巨噬细胞表型转换影响种植体骨结合的研究进展

王欣，王兴

(山西医科大学口腔医学院·口腔医院,太原030001)

近年来，钛种植体已成为牙列缺损、缺失的首选修复手段。研究显示，种植体的早期松动常导致种植手术失败，骨结合不良被认为是其中的重要原因。近年来，多项研究发现种植体材料、形态设计、种植窝条件、表面处理技术等因素均会显著影响种植体的骨结合，但骨结合的生物调控机制尚未完全清楚，关于巨噬细胞表性转换与种植体骨结合间的相互影响成为热门研究方向。研究发现，骨组织中的巨噬细胞在不同微环境下其生物学功能有显著差异，是骨组织再生修复的重要影响因素。巨噬细胞可根据其表面特征和分泌的细胞因子分为两种不同表型，即经典活化的M1型和选择性活化的M2型，而且这两种表型可以互相转化，调节骨髓间充质干细胞的成骨分化和破骨细胞的成熟。当机体的骨损伤开始修复时，巨噬细胞大多从促炎M1型转变为抗炎M2型；在感染的情况下，M2型转化为M1型，表型转化短至3 d[1]。在种植体周围，长期高比例的M1型巨噬细胞浸润会导致骨质破坏和植入物松动；M2型巨噬细胞高比例浸润将修复受损组织并抑制炎症，这有利于种植体骨结合的形成[2]。然而，不同种植条件对巨噬细胞表型转换的影响，表型转换后的巨噬细胞通过哪些途径影响种植体的骨结合，目前缺少归纳和总结。因此，本文重点综述了巨噬细胞表型转换影响种植体骨结合的相关机制，介绍并展望了种植体表面改性技术通过调控巨噬细胞表型，提高种植体周骨结合的研究进展。

1 巨噬细胞参与种植体骨结合全过程

种植体骨结合的过程可分为血肿期、炎症期、增殖期和改建期4个阶段，巨噬细胞在骨结合的不同阶段中的功能有明显差异。在血肿期，血液中的血小板及补体蛋白与种植体充分接触，血肿逐渐凝结为血凝块，种植体表面被血凝块包围。2～4 d后进入炎症期，大量巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞在植体周围募集，种植体表面纤维蛋白原基质层形成。此时，M1型巨噬细胞分泌细胞因子，如肿瘤坏死因子(TNF)、白细胞介素1(IL-1)、IL-6，发挥促炎作用[3,4]；初期表现为急性无菌性炎症，其后逐渐表现为慢性纤维反应，启动组织修复作用。随着机体炎症进一步发展，巨噬细胞吞噬作用消耗中性粒细胞凋亡，巨噬细胞浸润于种植区周围。在术后4周，其进入炎症的维持阶段。炎症的维持期出现成骨细胞和破骨细胞代谢旺盛，在骨吸收与骨重建中表现出动态平衡。发挥抗炎作用的M2型巨噬细胞通过分泌IL-10等抗炎性因子发挥作用，部分M1型巨噬细胞会向M2型转换或凋亡，从而促进骨细胞的增殖和骨组织的再生。12周后，种植体骨整合趋向成熟，重建后血管化骨与种植体紧密接触。Pape等[5]通过注射AP20187二聚化合物消融巨噬细胞，发现骨形成显著减少，膜内骨化及软骨内骨化均无法形成成熟的骨组织。

2 巨噬细胞表型转换影响种植体骨结合的机制

适度炎性细胞因子可促进骨结合，但过度炎症会造成骨组织的过度破坏吸收，不利于骨与种植体的结合。因此，调节巨噬细胞表型转换，调节单核巨噬细胞向M1型、M2型巨噬细胞极化的相对比例，诱导巨噬细胞向抗炎M2型巨噬细胞极化来促进种植体骨结合，对种植体骨结合的形成至关重要[6]。

2.1 M1型巨噬细胞对种植体的影响 幼稚巨噬细胞经辅助性T细胞(Th1)分泌的革兰阴性菌脂多糖和干扰素γ来激活并转化为M1型巨噬细胞，具有促进炎症反应进行的作用[7]。钛植体植入牙槽窝后，在炎症反应区大量募集M1型巨噬细胞，其分泌TNF、IL-1、IL-6及其他促炎细胞因子吞噬细胞以消除病原体，它还产生一氧化氮合成酶(NOS)和原血小板碱性蛋白，M1型巨噬细胞在宿主防御和病原体清除中起主导作用。

糖尿病是由于各种原因引起体内血糖升高导致的代谢紊乱性疾病，在口腔内主要表现为牙槽骨丧失以及骨质疏松，影响种植体骨结合[8]。Liu等[9]研究发现，高血糖动物模型表现创口愈合不良等症状，种植体骨结合率比对照组低约30%；体内持续保持高血糖状态会对骨代谢、创伤修复等产生直接或间接影响，并降低骨内植入物的骨结合率。糖尿病患者体内的巨噬细胞中存在着明显的表型比例失调，促炎M1型巨噬细胞较抗炎M2型占很大比例[10]。植入物种入种植窝后，血液中的单核巨噬细胞迅速分化为成熟的M1型巨噬细胞，随之分泌IL-1及氧自由基，激活其他免疫细胞增强炎症反应，此分化方向不利于种植体愈合。

