巨噬细胞极化及牙龈卟啉单胞菌对其极化调控的研究进展

于海燕，高爱超，李　娜(综述)，于维先(审校)

(1．吉林大学口腔医学院牙发育及颌骨重塑与再生省重点实验室，长春 130021； 2.吉林大学口腔医院牙周病科,长春 130021)



巨噬细胞极化及牙龈卟啉单胞菌对其极化调控的研究进展

于海燕1,2△，高爱超1,2△，李娜1,2△(综述)，于维先1,2※(审校)

(1．吉林大学口腔医学院牙发育及颌骨重塑与再生省重点实验室，长春 130021； 2.吉林大学口腔医院牙周病科,长春 130021)

摘要：牙龈卟啉单胞菌(Pg)是慢性牙周炎的重要病原菌，其毒力部分来自细菌细胞壁及产物，如脂多糖、菌毛、荚膜多糖和牙龈蛋白酶。这些化学成分在诱导宿主先天和后天的免疫反应中起重要的作用，如诱导巨噬细胞的极化和炎性细胞因子的释放。极化的巨噬细胞对炎症的进展、组织的破坏和炎症的抑制、损伤组织的修复与重建等具有重要作用。该文就巨噬细胞的极化特点以及Pg对巨噬细胞极化的影响进行综述，为牙周病的防治寻找新的途径。

关键词：巨噬细胞；极化；牙龈卟啉单胞菌

牙周炎是以牙周结缔组织破坏和牙槽骨吸收为特点的慢性炎症性疾病，牙周炎患者牙周组织被密集的炎性细胞浸润，其中包括单核巨噬细胞，在微生物及其产物的作用下，单核巨噬细胞通过其分泌的介质在宿主炎症反应中起重要的调节作用。牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,Pg)是公认的牙周病重要致病菌[1]，为革兰阴性厌氧菌。其毒力因子有脂多糖、菌毛、荚膜多糖、牙龈素等，可诱导巨噬细胞表型与功能的活化，从而产生多种炎性介质，引起牙周组织损伤而致牙周炎症的启动与发展。现就巨噬细胞极化及Pg对其极化调控的研究进展予以综述。

1巨噬细胞极化

巨噬细胞是组织固有免疫的重要成员，在生理状态下，巨噬细胞可通过清理细胞碎片产生营养因子，并通过抑制过度的免疫炎症反应来维持组织内环境的稳态。在感染和组织损伤状态下，巨噬细胞可通过杀伤病原菌和分泌细胞因子、趋化因子等发挥宿主免疫防御作用。此时，由于病原菌和细胞因子等在组织内的表达，组织微环境发生变化，具有多能性的巨噬细胞被活化表现出一系列不同的功能特性，根据诱导途径和表型不同将它们的两个极端状态称为M1和M2型巨噬细胞：通过经典途径活化的巨噬细胞为M1型巨噬细胞，通过选择性途径活化的巨噬细胞为M2型巨噬细胞。

M1型巨噬细胞可由干扰素、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子、脂多糖和其他微生物产物诱导形成[2]，能有效地杀死微生物、分泌炎性细胞因子,但同时有可能引起间接性的组织损伤。M1型巨噬细胞主要表现为白细胞介素(interleukin,IL)12、IL-23的高表达，诱导性一氧化氮合酶的特征性表达[3]。其次，M1效应分子还有肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-1、IL-15、IL-6、活性氧中间体、活性氮中间体。

M2型巨噬细胞可由IL-4/13、IL-10、转化生长因子β、糖皮质激素和免疫复合物等诱导形成，能抑制炎症反应，促进组织修复和伤口愈合[4]。 M2型巨噬细胞主要表现为 IL-10的高表达，精氨酸酶1的特征性表达。其次，M2效应分子还有清道夫受体、生长因子、单核细胞趋化蛋白1、Th2趋化因子(CCL18和CCL22)等。

2Pg感染诱导巨噬细胞极化

虽然脂多糖和菌毛一般被认为是Pg的主要致病因子，但是宿主防御系统对于整个细菌的反应可能有别于单一毒力因子，从而启动一个不同的免疫反应。Zhou等[5]研究表明，Pg菌诱导的小鼠腹膜巨噬细胞产生的细胞因子与单纯的脂多糖和菌毛诱导有所不同，这在体内经过进一步实验得到了类似的结果。体外研究表明，单一毒力因子和完整Pg调节M2效应分子单核细胞趋化蛋白1和M1效应分子IL-6 mRNA的表达是不同的。以下分别对Pg的4种毒力因子对巨噬细胞极化的作用进行综述。

