補體在牙周炎發生發展過程中作用的研究進展

任飛龍 ,羅環宇 ,鄭適澤,劉蒼維,閆廣興,胡月,郝新青,史冊,孫宏晨,2

（1.吉林大學口腔醫院病理科，吉林 長春 130021；2.中國醫科大學口腔醫院病理科，遼寧沈陽 110001）

牙周炎是一種以牙菌斑為始動因子的能夠對牙齦、牙周韌帶和牙槽骨等牙齒支持組織完整性產生破壞的慢性炎癥性疾?。?］。牙周炎危害甚大，不僅破壞牙周組織，而且能夠增加許多系統性疾病的患病風險，如阿爾茨海默病、冠狀動脈粥樣硬化、不良妊娠、類風濕性關節炎、吸入性肺炎和癌癥等［2-8］。鑒于牙周炎的始動因子是牙周微生物，目前臨床上常用的標準治療方法主要是針對清除微生物所設計的，如局部應用抗生素、口腔潔治、刮治及牙齦翻瓣后的根面平整術等［9-10］。雖然上述治療方法對牙周炎的防治起到了一定作用，但是并不能完全治愈，多數患者在治療后出現牙周炎復發和抗生素耐藥等臨床問題，最重要的是很難恢復已經喪失的牙槽骨等牙支持組織的破壞，最終導致牙齒脫落［11-12］。因此，從病理機制方面探討牙周炎的發生發展，有望為牙周炎的防治尋求新的突破口。

雖然牙齒相關生物膜上的病原體對于牙周炎的發生至關重要，但導致牙周組織破壞的主要因素是宿主應對病原體的入侵而產生的免疫炎癥反應，而不是微生物的直接作用［13-14］。不僅如此，宿主對牙周微生物的免疫炎癥反應導致的牙周組織溶解破壞的產物還可以作為牙周微生物的營養物質滋養更多的微生物繁殖生長，形成惡性循環，并最終導致牙周組織大量丟失，牙齒脫落［15-16］。目前采用調控宿主免疫功能來輔助治療牙周炎的方法具有潛在可行性。研究［17］表明：在牙周炎發生過程中補體被過度激活，阻斷補體的激活可能促進牙周炎的治療。雖然補體對于宿主的免疫穩態及免疫防御功能不可或缺，但在牙周炎中，由于微生物毒力因素和遺傳因素而導致補體系統失去調控而過度激活，而補體的過度激活有可能加速牙周組織的破壞。因此，深入了解補體系統在牙周炎發生發展中的作用及其機制，能夠為牙周炎甚至其他系統性炎癥的防治拓展新的思路。現就補體成分在牙周炎發生發展中的作用機制、靶向補體作用的牙周炎潛在治療方法以及目前存在的問題及解決方法進行綜述，為牙周炎防治提供合理規范的新方案和新思路。

