高糖水平下牙周組織的形態與免疫特征

孫樂章，王 琪

糖尿病是一種常見的以高血糖為特征的慢性代謝性疾病，牙周炎是其主要的口腔并發癥，表現為牙周袋形成、牙齦紅腫、牙槽骨吸收和牙齒松動等，是造成糖尿病患者失牙的主要原因。糖尿病患者中牙周疾病的發病率和嚴重程度往往較正常人更高，可能因局部免疫穩態失調導致組織破壞加重[1]。高糖條件下牙周組織的免疫特征變化情況較為復雜，本文將從高糖狀態下牙周組織形態結構、局部免疫細胞的變化及其調控機制等方面進行綜述，揭示高血糖對牙周免疫特征的影響并探索其在牙周組織破壞中的作用，從而為防治糖尿病相關性牙周炎提供思路。

1 高糖狀態牙周組織形態結構變化

1.1 牙齦

高血糖引起的牙齦形態學變化主要體現在：①黏膜上皮增厚；②黏膜下結締組織萎縮；③微血管病變[2]。有學者發現，糖尿病大鼠黏膜上皮增厚且細胞數量增加，上皮釘突縮短，其中角化層變厚，角質形成細胞變大，角蛋白增加，顆粒層和棘層細胞密度增大；而基底層的厚度和形態無明顯變化[3]。也有研究顯示糖尿病可導致黏膜下結締組織變薄，成纖維細胞遷移能力下降，進而影響牙齦創面愈合及局部免疫功能，這可能與高糖環境抑制成纖維細胞增殖和膠原合成有關[4]。此外，糖尿病可能導致牙周組織中毛細血管數量減少及血管壁厚度減小，導致牙齦上皮免疫屏障受損，促進牙周疾病在糖尿病患者中的發生發展，這可能與高糖抑制血管內皮細胞增殖相關[5]。

1.2 牙周膜

牙周膜是位于牙根與牙槽骨之間的結締組織，有固定牙根和緩解咀嚼壓力的作用。研究發現體外模型中糖尿病可導致牙周膜結構薄弱，主要表現為膠原纖維排列紊亂和牙周膜成纖維細胞(periodontal ligament fibroblasts，PDLFs)的脫落[6]。同時，高糖引發PDLFs出現細胞形態及功能異常，導致結締組織膠原化程度和對Ⅰ型膠原的黏附作用下降，最終影響PDLFs維持牙周屏障的功能。在腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、白介素-6(interleukin 6，IL-6)、白介素-1β(interleukin 1β，IL-1β)等細胞因子的影響下，PDLFs膠原合成減少，降解增多，緩解咀嚼壓力的能力下降，無法對抗細菌及其產物，牙周疾病易感性增加[7]。

1.3 骨組織

高血糖影響正常骨骼代謝過程，可增強破骨作用并抑制成骨，從而影響牙槽骨的吸收。糖尿病小鼠絲線結扎后釉牙骨質界到牙槽嵴頂距離增加，骨質吸收較多。高糖對骨組織的影響還體現在其結構的改變。糖尿病小鼠的骨小梁形態不規則，骨質較薄；牙槽嵴頂較窄，而且邊緣參差不齊，骨組織形態缺陷可能也是其易患牙周炎的原因之一[8-9]。綜上所述，高糖打破成骨-破骨間的動態平衡，進而引起骨質破壞并影響骨免疫系統，最終導致牙周骨組織的形態及結構變化，上述因素共同增加了糖尿病患者的牙周炎易感性。

2 高糖狀態下牙周組織免疫細胞功能變化

2.1 固有免疫細胞功能變化

2.1.1 中性粒細胞 中性粒細胞是機體炎癥反應和免疫應答的主要參與者。血糖升高可刺激骨髓增生，從而導致外周血中中性粒細胞數量增多，但機體抵御外界刺激能力下降，提示可能存在中性粒細胞功能不全[10]。由于在高糖水平下膠原合成障礙，中性粒細胞趨化和吞噬功能降低，還存在凋亡延遲等功能障礙。中性粒細胞趨化功能受損，對內皮細胞的黏附和遷移至炎癥部位的能力下降[11]；吞噬功能不足引起病原菌積累和口腔微生物穩態失衡。中性粒細胞通過自發性凋亡來清除炎性病變，清除微生物后其自身也會被清除，有助于維持體內的穩態；而研究人員發現高糖狀態下人體內中性粒細胞出現凋亡延遲，這會導致感染部位持續存在，局部組織破壞加重[12-13]。在高糖作用下，其他細胞如成纖維細胞中核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)表達被激活，可能引起中性粒細胞向牙周膜富集，使得局部處于過度免疫應答狀態。作為齦溝液膠原酶的主要來源，中性粒細胞釋放的抗菌物質和炎癥介質增多，可促進牙周組織破壞[7,14]。