2.1脂多糖在巨噬细胞极化中的作用脂多糖是革兰阴性菌外膜的主要成分，是单核巨噬细胞向M1表型极化的强大诱导剂[6]。Hamedi等[7]在体外培养过程中发现，Pg的脂多糖能促进单核细胞释放多种促炎性因子，其中包括TNF-α，而TNF-α是M1型巨噬细胞极化的主要诱导因子。Pg的脂多糖是人Toll样受体2(Toll-like receptors 2，TLR2)的激动剂，能抑制宿主的免疫炎症反应。TLR2的激活通过磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B途径抑制核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)p65的释放，从而减少巨噬细胞IL-12的释放，IL-12的高表达同时也是M1型巨噬细胞的表型特征。相反，Pg的脂多糖也会通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途径，激活细胞外信号调节激酶 1/2信号，促进IL-10的释放，IL-10的高表达又是M2型巨噬细胞的表性特征[8]。Pg的脂质A通过五酰基化异构发挥激动TLR4的功能，五酰基化的脂质A与脂多糖结合蛋白和CD14形成复合物，使巨噬细胞表面的TLR4-髓样分化蛋白2被激活，进而通过信号转导及转录激活因子1信号途径启动巨噬细胞的M1型极化。脂多糖刺激巨噬细胞产生诱导性一氧化氮合酶可被神经调节素受体蛋白1抑制，此作用可能是由于转录因子CCAAT增强子结合蛋白β的泛素化激活巨噬细胞的M2表型[9]。Kang等[10]发现，脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞分泌一氧化氮、干扰素γ、前列腺素E2和IL-6等可被从肉豆蔻中分离的二芳基壬烷抑制，二芳基壬烷通过抑制NF-κB 抑制蛋白激酶的磷酸化、IκBα的磷酸化与降解、NF-κB的核转录来抑制脂多糖诱发的NF-κB的激活。

2.2菌毛在巨噬细胞极化中的作用菌毛为细胞表面存在的比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物，介导细菌对宿主细胞和各种口腔底物、分子的黏附。它们在外周白细胞的趋化、细胞因子的分泌和炎症相关信号通路的激活中扮演了重要角色。在巨噬细胞吞噬病原体的过程中，Pg的菌毛具有重要意义,并为进一步研究Pg感染和宿主细胞之间的相互作用奠定基础。Ogawa等[11]研究发现，Pg的菌毛和由菌毛亚基蛋白组成的活性肽ALTTE通过两种途径促进IL-6的释放，一种途径是通过p38MAPK的磷酸化，活化NF-κB途径，启动IL-6基因转录，从而促进IL-6 mRNA的表达。另一种途径为TLR2和CD14分子诱导IL-6的释放，在此过程中脂多糖结合蛋白可协助Pg菌毛和CD14之间的相互作用。IL- 6在炎症反应中发挥促炎作用，主要由M1型巨噬细胞分泌，M2型巨噬细胞不分泌。与CD14激活TLR2途径不同，趋化因子受体4抑制小鼠巨噬细胞表面的TLR2途径，Pg的菌毛可诱导趋化因子受体4介导的环腺苷酸依赖的蛋白激酶A活化，进而抑制TLR2引起的NF-κB途径激活，NF-κB是巨噬细胞向M1表型极化过程中的关键分子，NF-κB的活性抑制则介导了巨噬细胞向M2表型的极化[12-13]。研究证实，在炎症后期，p50 NF-κB二聚体抑制NF-κB驱动的M1巨噬细胞的极化以及干扰素β的表达，并促使巨噬细胞向M2型极化[14]。Hajishengallis等[15]研究表明，Pg的CDE型菌毛结构可与C3补体蛋白受体结合，激活细胞外信号调节激酶1/2，促进IL-10 mRNA的表达，抑制IL-12 mRNA的表达，IL-10和IL-12均为M1型巨噬细胞的表面标志物。