1 補體系統

補體系統是一個具有精密調控機制的蛋白質反應系統，存在于血清、組織液、細胞膜表面和細胞內，包含50 余種分子，包括補體固有成分、補體調節蛋白、補體受體、模式識別受體、轉化酶和其他蛋白酶等，能夠激活、擴大并調控免疫和炎癥［18-19］。補體系統可以通過3 條途經激活：經典途徑（classical pathway）、凝集素途徑（lectin pathway）和旁路途徑（alternative pathway）。經典途徑的激活是通過抗原抗體復合物被補體C1 亞型（C1q）識別后啟動的；凝集素途徑是在一種分泌型受體——甘露糖結合凝集素與各種微生物表面的特殊碳水化合物基團相互作用后激活的；旁路途徑是從C3（complement 3）開始的，C3 在血液中蛋白酶的作用下而被緩慢激活，產生C3b，并與B 因子（factor B，BF）及D 因子（factor D，DF）作用進一步產生C3 轉化酶，此途徑是3 條補體激活途徑中的主要途徑，并可被另外2 條補體激活途徑放大。補體的3 條激活途徑匯聚于補體的中心成分C3，C3 的進一步激活可以產生一系列補體成分，并產生相應的效應［20］。如通過C3b 的調理作用可以增強抗體及巨噬細胞清除病原體的能力，C3a 和C5 可以產生趨化作用并誘導炎癥，C5b-9 所組成的攻膜復合體可以裂解微生物。此外，補體系統還可以與凝血系統、纖溶系統［21］和激肽系統相互作用，并與腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、血小板活化因子（platelet activating factor，PAF）、白細胞介素1（interleukin-1，IL-1）、白細胞介素6（interleukin-6，IL-6）和白細胞介素8（interleukin-8，IL-8）等細胞因子協同或制約，在擴大并加劇炎癥反應、組織器官發生、調控宿主免疫功能、介導凋亡細胞清除和促進組織損傷后修復等方面發揮作用［17，22］。盡管補體系統對于宿主免疫穩態至關重要，但其也能在遺傳或細菌毒力因素影響下失去控制而過度激活，從而啟動和加劇一系列紊亂的免疫反應，如牙周炎。

2 補體系統參與牙周炎的發生發展

許多臨床及組織學研究［23-24］顯示：補體與牙周炎有密切關聯，牙周炎的組織破壞程度與補體激活程度呈正相關關系。補體激活片段在牙周炎患者的齦溝液（gingival crevicular fluid，GCF）中大量存在，但在健康人群的GCF 中不存在或濃度較低。牙周炎患者GCF 表現出補體依賴的溶血性活動，提示牙齦炎癥滲出物中存在功能性補體系統（C1～C9）［25-26］。在牙周基礎治療后，牙周炎患者GCF 中的補體成分下降。目前關于補體在牙周炎發生發展過程中的作用及機制研究主要集中于以下幾種補體成分。

2.1 C3 在牙周炎發生發展中的作用及機制補體固有成分C3 是3 條補體激活途徑的匯集點，在補體系統中處于中心地位。補體C3 在牙周炎中的作用主要體現在以下2 個方面：①促進牙周炎癥，維持牙周微生物的種類和數量的穩定。研究［27-28］顯示：與C3 基因敲除的小鼠比較，野生型小鼠能夠對牙齦卟啉單孢菌誘導的牙周炎、絲線結扎誘導的牙周炎和年齡相關性的牙周炎均產生抵抗作用，表現為牙槽骨喪失減少，牙周炎癥程度減輕以及牙周微生物的總量下降。在小鼠和靈長類動物的牙周組織局部應用小分子肽復合物CP40，能通過抑制補體級聯反應中的中心成分C3，避免牙周炎的發生［27-28］，其機制可能是由于CP40 抑制了補體級聯本身能夠促進炎癥的能力，還可能是通過補體系統與Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLRs）的交叉作用而減弱了由于TLRs 的激活而產生的炎癥反應。②C3 可能通過促進破骨細胞的分化從而參與牙槽骨的吸收。研究［29］顯示：活化形式的維生素D—1，25-二羥基-維生素D3 ［1，25-（OH）2-Vitamine D3，1，25-（OH）2-VitD3］可以誘導骨髓單核細胞產生C3。在骨髓細胞培養時，使用單克隆抗體阻斷C3 或C3 受體能夠明顯抑制1，25-（OH）2-VitD3 刺激的骨髓單核細胞的破骨向分化［29］。C3 基因敲除小鼠來源的骨髓單核細胞在刺激后產生的破骨細胞數量明顯少于野生型小鼠，并且C3－/－來源的骨髓細胞產生的核因子κB 受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand，RANKL）與骨保護素（osteoprotegerin，OPG）比值降低，以及骨髓細胞產生的巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF）和IL-6 水平降低，與應用C3 抑制劑CP40 后的結果一致。研究［30］表明：破骨細胞和成骨細胞均能夠產生補體C3，且C3 可以在缺乏RANKL 和M-CSF 的條件下直接誘導外周血單核細胞形成破骨細胞，因此在發生牙周炎時可能由于補體的大量產生或激活而導致破骨細胞的分化增多，從而導致牙槽骨丟失。總之，補體C3 能夠促進牙周炎炎癥反應，有利于維持牙周病原微生物種類及數量，并可能通過促進破骨細胞的分化來促進牙槽骨組織的喪失進而加重牙周炎。

