细胞间黏附分子－1与牙周炎的关系

侯 萌，王 苹，魏玲玲 综述;宋 晖 审校

(山东大学口腔医学院特诊科，山东省口腔生物医学重点实验室，山东济南 250012)

牙周炎是发生在牙周组织中的一种慢性非特异性感染性疾病，是目前成年人失牙的主要原因。研究表明，尽管菌斑微生物及其产物是牙周病的始动因子，但牙周组织的破坏却主要源于牙周致病菌及其毒性产物所诱发的宿主免疫炎性反应。牙周炎的主要病理特点是局部病变区域中大量免疫活性细胞的浸润、迁移和驻留，而且该过程主要依赖于血管内皮细胞、免疫活性细胞及成纤维细胞等细胞中黏附分子表达，如:细胞间黏附分子 －1(ICAM－1)、血管细胞黏附分子－1(vascular cell adhesion molecule－1，VCAM－1)、E－选择素(E－selectin)等。其中，ICAM－1在介导免疫细胞的粘附和聚集等方面具有重要作用，其在牙周炎症中的作用也越来越被广泛关注。

1 ICAM－1的结构、功能及其调控途径

1.1 ICAM－1的分子结构和功能

一个细胞与另一细胞的表面或细胞外基质结合的现象称为细胞黏附，而这一结合的过程主要依赖于细胞黏附分子的表达，其中，细胞间黏附分子－1(ICAM－1)，也称为CD54，属于免疫球蛋白超家族(immunoglobulin superfamily)，是免疫细胞行使细胞粘附功能的分子基础。

ICAM－1为19号染色体基因编码的一种单链跨膜糖蛋白，由三部分组成:①胞外区，肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别;②跨膜区，多为一次跨膜;③胞质区，肽链的C端部分，较小，与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。在生理情况下，仅有少量无活性的ICAM－1表达于白细胞和内皮细胞表面，可在某些致炎因子刺激下被激活，并通过与配体结合而发挥黏附作用。ICAM－1的主要配体为整合素家族β2组的淋巴细胞功能相关抗原 －1(lymphocyte function antigen－1，LFA－1)和巨噬细胞抗原复合体(macrophagous antigen compounds，Mac－1)。ICAM－1 与配体结合后可使白细胞从血管中跨过内皮细胞迁移至炎症部位，并通过提高T细胞的敏感性，稳定细胞间的黏附，从而促使T细胞活化;静止的B细胞则可通过ICAM－1与活化的T细胞黏附，使后者得以向B细胞传递活化信号，分化为浆细胞而产生抗体［1］;同时ICAM－l表达增高还可增强单核细胞的抗原递呈作用。在免疫应答的效应阶段，ICAM－1除参与介导细胞毒性T淋巴细胞(CTL)对靶细胞的杀伤作用外，在巨噬细胞、NK细胞、K细胞、LAK细胞等对靶细胞的非特异性杀伤过程中也起一定作用。由此可见，ICAM－1在机体的炎症反应和免疫应答过程中扮演了重要的角色［2］。

1.2 ICAM－1的调控途径

ICAM－1的表达依赖于转录因子的激活。核因子(nuclear factor，NF)－KappaB 系统和丝裂原活化的蛋白激酶(mitogen－activated protein kinase，MAPK)信号通路被认为是细胞内调控ICAM－1的两个重要信号通路。其中NF－κB是一种基因调控蛋白，通常以无活性的形式存在于细胞浆中，对于ICAM－1的调节起着核心作用。NF－κB可被炎性刺激(细胞因子，细菌或细菌毒素等)诱导激活:当细胞受到刺激时，刺激信号通过细胞表面的受体传导至细胞内，这时NF－κB的抑制蛋白I B(inhibitor B)成为蛋白酶体－l降解的靶标而被迅速磷酸化水解，使之与NF－κB解离;NF－κB的核定位序列暴露后，随即转移至细胞核中，并通过与靶基因特定序列的κB位点结合而启动基因转录。已有的研究显示，ICAM－1基因启动子上有一个基本的NF－κB位点，因此属于NF－κB的调控基因［3］。

MAPK是广泛存在于细胞中的一条信号转导途径，由一组以级联方式依次活化的丝/苏氨酸蛋白激酶组成。作为 MAPK家族成员之一，p38MAPK途径可被炎症细胞因子(TNF－α、IL－l)、应激刺激(热休克、高渗环境、蛋白合成的抑制剂、缺血/再灌注等)以及脂多糖和G+细菌细胞壁成分等因素激活。活化的 p38转移至细胞核内，并作用于核内的转录因子，从而引起转录的激活。在对肺泡内皮细胞的ICAM－1进行研究时发现，肺泡内皮细胞在 LPS(脂多糖)和肿瘤坏死因子 －α(TNF－α)的作用下，细胞内 p38的活动性与ICAM－1的调节密切相关;而在对有毒和无毒的牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis，P.g)菌株进行研究时则发现，P.g对于上调ICAM－1在内皮细胞中的表达是通过诱导p38磷酸化，降解IκB继而激活NF－κB系统而实现的，但阻断p38MAPK途径并不能降低ICMA－1的表达上调，因此其具体机制尚不清楚［2，4－7］。

