糖尿病通過影響成-破骨細胞活性加重牙周炎病理進程的研究進展

王冰格 綜述 農曉琳 審校

牙周炎作為一種特征為牙周結締組織喪失以及牙槽骨破壞的口腔疾病，是影響最廣泛的慢性疾病之一[1]。 5%～20%的嚴重牙周炎可導致牙齒脫落。此外，兒童和青少年可患有幾類與成年牙周炎表現差異較大的牙周炎，包括慢性牙周炎、侵襲性牙周炎和全身性疾病表現的牙周炎多種形式的牙周炎，其病程發展更迅速，對機體的影響更為廣泛[2]。

糖尿病作為一組異質性疾病，其典型特征為血糖水平的升高。其中由于胰島素的絕對缺乏所引起的稱為1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus, T1DM)，多是由于產生胰島素的胰腺β細胞自身性免疫破壞導致胰島素分泌不足。當胰島素分泌量正常，但并不能有效起到降血糖作用，此時的血糖濃度繼續刺激誘導胰島B細胞分泌過量的胰島素，而代償性增加的胰島素仍不足以將血糖水平維持在正常的生理范圍內時所導致的高血糖狀態則被稱為為2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)[3-4]。

骨重建 (bone remodeling)與骨塑建(bone modeling)是機體骨骼發育、生長、成熟、損傷修復與再生的關鍵。在正常生理條件下，成骨細胞的骨形成與破骨細胞的骨吸收過程相互偶聯，共同維持骨代謝的穩態。然而，在兩型糖尿病的病理過程中，均出現成-破骨偶聯失衡，導致骨代謝紊亂，全身骨量下降，進一步影響全身多種內分泌代謝途徑，形成惡性循環[5]。

1 糖尿病對牙周炎中破骨細胞激活的影響

1.1 炎癥反應與破骨細胞

糖尿病已被證實可以顯著促進牙周炎癥區域破骨細胞的形成。與對照組相比，感染了T2DM的大鼠牙周炎模型中，破骨細胞數量增加了2～4 倍[6]。患T1DM和牙周炎的大鼠的牙周破骨細胞數也增加了2～4 倍[7]。

據報道，對T1DM和T2DM大鼠接種牙齦卟啉單胞菌后均呈現高炎癥反應水平，出現牙周炎后均表現更持久的炎癥反應[8-9]。已證實糖尿病導致的腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor, TNF)生成增加可以防止與宿主防御、細胞凋亡、細胞信號轉導相關基因的表達下調[10]。陳鐵樓等[11]等通過將20 例糖尿病型牙周炎患者與健康齦受試者的牙齦組織超微結構進行對比，并檢測牙齦組織炎癥因子IL-1β和TNF-α的表達，提出糖尿病型牙周炎患者牙齦組織中的IL-1β和TNF-α在細胞凋亡中起重要作用。據報道，T1DM患者牙周炎中白介素17(interlukin-17, IL-17)和白介素23(interlukin-23, IL-23)表達增強，T2DM患者白介素1b(interlukin-1b, IL-1b)和白介素6(interlukin-6, IL-6)表達增強。

破骨細胞表面核因子κβ受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)與核因子κβ受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand, RANKL)的識別配對結合是最有效誘導破骨細胞分化和成熟的途徑之一；骨保護蛋白(osteoprotegerin, OPG)與RANK結合，可阻斷其與RANKL的相互作用，阻礙破骨細胞的分化和成熟，進而抑制破骨細胞活性[12]。Lappin 等[13]的研究表明在DM患者的牙周組織中RANKL和TNF的表達均有升高，炎癥也可能導致成骨細胞中的OPG下調[14]，RANK-RANKL/OPG的比值以及例如TNF等炎性細胞因子的水平高低均是影響調控成-破骨細胞偶聯的重要因素。在糖尿病牙周炎患者的牙周感染部位中，血糖的控制情況與TNF水平和RANKL/OPG比值密切相關[15]，破骨細胞的形成明顯增強[7，12，16]。

1.2 AGEs與破骨細胞

糖尿病會增強牙周組織中晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products，AGEs)的形成并增加晚期糖基化終末產物受體(receotir of advanced glycation end-products, RAGE)的表達[17]。在與兩型糖尿病相關的牙周炎中牙齦中AGEs的形成均表現為增加。也有臨床研究顯示，患2型糖尿病的受試者牙齦上皮細胞和成纖維細胞中AGEs表達明顯低于患1型糖尿病的受試者[18]。有學者提出調節破骨細胞形成的積極因素在于其細胞RAGE表達水平[19]。研究表明，AGE與RAGE的相互作用將在單核細胞中激活轉錄因子NF-kB，使單核細胞的表型發生改變并導致促炎性細胞因子的產生增加[20]。