2.2 C5a 在牙周炎發生發展中的作用及機制補體活化片段C5a 是補體級聯反應中產生的最強大的效應分子，其效應包括細胞遷移及歸巢、調控適應性免疫且參與造血和組織再生等［31］。C5a 的免疫刺激性及炎癥特性可能對于宿主的免疫防御功能有一定的作用，其可能參與許多急慢性炎癥反應的發病機制，如敗血癥、急性肺損傷、缺血再灌注損傷、類風濕性關節炎和牙周炎［31-32］。C5a 誘導的炎癥信號除主要通過C5aR（一種G 蛋白偶聯受體）介導外，還可以通過與C5a 樣受體2（C5a-like receptor 2，C5L2）相互作用來發揮免疫及促炎作用［33］。C5a 在牙周炎發生發展過程中的作用主要體現在以下3 個方面：①C5a 能夠招募并活化中性粒細胞，對牙周組織產生破壞作用。中性粒細胞能合成并釋放各種降解組織的酶類（基質金屬蛋白酶），還能釋放許多細胞毒性物質（活性氧等），以此對牙周組織產生破壞作用。中性粒細胞還可以通過表達RANKL 來介導破骨細胞性骨吸收。另外，中性粒細胞還能產生趨化因子CC 配體（CC ligand，CCL）2 及CCL20，與Th17 細胞表面的趨化因子CC 受體（CC receptor，CCR）2 及CCR6結合，吸引Th17 細胞至炎癥部位發揮促炎及誘導破骨細胞分化的作用［34-35］。②C5a 通過與其受體結合可以減弱誘導型一氧化氮合酶（inducible nitrogen synthase，iNOS）依賴的殺傷作用。此作用可以被牙齦卟啉單孢菌利用來逃避宿主對自身及其他共生微生物的殺傷作用。牙齦卟啉單孢菌利用自身的牙齦素（一種類似于C5 轉化酶的分子）水解C5 產生C5a，C5a 與C5aR 結合激活細胞內的鈣離子信號，該信號可以增強由病原體單獨激活TLR1/TLR2 所引起的微弱的cAMP 反應，進而激活了cAMP 依賴的蛋白激酶A（protein kinase，PKA）通路。PKA 的活化一方面通過依賴于糖原合成激酶 3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK3β）的方式抑制iNOS 對微生物的殺傷作用；另一方面PKA 的活化可以直接抑制iNOS 的殺菌作用，最終損傷巨噬細胞對于病原體的殺傷作用［36-38］。③C5a 能夠促進單核細胞分化為破骨細胞，且可以與IL-1β 協同促進成骨細胞分泌炎癥因子IL-6。成骨細胞能夠產生C5，C5 不僅能夠通過已知的補體途徑活化，還可以被破骨細胞表面一種酶所激活產生C5a。C5a 可以與存在于成骨細胞、破骨細胞、間充質干細胞和外周血單核細胞表面的C5a 受體結合，發揮趨化成骨細胞、促進破骨細胞分化和促進炎癥因子釋放等功能［39］。