2 ICAM－1在牙周组织中的分布

研究显示，ICAM－1在健康和炎症牙周组织、血管内皮细胞中均有表达。ICAM－1在结合上皮和牙周袋内壁上皮细胞中的表达提示，ICAM－1及其LFA－1配体不仅参与白细胞穿越血管内皮细胞，并向局部牙龈炎症部位浸润的过程;而且还参与了白细胞通过结合上皮/袋内壁上皮细胞迁移至龈沟或牙周袋的过程［8］。

2.1 ICAM－1在上皮细胞中的表达

ICAM－1免疫组化染色观察发现，健康牙龈组织结合上皮的表层细胞中ICAM－1的染色最强，自表层向基底层的染色强度逐渐减弱;在牙周炎和正常的沟内/袋上皮冠部以及口腔龈上皮中均呈阴性表达。众所周知，结合上皮是牙周炎发生的初始部位，其组织结构在牙周组织中也较为特殊。Crawford等的研究显示，ICAM－1在健康者的结合上皮中以及牙周病患者的袋内壁中都有较高的表达，但在袋外侧的口腔龈上皮角质形成细胞中未检测到ICAM－1的表达;ICAM－1在结合上皮中的表达从基底层到表层呈密度梯度增加，与炎症浸润程度相一致;该结果提示，ICAM－1通过与受体结合介导白细胞跨过结合上皮迁移到达龈沟，从而发挥免疫效应［9］。Tonetti指出，ICAM－1的密度梯度表达以及IL－8在上皮表面的高表达对于诱导中性粒细胞进入龈沟发挥免疫效应起重要的作用，这一过程可被特定的细菌－角质细胞相互作用诱发;过多的中性粒细胞穿越结合上皮则会对其组织结构造成一定程度的破坏，从而使结合上皮退缩消失［10］。

2.2 ICAM－1在牙龈成纤维细胞中的表达

牙龈成纤维细胞(Human Gingival Fibroblasts，HGF)是牙龈结缔组织的主要细胞，对维持牙龈组织结构的完整性及其炎症损伤的修复等均具有重要作用。Yoshitaka等发现，HGF能被牙周致病菌诱导而过表达ICAM－1，免疫组化染色结果显示:ICAM－1不仅在牙周炎组织的HGF中有表达，在正常牙周组织中也有一定的表达，但牙周炎组的表达水平明显高于正常组［11］。在健康人群中由于龈沟内正常菌群的长期慢性刺激，使牙龈免疫系统处于防御状态，故HGF可表达少量的ICAM－1;而在受到牙周致病菌的刺激时，HGF则过度表达ICAM－1，并通过ICAM－1/IFA－1途径使大量淋巴细胞聚集到炎症部位，从而诱导表达IL－1α、IL－1β、IL－8mRNA等参与牙周组织的破坏过程。由此可见，ICAM－1在成纤维细胞中的表达可能对于牙周炎中的白细胞的迁移和聚集有重要作用。

2.3 ICAM－1在成骨细胞中的表达

近年来对破骨细胞的研究发现，ICAM－1的表达是介导破骨细胞成熟的重要因素。成骨细胞膜表面的ICAM－1不仅能促进其与周围细胞的黏附，更重要的是可作为一种转导活化信号，使ICAM－1的表达水平在一定程度上反映出成骨细胞促进破骨细胞分化成熟的能力;在此过程中ICAM－1与其配体所介导的黏附作用可能是必要条件［12－13］。

3 ICAM－1在炎性牙周组织中表达的调节

在牙周炎中，ICAM－1及其配体的表达增强能促进炎症细胞的聚集和增殖、活化，并分泌多种前炎性细胞因子，而这些细胞因子又能在局部诱导ICAM－1的产生，这个过程被称为“内至外信号调节”(inside－to－outsignaling)。在炎性牙周组织中，由浸润的白细胞产生的 IL－1β、TNF－α、IFN－γ 等炎性细胞因子含量升高，从而使牙龈成纤维细胞中ICAM－1的表达上调。其中 IL－1、IL－10、IFN－γ 等可激活一个或多个信号传递系统，并通过转录因子NF－κB或其他途径调节ICAM－1的表达;TNF－α可通过诱导蛋白激酶C磷酸化反应或通过影响NF－κB的活性来调节ICAM－l基因的表达;除此之外，炎性因子还可通过对MAPK系统的激活来调控ICAM－l的表达［14］。以上结果表明，在牙周炎病理进程中，炎性因子水平及不同因子之间的平衡对于ICAM－1的表达具有重要意义;同时这也意味着，炎性因子对牙周病病理变化过程中的免疫活性细胞的聚集和迁移具有重要意义。