2.1.2 巨噬細胞 巨噬細胞在糖尿病引起的全身慢性炎癥狀態下分泌大量抗菌物質和細胞因子，引發宿主過度免疫反應，造成牙周組織損傷和血糖控制不佳。巨噬細胞在糖尿病牙周炎的發生發展中起關鍵作用，其功能和表型的調節可作為糖尿病患者防治牙周炎的靶點。巨噬細胞具有M1、M2兩種表型，在高血糖患者牙周組織中M1促炎表型的豐度高于健康者，M1型巨噬細胞分泌多種炎性因子，在牙周病原體入侵后參與并維持局部炎癥水平，導致牙周炎的發生發展[15-16]。有學者發現，在小鼠牙周炎模型中通過C-C基序趨化因子配體(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)調控巨噬細胞M2表型極化，降低M1和M2表型的比率，可有效減少牙槽骨的吸收[17]。近年來有研究發現，高糖可刺激巨噬細胞分泌炎性因子和衰老相關分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)增多，誘發巨噬細胞衰老，導致牙齦功能障礙[18]。巨噬細胞在高糖作用下調控牙齦成纖維細胞分泌基質金屬蛋白酶破壞牙齦膠原纖維，焦亡的巨噬細胞可引起周圍成纖維細胞衰老，加重牙周組織破壞[19-20]。

2.1.3 單核細胞 高糖誘導促炎單核細胞浸潤增多，分泌炎性細胞因子(如TNF、IL-6等)和單核細胞趨化蛋白-1的水平顯著增加，這一過程可能由CCL2介導，抑制CCL2不僅降低炎癥部位單核細胞浸潤程度，還可減少牙槽骨丟失并使牙周組織上皮層增厚，從而減輕炎癥[21]。在高糖作用下，內毒素刺激的單核細胞內Toll樣受體介導的NF-κB通路表達增強，而NF-κB參與多種慢性炎癥性疾病的發生，這與高糖水平下牙周炎的發生也有一定聯系[22]。

Flynn等[23]發現間歇性高血糖也可誘導骨髓造血祖細胞增殖，引起外周循環中單核細胞數量增多。這一過程由葡萄糖轉運蛋白GLUT-1介導，調控中性粒細胞攝取葡萄糖和糖酵解作用增強并誘導S100A8/A9的分泌，后者可與骨髓前體細胞上的晚期糖基化終產物受體結合并促進循環中單核細胞數量增加，尤其是促炎型單核細胞比例上升。這與既往研究一致，慢性牙周炎患者牙齦內促炎型單核細胞所占比例更高，這可能是高糖引發并維持牙周組織炎性狀態的原因之一[24-25]。

2.1.4 其他固有免疫細胞 樹突狀細胞在高糖環境下，通過激活淋巴細胞調節適應性免疫反應，包括上調輔助性T細胞1(T helper cell 1，Th1)和輔助性T細胞17(T helper cell 17，Th17)的表達和減少調節性T細胞的形成[26]。自然殺傷細胞(NK細胞)在高糖環境下，尤其是在血糖控制不佳的環境下細胞活性降低導致NK細胞維持免疫穩態的功能下降，對病原微生物抵抗力變弱，易感性增強[27]。感染發生后，NK細胞在炎癥微環境中產生大量細胞因子和趨化因子，如TNF-α、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子等，激活樹突狀細胞、巨噬細胞和其他免疫細胞；活化的樹突狀細胞、巨噬細胞及炎性因子反過來可以促進NK細胞的細胞毒作用，通過反饋環放大局部炎性級聯反應[28]。作為組織駐留淋巴細胞存在的γδT細胞，是IL-17的重要來源之一，位于上皮基底層，不僅有調節牙齦上皮細胞免疫特性的能力，在維持牙齦完整性方面也有不可或缺的作用。肥大細胞在高糖下分泌的IL-1和IL-33等，可以激活自身產生更多炎性因子加重炎癥水平，還可激活激酶促進胰島素抵抗[29]。