2.3 其他補體成分在牙周炎發生發展過程中的作用及機制①研究［40］顯示：與正常個體比較，牙周炎患者更易出現C4 基因缺陷，表明C4 基因可能與一種保護性機制有關。研究［41-42］表明：C4a 能夠結合并活化蛋白酶活化受體（protease-activated receptors，PAR）1 和4，而這些受體常表達于血小板和內皮細胞上，但目前C4a 是否能夠介導補體系統與內皮屏障系統的相互作用以及這種相互作用是否在牙周炎病理過程中起作用尚不明確。②C3ar 基因敲除后的表現類似于C5a，即能夠減少牙周炎所導致的牙槽骨喪失及降低牙周微生物的總量［43］，其可能是由于2 種受體協同作用，與野生型小鼠比較，C3ar 基因缺陷小鼠牙齦卟啉單孢菌誘導的C5a 受體的表達水平低［44］。③CR3 是一種β 整合蛋白，其可在炎癥及免疫反應中通過與相應配體結合而發揮多種功能，如與iC3b 結合而介導吞噬細胞的吞噬作用、吸引白細胞遷移到血管外及誘導細胞因子產生等［45］。CR3 在牙周炎發生發展中的作用主要體現在以下2 個方面：CR3 與相應配體結合后所產生的細胞因子及CR3 依賴的炎癥細胞的遷移能夠擴大牙周炎炎癥，造成牙槽骨吸收；牙齦卟啉單孢菌等細菌可以利用CR3 進行免疫逃逸。在巨噬細胞表面，牙齦卟啉單孢菌可以與CD14/TLR1/TLR2 結合，誘導磷脂酰肌醇3 激酶依賴的細胞內信號，從而使CR3 對牙齦卟啉單孢菌表面配體具有高度親和力，CR3 與牙齦卟啉單孢菌的結合又可以激活細胞外調節蛋白激酶1/2 信號，通過抑制重要的轉錄因子——干擾素調控因子1 和8 來下調IL-12 的2 個亞單位P35/P40 的mRNA表達，破壞IL-12 依賴的對于牙齦卟啉單孢菌及其他牙周共生菌的清除作用［46］。

3 通過阻斷補體的作用治療牙周炎

針對補體成分在牙周炎發生發展過程中的作用，衍生出許多可能的慢性牙周炎治療方法。如補體C3 抑制劑Cp40、C5aR 抑制劑PMX-53、C3aR抑制劑SB290157 和CR3 抑制劑XVA143 等。動物模型及體外實驗結果［47-48］顯示：特異性補體抑制劑能夠減少牙周附著喪失、牙周骨組織丟失和探診出血量，降低牙周微生物的數量、牙齦指數、牙齒松動指數及TNF、IL-1β、IL-6 和IL-17 等炎癥因子水平。然而，C3 抑制劑可能導致宿主的免疫功能受到威脅，從而增加許多炎癥風險［20］。而有效的治療方法除了局部用藥、短期用藥以降低用藥風險外，繼續尋找C3 水解后的補體片段及補體級聯下游的補體效應分子、作用機制及信號轉導通路等并設計針對此機制的阻斷或激活方法可能成為一種可行的方案。

4 總結及展望

補體在牙周炎病理過程中起到非常重要的作用，多種補體成分在牙周炎中的作用及機制也逐漸明確。但仍然存在諸多問題：①到目前為止尚無統一的方法去探究不同補體激活通路及補體成分在牙周炎病理機制中的確切作用。②缺乏補體在牙周炎中作用的綜合研究。補體在免疫反應及炎癥中既發揮抗炎和殺傷病原體的積極作用，又發揮促炎及協助病原體逃避免疫系統的消極作用。因此，研究補體在牙周炎中的綜合作用圖譜，可以明確需要拮抗何種特殊的補體通路及成分來消除其產生的不利影響，但需要保持其完整性來保證正常的免疫功能，最終能夠更好地實現補體的靶向干預治療。③補體治療的安全性及有效性以及給藥頻率、途徑和劑量等仍需深入研究。④某些補體成分在牙周炎癥的不同階段有不同的作用，如何針對牙周炎發生發展過程的不同階段時序性給藥仍未得到解決。因此，深入探討上述問題，能夠為牙周炎治療中存在的問題提供理論依據，為牙周炎及其他慢性炎癥性疾病的補體治療策略提供參照標準，以便將調節補體的治療方法更快更安全地應用于臨床。