除自身分泌的炎性因子外，牙龈成纤维细胞在暴露于牙周致病菌提取物的状态下也会使ICAM－1高水平表达。P.g是目前公认的慢性牙周炎的重要可疑致病菌，其多种毒性因子均可通过刺激牙周组织产生多种细胞因子而诱发炎症反应。除此之外，P.g还能通过菌体本身的成分，以剂量和时间依赖的方式诱导牙龈血管内皮细胞表达ICAM－1，如 P.g 的菌丝可通过 Toll－like receptor 2(TLR2)诱导NF－κB的激活，从而上调 ICAM－1的表达;由此推断，P.g诱导ICAM－l的表达可能是牙周病早期炎细胞黏附和移出的重要机制之一［15］。

4 ICAM－1在伴有全身性疾病的牙周炎中的作用

任何疾病都不是独立存在的，牙周炎也不例外。越来越多的研究表明，牙周病与全身健康和疾病有着双向的密切关联。有研究发现，牙周感染是冠心病(coronary heart disease，CHD)、中风和心肌梗死高发的重要危险因素;例如，患重度牙周炎的冠心病患者的猝死率是非牙周炎患者的两倍，而患中风的概率则要高出三倍［16］。slCAM－l(soluble intercellular adhesion molecule－1)作为CHD事件的一种预测因子，由Hwang等首次提出［17］。slCAM－l是由膜型ICAM－1通过蛋白酶裂解脱落而产生的，其总体结构与膜型ICAM－1胞外区结构相似。Marcaccini等［18］报道，牙周炎患者血清中的sICAM－1水平明显高于健康对照组;而血液中sICAM－l水平的升高可激活血循环中的白细胞，并可导致白细胞与血管内皮细胞之间的黏附，从而损伤血管内皮细胞，引发动脉粥样硬化过程。Collins等的研究也显示，敲除小鼠的sICAM－1基因可减少动脉粥样硬化斑块的发展［19］。由此可推断在牙周炎导致的CHD危险因素中，ICAM－l可能充当了重要角色，也是牙周炎与CHD相关性的生物学基础之一。

5 小结

细胞黏附分子在炎症性疾病的发生与发展中起着重要作用，同时也是多种疾病的重要生物标志物之一。国内外对于ICAM－1的研究较多，主要集中在不同病症中ICAM－1的表达状况以及影响ICAM－1表达的因素等方面，并由此进而探讨ICAM－l的临床意义。ICAM－1对于中性粒细胞和淋巴细胞向炎性牙周组织的迁移、浸润、驻留以及纤维结缔组织、骨组织的破坏过程中具有重要作用，而这两者又被视为决定牙周炎预后的决定因素。因此，抑制ICAM－l的表达，降低局部炎性免疫反应，已成为牙周炎治疗的有效措施之一。Wolfgang等发现，反义寡核苷酸(AS－ON)可抑制由IL－1β诱导的ICAM－1的基因表达，从而提出牙周局部应用AS－ON抑制ICAM－1的表达可成为新的切入点［19］。另有研究发现，在牙周炎患者龈沟液中的sICAM－1分子随着牙周致病菌量及炎症程度的加重而增加;而经治疗后的牙周炎患者，其龈沟液中的sICAM－1的表达明显下降;并由此提出:龈沟液中的sICAM－l水平升高可被视为炎症或组织破坏的结果，同时龈沟液中的sICAM－1水平含量亦可作为评价牙周炎症状况的一项较为敏感的客观指标［21－22］。

［1］Reglero－Real N，Marcos－Ramiro B，Millain J.Endothelial membrane reorganization during leukocyte extravasation.Cellular and Molecular Life Sciences Cell［J］.Life Sci，2012，69(18):3079－3099.

［2］Hosokawa Y，Hosokawa I，Ozaki K，et al.Cytokines differentially regulate ICAM－1 and VCAM－1 expression on human gingival fibroblasts［J］.Clinical Experimental Immunol，2006，144(3):494－502.

［3］Kasprzak A，Surdacka A，Tomczak M，et al.Role of high endothelial postcapillary venules and selected adhesion molecules in periodontal diseases:a review ［J］.J Periodont Res，2013，48(1):1－21.

