完整性對于牙周疾病控制中起著至關重要的作用[2]。當上皮屏障被破壞時，形成牙周袋，微生物和結締組織之間直接接觸。白細胞介素-22(IL-22)是一種新發現的細胞因子，能誘導宿主防御反應，在糖尿病、風濕性關節炎、慢性鼻炎等疾病中都有發現，主要由CD4+T細胞分泌，同時Th-17和Th-22細胞也能分泌，主要調控上皮細胞的再生功能[3,4]。IL-22的調控作用是通過IL-22受體(IL-22R)來發揮作用，IL-22R由白細胞介素-22受體1(IL-22R1)和共享亞基白細胞介素-10受體2(IL-10R2)組成[5]。IL-22R1只在特定的組織(如黏膜和皮膚的上皮細胞)等表達[6]。同時，IL-22結合蛋白(IL-22BP)也可以與IL-22 結合，抑制IL-22與IL-22R結合，IL-22的功能結果取決于IL-22R1和IL-22BP的水平之間的平衡[7，8]。目前，關于IL-22及其受體在牙周炎發生、發展過程中的作用研究較少。因此，本研究通過探討不同牙周炎病理時期組織學改變和IL-22、IL-22R1和IL-22BP的表達，旨在為牙周炎的診療帶來新的思路。

材料與方法

1.實驗動物:選取體重(200～240g)的雄性健康8周齡SD大鼠30只，購自山東省醫學科學院實驗動物中心提供，實驗動物許可證號: SCXK(魯)2012-0002，動物合格證編號：2005001。動物飼養在溫度為22～24℃、噪聲≤50dB、相對濕度為40%～70%的SPF環境中，動物相關處置均符合《中華人民共和國實驗動物管理條例》要求，適應性喂養1周后進行實驗。

2.實驗試劑:牙齦卟啉單胞菌購自上海北諾生物科技有限公司，批號：LLL661；水合氯醛購自上海上藥新亞藥業有限公司，批號：781200008；硫酸卡那霉素購自江西制藥有限責任公司，貨號：14200204181；Trizol Reagent RNA提取試劑盒購自美國Invitrogen公司，貨號：15596018；Prime Script RT reagent Kit Perfect real-time RNA反轉錄試劑盒、Ultra SYBR One Step RNA PCR Kit熒光定量PCR試劑盒購自寶生物工程(大連)有限公司，貨號：RR047A、TK08045；PCR引物序列購自日本TaKaRa公司：IL-22上游引物：5′-AAGCTCAGCAGTCACCTCA-3′,下游引物：5′-GGGACATAAACAGCAGATCCA-3′；IL-22R1上游引物：5′-TGGTCCCCCAGCAGTCATTT-3′，下游引物：5′-TCTTGACCACTGCCACAGAAA-3′；IL-22BP上游引物：5′-CCCGTTGCTTTTCCTCTGG-3′，下游引物：5′-ATCCCACTCGTAGCCCCTCT-3′；beta-actin引物序列：上游引物：5′-TGGCACCCAGCACAATGAA-3′，下游引物：5′-CTAAGTCATAGTCCGCCTAGAAGCA-3′；IL-22、IL-22R1、IL-22BP ELISA 試劑盒購自欣博盛生物科技有限公司，貨號：MM-0670R2、MM-0670R1、MM-0670R22。

3.實驗儀器：體視顯微鏡Stemi 2000購自奧地利SEZ公司；光學生物學顯微鏡購自日本Nikon公司；NanoDrop2000c 型蛋白核酸檢測儀購自美國Thermo公司；實時熒光定量PCR儀購自美國BIO-RAD公司。HBS-1096B 酶標儀購自南京德鐵實驗設備有限公司；臺式冷凍離心機Sorvall STR ATOS購自德國Heraeus公司；5.0 絲線購自江蘇泗洪金睛醫療器械有限公司。