1.3 氧化應激與破骨細胞

活性氧族(reactive oxygen species, ROS)與糖尿病相關的牙周炎密切相關，口腔中的牙周炎致病細菌將促進牙周局部如白細胞介素1(interlukin-1,IL-1)、TNF等炎性細胞因子釋放，增加中性粒細胞的數量與活性，從而在牙周炎發病部位大量釋放ROS。同時由糖尿病引起的的長期高血糖亦能導致ROS的生成，并激活包括NF-κB、蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)等氧化應激敏感信號通路，導致IL-6、TNF等炎性因子的產生，激活破骨細胞，損傷牙周組織，加速牙周炎病程[21]。在慢性牙周炎病程骨吸收過程中，部分破骨細胞含有NADPH氧化酶，這些破骨細胞也會自發產生超氧化物[22]。此外，AGEs的形成也增加了牙周組織的氧化應激，某些ROS(例如超氧化物和過氧化氫)可在促進破骨細胞形成的同時激活破骨細胞[23]。

2 糖尿病對牙周炎中成骨細胞凋亡的影響

2.1 細菌感染與成骨細胞凋亡

有證據表明，糖尿病和牙周炎中的細菌感染均會促進成骨細胞的凋亡，從而減少骨耦合[24-25]，細菌感染誘導的固有和特異性免疫應答均可能導致成骨細胞數量與功能下降[26]，并且糖尿病也加重了成骨細胞的凋亡。有研究提出牙周膜(periodontal ligament, PDL)的喪失是由牙周感染引起的細胞凋亡所致[27]，由于PDL是成骨前體細胞的豐富細胞來源，因此這種缺失意義重大。

Al-Mashat等[28]研究表明，糖尿病所引起的系統性病變會在患者機體受到細菌感染后將成骨細胞中負責調控凋亡的基因上調2 倍以上，導致其凋亡發生率較對照組增加5 倍以上。已證實成骨細胞的凋亡是誘導牙周炎后糖尿病動物無法形成新骨的重要原因之一，如牙周感染后使用特定的細胞凋亡阻斷劑治療糖尿病牙周炎動物其新骨的形成顯著增加[24]。

2.2 促凋亡因子與成骨細胞凋亡

糖尿病也會導致成骨細胞中促凋亡因子上調，包括晚期TNF-α、AGEs和ROS的形成，這些因子都可能導致細胞凋亡的發生[24]。與正常對照組相比，患有T1DM和T2DM的動物在對細菌刺激的反應中表現出更高的TNF-α水平[12-18]，TNF-α水平升高與糖尿病牙周炎的細胞變化直接相關[9]。當存在炎癥時，TNF-α可阻止成骨細胞的分化從而損害成骨細胞功能。此外，TNF-α可以通過與腫瘤壞死因子受體1(tumor necrosis factor receptor 1, TNFR1)結合而誘導凋亡[29]。

研究表明，糖尿病患者中細菌感染引起的牙槽骨丟失增加與牙齦組織中RAGE和炎性AGEs的表達增強有關[30]。AGEs發揮干擾成骨細胞分化并誘導其凋亡的作用。 糖尿病牙周組織中，AGEs水平升高，同時AGE-RAGE相互作用可導致促炎性細胞因子表達增加，并誘導成骨細胞凋亡[20，30]。

2.3 氧化應激與成骨細胞凋亡

ROS的產生是糖尿病誘發成骨細胞凋亡的另一機制。在正常生理狀態下，激活Wnt/β-catenin通路可促進骨髓間充質干細胞增殖、成骨細胞分化并抑制其凋亡，其中β-catenin在該通路激活后進入細胞核引起成骨相關基因Runx2的表達，誘導骨髓間充質干細胞分化為成骨細胞。FoxO轉錄因子家族發揮避免ROS損傷成骨細胞的作用，當機體處于長期高糖狀態，ROS增多時，FoxO基因的表達隨之上調，轉錄后過氧化氫酶(catalase, CAT)的表達量相應增加以用于清除多余的ROS[32]，通過調節細胞的抗氧化特性，調節細胞的增殖分化，調控骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化；而當ROS過多時，為了抵抗氧化應激的影響，細胞將胞內有限的β-catenin從Wnt通路中的轉錄因子T細胞因子/淋巴細胞增強因子(T cell factor/lymohoid enhancer factor,TCF/LEF)轉錄轉而用于FoxO轉錄，用于誘導成骨細胞分化的β-catenin減少，導致成骨細胞的分化減少，凋亡增加，骨形成也隨之減少[33]。

3 結 論

總之，無論是1型或2型糖尿病，都和牙周炎的病理進程密切相關，這種相關性與糖尿病誘發的其他多種慢性疾病有一定的相似性。機體持續的高血糖狀態可誘發牙周炎相關病原體引起過度的免疫-炎癥反應，這可能是導致糖尿病患者伴有牙周炎的風險與嚴重程度增高的原因之一。 此外，重度牙周炎牙槽骨丟失的機制可能與成骨細胞介導的骨形成與破骨細胞介導的骨吸收之間偶聯失衡相關。并且糖尿病對增強破骨細胞成熟、分化以及加重成骨細胞凋亡具有重要作用。但糖尿病與牙周炎之間具體的相互作用機制尚未完全闡明，今后仍需通過進一步基礎及臨床研究以探明糖尿病全身系統性病變與牙周炎局部骨質丟失的聯系，為臨床治療提供準確的理論依據。