2.2 獲得性免疫細胞功能變化

2.2.1 T淋巴細胞 有研究顯示伴有2型糖尿病的慢性牙周炎患者牙周組織免疫生態位中T淋巴細胞水平較高，主要為Th-17和調節性T細胞[30]。這類患者齦溝液中檢出較高的IL-17濃度，與血糖控制不佳有一定關系[31]。既往研究證明，Th-17淋巴細胞及IL-17水平與牙周疾病嚴重程度呈正相關，與牙周破壞的臨床參數也呈正相關[32]。作為IL-17的主要分泌者之一，Th-17在高糖水平并發牙周疾病中起重要作用。有研究發現糖尿病患者正常牙周組織中促炎細胞因子和趨化因子水平與單純牙周炎患者相當，這可能與T細胞功能和IL-17水平變化相關[33]。這不僅反映了高糖水平下牙周組織中活躍的炎癥過程，更提示T細胞可能在高糖引發牙周組織炎癥中起一定作用，但其具體作用機制仍需進一步研究明確。

2.2.2 B淋巴細胞 在伴有糖尿病的牙周炎患者中，B細胞的功能變化可加重牙周組織破壞。研究表明，在牙周炎患者中高達90% B細胞表達核因子κB受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κ B ligand，RANKL)，而健康牙齦中RANKL陽性的B細胞很少。增殖誘導配體和B淋巴細胞刺激因子介導B細胞的生存、分化和成熟，在糖尿病合并牙周炎患者牙周組織中，B淋巴細胞刺激因子與RANKL的表達呈正相關。RANKL的過表達誘導破骨細胞的形成，從而加重牙周損傷。高糖環境下牙周組織中B淋巴細胞刺激因子過度表達，可能是糖尿病相關性牙周炎發病的關鍵[34]。

2.3 其他發揮免疫功能的細胞

牙齦上皮在防御細菌侵入、抵抗感染性炎癥中發揮不可或缺的屏障作用。炎癥是糖尿病并發癥的重要發病機制，研究發現，高糖可能通過炎性小體促進牙齦上皮細胞(human gingival epithelial cells，HGECs)分泌SASP，從而誘發牙齦上皮炎性衰老[35]。同時，維持牙齦上皮完整性的多蛋白細胞連接復合物水平下降，導致上皮屏障受損，多因素引發的IL-6、TNF-α、IL-1β等水平升高導致牙齦組織功能障礙，從而增加牙周炎易感性。

牙周膜干細胞(periodontal ligament stem cell，PDLSC)在牙周組織再生中起重要作用，體外研究表明PDLSC暴露在高糖環境中增殖能力下降并向破骨細胞分化，使用二甲雙胍可促進PDLSC增殖、遷移和成骨分化，在降低血糖的同時還可促進牙周組織再生[36]。

在高糖的刺激下，人牙周膜成纖維細胞(human periodontal ligament fibroblast，hPDLF)內NF-κB通路被激活，誘導RANKL的生成，促進破骨細胞的形成，從而促進分解代謝，膠原纖維數量減少；與此同時凋亡的hPDLF增加，牙周膜屏障功能受損[37]。

3 高血糖影響牙周組織局部免疫的調控機制

3.1 高血糖可能引發牙周菌群穩態失衡

近年來，關于牙周炎的病因學說逐漸傾向于牙周菌群失調，即口腔菌群平衡被打破，從而引起免疫失調。局部炎癥介質升高影響細菌的代謝，從而引起菌群多樣性和穩定性下降[38]。但目前關于糖尿病患者牙周損傷是否可歸因為宿主反應的變化、細菌致病性的改變或二者的結合尚未形成共識。從宿主反應來看，高糖水平下中性粒細胞的趨化、黏附和吞噬功能受損，免疫穩態失衡，無法防御致病菌的入侵，結締組織中破骨細胞分化引起骨缺損并引發免疫性損傷。另一方面，牙周菌群致病性增強，將糖尿病小鼠口腔細菌移植到對照組小鼠口腔內，可誘導大量中性粒細胞聚集，IL-6、RANKL表達增多。有學者發現，IL-17在糖尿病小鼠牙齦中濃度增長幅度最大，對其進行IL-17抗體注射治療后口腔菌群組成與正常小鼠趨于一致，致病性下降[39]。值得注意的是，尚未發現確鑿的證據表明糖尿病對口腔微生物群有顯著影響。

3.2 高血糖引發牙周組織炎性衰老

炎性衰老是指全身性疾病如糖尿病患者體內衰老伴隨慢性低度炎癥的狀態[40]。患者體內促炎和抗炎反應的平衡被打破，長期處于促炎狀態，促進牙周炎的發生發展。由于糖尿病患者體內活性氧/自由基水平增加，同時抗氧化能力下降，誘導破骨細胞的形成。通過級聯放大反應產生更多自由基，從而加速牙周組織衰老，增加牙周炎易感性[41]。