4.實驗分組及造模：采用數字法將SD大鼠隨機均分為5組，即對照組、建模1周組、建模2周組、建模3周組、建模5周組，每組6只。造模前3天給予硫酸卡那霉素水溶液(1g/L)喂養除菌。禁食12h后用10%水合氯醛(3.33ml/kg)腹腔注射麻醉后，采用高糖飲食+絲線結扎+接種牙齦卟啉單胞菌的方法造模。絲線結扎雙側上頜第一磨牙上，將絲線推入齦溝深部，在齦溝內接種1.5×109CFU/ml的牙齦卟啉單胞菌，結扎后給予50g/L高糖水替代飲用水。每隔1天接種1次牙齦卟啉單胞菌。在各時間節點分別取雙側上頜軟組織，一側置于Trizol液中，另一側不加處理，均放于-80℃保存備用；剔除上頜軟組織，一側上頜骨置于雙氧水(3%)中，另一側置于多聚甲醛液(4%)中，24h后進行脫鈣。

5.HE染色觀察牙周組織病理改變：取脫鈣的上頜組織進行脫水、包埋、切片(3μm)、HE染色、封片后在光學顯微鏡下觀察牙周組織病理改變并拍照。

6.檢測牙槽骨吸收：取置于雙氧水中上頜骨，用漂泊劑(10g/L)浸泡1min，刷洗去除軟組織，用亞甲藍(10g/L)染色1min，用蒸餾水沖洗，晾干后用體視顯微鏡下觀察并拍照，用 Image J軟件計算腭側多邊形面積。

7.ELISA法檢測上頜軟組織中IL-22、IL-22R1、IL-22BP的含量：取適量上頜軟組織，用磷酸鹽緩沖液清洗，制成勻漿，吸取上清液進行實驗。根據ELISA試劑盒說明書進行IL-22、IL-22R1、IL-22BP含量測定。

8.RT-PCR檢測上頜軟組織中IL-22、IL-22R1、IL-22BP mRNA的表達：取置于Trizol液中的上頜軟組織，依據試劑盒說明書進行總RNA的提取和cDNA的合成，進行PCR擴增，對其表達量進行結果分析，β-actin作為內參，采用 2-△△Ct法計算mRNA 的相對表達量。

結 果

1.各組HE染色結果:對照組牙周組織沒有發現炎癥和軟組織損傷；在建模1周可以觀察到上皮損傷好輕度炎性細胞浸潤；建模第2周逐漸加重，在建模第3周達到高峰期，上皮屏障的完整性被破壞；建模第5周炎癥減輕，上皮細胞增生和屏障完整性的恢復，從而形成了牙周袋,詳見圖1。

圖1 各組HE染色結果(×20)A.對照組;B.牙周炎1周組;C.牙周炎2周組;D.牙周炎3周組;E.牙周炎5周組

2.各組牙槽骨吸收比較:與對照組比較，各牙周炎組大鼠牙槽骨吸收明顯，根分叉逐漸暴露，腭側多邊形面積增加，差異有統計學意義(P<0.05)；隨著造模時間的延長，牙槽骨吸收逐漸加重、腭側多邊形面積增加，差異有統計學意義(P<0.05)。詳見表1、圖2。

表1 各組牙槽骨吸收比較

與對照組比較，*P<0.05；與建模1周組比較，#P<0.05；與建模2周組比較，ΔP<0.05

圖2 各組牙槽骨吸收比較(×10)A.對照組;B.建模1周組;C.建模2周組;D.建模3周組;E.建模5周組

3.各組上頜軟組織中IL-22、IL-22R1、IL-22BP的含量:與對照組比較，各牙周炎組大鼠上頜軟組織中IL-22和IL-22R1 含量增加，IL-22BP 含量降低，差異有統計學意義(P<0.05)；隨著造模時間的延長，IL-22和IL-22R1 含量增加，在第3周達到高峰，第5周含量有所降低，差異有統計學意義(P<0.05)；IL-22BP 含量降低，在第3周達到低谷，第5周有所增加，差異有統計學意義(P<0.05)，見表2。