2.3荚膜多糖在巨噬细胞极化中的作用荚膜多糖又称K抗原，是Pg的一个重要致病因子，可刺激巨噬细胞分泌多种炎性介质，也可在一定程度上抑制巨噬细胞的免疫炎症反应。Pg的荚膜多糖具有K1~K6六个血清型。Yamaguchi等[16]在小鼠巨噬细胞与Pg的荚膜多糖共培养的过程中发现，K1型菌株刺激巨噬细胞产生趋化因子的能力最强。Vernal等[17]研究发现，所有的Pg荚膜血清型均可诱导M1型细胞因子的表达，K1与 K2血清型的荚膜多糖可诱导IL-1β、IL-6、IL-12p35、IL-12p40和干扰素γ高表达。

2.4牙龈蛋白酶在巨噬细胞极化中的作用牙龈素是Pg合成并分泌的一种牙龈蛋白酶，属梭菌蛋白酶家族，是Pg的主要毒力因子之一。牙龈素可分为两种：牙龈蛋白酶R(gingipain R，Rgp)和牙龈蛋白酶K(gingipain K，Kgp)，Rgp又包括RgpA和RgpB 两种形式。Rgp和Kgp具有C5 转化酶活性，可裂解C5为具有生物活性的C5a，C5a通过细胞外信号调节激酶和磷脂酰肌醇3激酶依赖的途径，引发下游级联反应启动M2表型的相关基因转录，负向调节TLR4和CD40诱导的M2型巨噬细胞IL-12家族细胞因子(IL-12和IL-23)的合成[18]。牙龈素的黏附单位可显著上调巨噬细胞M1型促炎性细胞因子的表达，Fitzpatrick等[19]将活性和非活性形式的高分子量牙龈素作用于巨噬细胞，通过基因芯片、聚合酶链反应和酶联免疫吸附试验等方法检测到干扰素γ、IL-1β、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子等促炎性细胞因子的释放显著增加,认为牙龈蛋白酶诱导巨噬细胞分化并高分泌IL-1β的过程涉及分解蛋白的机制。Grenier等[20]提出无论是活性还是热失活的Kgp均可活化巨噬细胞，使其TNF-α的释放增加，并呈剂量依赖性，而Kgp活化巨噬细胞释放的IL-8并无剂量依赖性。p38αMAPK的抑制剂SB203580可不同程度地降低TNF-α和IL-8的释放量，提示巨噬细胞可通过MAPK途径促进Kgp活化。M2型巨噬细胞也可通过MAPK的细胞外调节激酶通路的调节作用，在免疫反应的后期明显增多。

3结语

Pg感染后，其多种毒力因子一方面可直接造成牙周组织的损伤，另一方面可诱导M1型巨噬细胞的活化，分泌多种促炎性细胞因子，引发宿主的免疫损伤。Pg在某种程度上也可抑制M1的表达，诱导M2型巨噬细胞的抗炎效应，有利于损伤牙周组织的修复与重建。最新的研究表明，慢性牙周炎主要是由宿主的免疫应答引起的，了解巨噬细胞的极化特点，调节M1与M2型极化状态，探讨Pg在牙周炎发生、发展作用的详尽机制，可以此为靶点为牙周病的防治提供新的思路。

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The Research Progress in Polarization of Macrophage and the Effect of Porphyromonas Gingivalis on the Macrophage Polarization

YUHai-yan1,2,GAOAi-chao1,2,LINa1,2,YUWei-xian1,2.

(1.KeyLaboratoryofToothDevelopmentandJawBoneRemodelingandRegeration,SchoolofStomatology,JilinUniversity,Changchun130021,China; 2.DepartmentofPeriodontics,StomatologyHospital,JilinUniversity,Changchun130021,China)

Abstract:Porphyromonas gingivalis(Pg) is an important pathogen of chronic periodontitis,and cell wall and products of the bacterium,such as lipopolysaccharides,fimbriae,capsule polysaccharide and gingipains are the virulence factors.These factors play an important role in the induction of innate and acquired immune response,such as the polarization of macrophages and the release of inflammatory cytokines.Polarized macrophages play an important role in the progress of inflammation,tissue damage,inhibition of inflammation,restoration and reconstruction of damaged tissue.So in order to find a new way for the treatment of periodontitis,here is to make a review of the polarization characteristics of macrophage and the effect of Pg on the macrophage polarization.

Key words:Macrophage; Polarization; Porphyromonas gingivalis

收稿日期：2014-03-20修回日期：2014-08-04编辑：伊姗

基金项目：吉林省自然科学基金(201115104)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.014

中图分类号：R781.4； R392

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)07-1187-03