在高血糖的影響下，齦溝液中炎性因子水平增高，抗炎和促炎細胞因子網絡失衡，導致牙周組織產生病理性炎癥，其特征為IL-1β、IL-6、IL-15、IL-18等基因水平表達增高[42]。炎性因子水平增高與組織衰老互為因果，促炎因子可誘導細胞衰老、激活SASP，從而促進炎性因子的轉錄和表達，這一惡性循環加速了衰老的進程，進而驅動了牙周組織損傷的發生發展。

此外，糖尿病患者體內自由基水平升高，引起端粒DNA和線粒體DNA損傷，血清中8-羥基脫氧鳥苷水平增高[43]，進而誘導DNA復制和翻譯的錯誤，引起點突變或染色體重排。細胞內DNA損傷可引起細胞衰老，從而激活細胞SASP，引發相鄰細胞的DNA損傷反應和SASP的釋放，導致局部炎癥逐漸轉為高血糖相關的全身慢性炎癥。隨著促炎因子表達的增加，細胞衰老后分泌蛋白酶可加速自身衰老，循環往復，促進并維持牙周組織衰老狀態[44]。

自噬是一種細胞內降解系統，將受損或過剩的細胞質傳遞給溶酶，在維持體內炎性平衡和延緩衰老中起關鍵作用，對體內的炎癥反應有負調控作用。而在糖尿病動物模型體內，自噬作用被抑制，其對炎癥的負調控作用下調，導致內源性和外源性激活物的聚集，炎癥介質過度表達，促進細胞炎性衰老，最終加重牙周組織炎癥破壞[45]。

3.3 高血糖對骨免疫系統的影響

骨免疫系統由骨細胞、T細胞、成骨細胞、破骨細胞和骨髓巨噬細胞等參與，以核因子κ B受體活化因子(receptor activator for nuclear factor-κ B, RANK)/RANKL/骨保護素(osteoprotegerin,OPG)系統為橋梁相互聯系。糖尿病小鼠體內骨代謝受損，牙齦組織中OPG表達水平顯著低于野生型小鼠；受機械刺激，抗酒石酸酸性磷酸酶陽性多核細胞數增加，尤其是在牙周韌帶和骨膜區，骨吸收增多。高糖培養的骨細胞成骨相關標志物表達水平顯著降低[46]，而增多的TNF、IL-1β和IL-17等炎性因子，促進成骨細胞分泌RANKL，促進破骨細胞形成，與免疫系統相互作用共同促進骨吸收[47]。目前對于伴糖尿病性牙周炎的治療策略仍以牙周潔治、齦下刮治等機械方法為主，促進牙周組織再生的問題亟待解決，骨免疫系統的提出從免疫調節的角度為防治牙周炎帶來新的思路，如TNF抑制劑、IL-17抗體治療的應用可改善骨再生，減少骨丟失[26]。

3.4 高糖水平下表觀遺傳對牙周炎易感性的影響

表觀遺傳是獨立于DNA序列基因功能的遺傳和生物學變化，主要包括DNA修飾、組蛋白修飾和micro RNA的表達[48]。有學者發現hPDLSC在高糖下DNA甲基化程度增加，成骨分化能力下降，導致牙槽骨喪失和牙周組織再生能力受損，增加了牙周炎易感性[49]。高糖水平調控組蛋白修飾部分DNA可改變其轉錄活性，在宿主受到病原微生物刺激后體內促炎因子轉錄增強，這一現象在血糖恢復正常一段時間后也存在，即“代謝記憶”[50]。目前已有較多關于高糖水平的代謝記憶增加糖尿病并發癥發病率的研究，但其與牙周炎易感性的關系仍未見報道[51]。未來可以此為方向，探究組蛋白修飾在糖尿病相關性牙周炎發病中的作用機制。高糖通過micro RNA的表達調控IL-6、CCL2等炎性因子水平增高，可能引起局部炎性破壞加重。研究發現，外周循環中miR-146a和miR-155可作為檢測糖尿病相關性牙周炎的生物標志物[52]。糖尿病患者體內表觀遺傳學變化進一步闡述了相關并發癥的發病機制，還可作為潛在的治療靶點。

4 小結與展望

隨著技術的發展和研究的深入，糖尿病并發牙周炎的發病機制不斷被揭示。高糖水平引發免疫細胞功能改變、局部菌群失調、牙周組織炎性衰老和表觀遺傳變化等，繼而引發組織形態學的改變，上述因素均會在一定程度上增加牙周疾病的易感性，造成牙周組織損傷。高糖狀態下牙周組織局部炎癥細胞積聚，不僅會加重胰島素抵抗，還會加重牙周組織局部炎癥。因此，針對高糖狀態下免疫細胞功能缺陷、清除炎癥細胞因子的治療方法可能是防治糖尿病患者并發牙周炎的潛在治療策略。