4.各組上頜軟組織中IL-22、IL-22R1、IL-22BP mRNA的表達:與對照組比較，各牙周炎組大鼠上頜軟組織中IL-22和IL-22R1 mRNA相對表達量增加，IL-22BP mRNA相對表達量降低，差異有統計學意義(P<0.05)；隨著造模時間的延長，IL-22和IL-22R1 mRNA相對表達量增加，在第3周達到高峰，第5周有所降低，差異有統計學意義(P<0.05)；IL-22BP mRNA相對表達量降低，在第3周達到低谷，第5周有所增加，差異有統計學意義(P<0.05)，詳見表3。

表2 各組上頜軟組織中IL-22、IL-22R1、IL-22BP的含量

與對照組比較，*P<0.05；與建模1周組比較，#P<0.05；與建模2周組比較，ΔP<0.05；與建模3周組比較，▲P<0.05

表3 各組上頜軟組織中IL-22、IL-22R1、IL-22BP mRNA的表達

與對照組比較，*P<0.05；與建模1周組比較，#P<0.05；與建模2周組比較，ΔP<0.05；與建模3周組比較，▲P<0.05

討 論

牙周炎是一種感染性疾病，主要表現為牙齒支持組織侵犯性的破壞[9]。IL-22具有抗菌作用，增強細胞再生能力，保護組織受損，在維持黏膜屏障的完整性和對感染控制方面起著關鍵作用[10,11]。基于以上研究基礎，本研究對牙周炎的老鼠IL-22以及其受體、組織學改變情況。結果顯示，炎癥在第3周達到頂峰，之后到第5周可認為是一個恢復階段，同時出現了上皮細胞增生。同時，從第1周到第3周，上皮組織的完整性破壞越來越嚴重，牙槽骨丟失的數量仍然呈指數增長。提示上皮屏障的破壞、黏膜免疫的增強和骨吸收增強三者之間的關系是相輔相成的。通過對牙槽骨吸收相關研究的搜索可以發現，炎癥使上皮屏障受到破壞，病原菌與組織直接接觸，誘導了破骨細胞的形成并增加破骨細胞的活動，使牙槽骨丟失[12～14]。因此，本研究結果表明，上皮組織內部結構改變可能對骨骼吸收有影響。

本研究對大鼠上頜軟組織中IL-22、IL-22R1 mRNA和蛋白的檢測中發現，IL-22、IL-22R1表達水平也有和組織學改變相同的趨勢。基于IL-22具有促進上皮細胞再生和保護組織受損的功能，本研究顯示，當機體受到細菌感染時，宿主可能會產生更高水平的IL-22來恢復上皮的屏障作用。在對炎性腸病和實驗性自身免疫性心肌炎的研究中也可以看到類似的情況，并證明了IL-22的作用[15，16]。同時，牙周炎患者的唾液中也發現IL-22的比率較正常人升高，提示 IL-22可能參與牙周炎免疫反應[17]。有研究者提出IL-22的表達水平可作為牙周組織破壞程度的指標，因為IL-22牙周組織中的表達與牙周炎的嚴重程度呈正相關，控制IL-22的水平對牙周炎的治療有積極的意義[18]。IL-22屬于IL-10細胞因子家族，IL-22功能的發揮需要通過與IL-22R1的結合來實現，IL-22BP可以與IL-22R1競爭性地IL-22結合，使IL-22失活，同時，IL-22BP與IL-22的結合能力比IL-22R1強[19]。所以，IL-22的活性主要取決于能否與IL-22R1相結合，而IL-22BP被認為是IL-22失活的天然中和抗體。在對胃癌的研究中發現，IL-22BP水平降低可以推動IL-22不受控制的促進細胞增殖，導致胃炎相關模型修復階段癌癥的發生。IL-22和IL-22R1相同趨勢的原因可能與IL-22誘導的正反饋調節增加IL-22R1的表達，IL-22BP則相反。這一結論在葡聚糖硫酸鈉誘發結腸炎模型中得到證實。

綜上所述，本研究確定了在大鼠的實驗性牙周炎中上皮細胞的組織病理變化過程及IL-22、IL-22R1和IL-22BP時序性表達情況，可為牙周炎的診療帶來新的思路。但本研究不能證明IL-22、IL-22R1和IL-22BP是否與上皮細胞增殖有關，需要筆者在今后的研究中予以證實。