［4］Hayashi J，Saito I，Ishikawa I ，et al.Effects of cytokines and periodontopathic bacteria on the leukocyte function associated antigen 1/intercellular adhesion molecule/pathway in gingival fibroblasts in adult periodontitis［J］.Infec Immun，1994，62(12):5205－5210.

［5］Ichikawa T，Sugiura H，Koarai A，et al，25－Hydroxycholesterol promotes?broblast－mediated tissue remodeling through NF－kB dependent pathway ［J］.Exp Cell Res，2013，319(8):1176－1186.

［6］Zhang D，Zheng H，Zhao J，et al.Porphorymonas gingivalis induces intracellular adhesion molecule－1 expression in endothelial cells through the nuclear factor－ kappaB pathway，but not through the p38 MAPK pathway［J］.J Periodont Res，2011，46(1):31－38.

［7］Park HJ，Jeong SK，Kim SR，et al.Resveratrol inhibits porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide－induced endothelial adhesion molecule expression by suppressing NF－κB activation［J］.Arch Pharm Res，2009，32(4):583 －591.

［8］Cao JJ，Wronski TJ，Iwaniec U，et al.Aging increases stromal/osteoblastic cell－induced osteoclastogenesis and alters the osteoclast precursor pool in the mouse［J］.J Bone Miner Res，2005，20(9):1659－1668.

［9］Crawford JM.Distribution of ICAM－1，LFA－3 and HLA－DR in healthy and diseased gingival tissues ［J］.J periodont Res，1992，27(2):291－298.

［10］Tonetti MS，Imboden MA，Lang NP.Neutrophil migration into the gingival sulcus is associated with transepithelial gradients of interleukin－8 and ICAM－1［J］.J Periodontol，1998，69(10):1139－1147.

［11］Hosokawa Y，Hosokawa I，Ozaki K，et al.Oncostatin M synergistically induces CXCL10 and ICAM－1 Expression in IL－1b －Stimulated－Human gingival fibroblasts［J］.J Cellular Biochemistry，2010，111(1):40 －48.

［12］Cheung WY，Simmons CA，You L.Osteocyte apoptosis regulates osteoclast precursor adhesion via osteocytic IL－6 secretion and endothelial ICAM－1 expression［J］.Bone，2012，50(1):104－110.

［13］Bloemen V，Schoenmaker T，de Vries TJ，et al.IL－1β favors osteoclastogenesis via supporting human periodontal ligament fibroblasts［J］.J Cell Biochem，2011，112(7):1890 －1897.

［14］Andreak，Hubbard，Robert Rothlein.Intercellular adhesion molecule－1(ICAM－1)expression and cell signailing cascades［J］.Free Radical Biology＆ Medicine，2000，28(9):1379 －1386.

［15］Tamai R，Asai Y，Ogawa T.Requirement for intercellular adhesion molecule 1 and caveolae in invasion of human oral epithelial cells by porphyromonas gingivalis［J］.Infection Immun，2005，73(10):6290－6298.

［16］Williams RC，Offenbacher S.Periodontal medicine:the emergence of a new branch of periodontology［J］.Periodontology，2000，2000;23:9－12.

［17］Hwang JH，Ahn JS，Kim SD，et al.The changes of serum soluble intercellular adhesion molecule－1 after systemic steroid treatment in vitiligo［J］.J Dermatol Sci，1999，22(1):11 －16.

［18］Marcaccini AM，Meschiari CA，Sorgi CA，et al.Circulating interleukin－6 and high－sensitivity C－reactive protein decrease after periodontal therapy in otherwise healthy subjects［J］.J Periodontol，2009，80(4):594－602.

［19］Collins RG，Velji R，Guevara NV，et al.P－Selectin or intercellular adhesion molecule(ICAM)－1 defi－ciency substantially protects against atherosclerosis in apolipo－protein E－deficient mice［J］.J Exp Med，2000，191(1):189 －194.

［20］Nedbal W，Tomakidi P，Lehmann MJ，et al.Antisense－media-ted inhibition of ICAM－1 expression:a therapeutic strategy against inflammation of humanperiodontal tissue［J］.Antisense Nucleic Acid Drug Dev，2002，12(2):71 －78.

［21］Marcaccini AM，Meschiari CA，Sorgi CA，et al.Circulating interleukin－6 and high－sensitivity C－reactive protein decrease after periodontal therapy in otherwise healthy subjects［J］.J Periodontol，2009，80(4):594 －602.

［22］Witkowska AM，Borawska MH.Soluble intercellular adhesion molecule－1(sICAM－1):an overview［J］.Eur Cytokine Netw，2004，15(2):91－98.