牙龈卟啉单胞菌(Pg)不仅是牙周炎的关键病原体，也是种植体周围炎的关键病原体。在将植入物种入牙槽窝后，Pg产生牙龈蛋白酶、脂多糖，并利用菌毛调节原始巨噬细胞向M1型巨噬细胞极化。同时M1型巨噬细胞受到牙龈蛋白酶C5aR-TLR2信号通路交叉对话的负调节，上调IL-1、IL-6促炎因子的产生，这一系列反应将引起牙周组织的局部炎症浸润并造成相应部位牙槽骨质的吸收。

2.2 M2型巨噬细胞对种植体的影响 在伤口愈合和组织重建期间会激活单核巨噬细胞向M2型极化，主要分泌IL-4、IL-10、IL-13和转化生长因子β，表面标志物是辅助性T细胞(Th2)、精氨酸酶1。M2型巨噬细胞对炎症反应起抑制作用，其在血管生成、肿瘤浸润生长及组织修复重建中发挥正向促进作用[11]。M2型巨噬细胞可进一步分为由IL-4或IL-13诱导的M2a型，免疫复合物诱导的M2b型及糖皮质激素、IL-10等诱导的M2c型。M2c巨噬细胞主要负责机体免疫调节和凋亡细胞的吞噬作用。

研究发现，高比例的M2型巨噬细胞在组织修复和抑制炎症方面的作用，更加有利于种植体骨结合[2]。植入种植体后，极化后的M2型巨噬细胞将释放血管内皮生长因子，促进血管形成，同时分泌血小板源性生长因子(PDGF)和骨形态发生蛋白2，促进骨髓基质干细胞的迁移归巢和成骨分化，促进骨基质形成以修复缺损组织[12,13]。

3 种植体表面修饰对巨噬细胞表型转换的影响

在种植体表面进行理化及生物改性，可通过调控巨噬细胞表型转换，影响种植体骨结合。

3.1 物理改性 Nagasawa等[14]研究发现，钛种植体表面纳米管径的形貌可分别诱导巨噬细胞转换为M1型或M2型：钛种植体表面Tio2纳米管径为30 nm会抑制巨噬细胞的破骨分化作用，促进巨噬细胞极化为M2型，主要抑制炎症作用和修复破损骨质；而在纳米管径为80 nm条件下会促进破骨细胞的破骨分化，促进巨噬细胞向M1型分化，发挥促炎作用。此时，巨噬细胞的表型转换不仅受到种植条件的影响，更由种植体表面形貌直接诱导。Thalji等[15]将超强纳米表面和适度粗糙面的纯钛种植体植入牙槽窝后，其细胞外基质、血管化生等相关基因均上调；M2型巨噬细胞的趋化因子18(CCL18)受诱导后明显上调，表明免疫调节在改变种植体-骨界面的物理性质、骨整合方面起重要作用。

3.2 亲水性和粗糙度 与疏水性植入物相比，亲水性钛表面可调节人巨噬细胞以促进巨噬细胞的M2型转化，减弱炎症反应并促进骨整合。增加钛植入物表面的粗糙度和润湿性可以诱导抗炎的M2型巨噬细胞的活化，机体内出现IL-4、IL-10水平升高，产生抗炎微环境，将免疫反应引导至促进组织愈合的方向。

3.3 化学改性 Park等[16]研究发现，通过在种植体表面化学修饰钙和锶可以上调M2型巨噬细胞基因型的表达，而且对巨噬细胞黏附形态也起到调节作用。Li等[17]研究发现，将RAW264.7巨噬细胞置于羟基磷灰石与二氧化铈相结合的涂层上培养，可诱导单核巨噬细胞向M2表型极化，促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，上调抗炎因子和成骨相关基因，M1表面标志物及抗炎因子下调，促进种植体骨结合。

3.4 生物改性 Alfarsi等[18]的体外实验发现，钛植入物材料表面如大颗粒喷砂酸蚀(SLA)表面和亲水性SLA(modSLA)表面等不同的微观性状可以改变血小板的黏附行为，调节其释出物的蛋白质组学特征；在血小板暴露于不同表面修饰后，血小板的释放明显削弱了SLA钛微粗糙表面的巨噬细胞促炎极化反应，还加速了对modSLA钛的抗炎反应，调节巨噬细胞的表达水平，并通过免疫调节影响种植体周骨结合。Nie等[19]研究发现，在植入物表面上定植杆菌肽可以增加植入物亲水性，并抑制巨噬细胞增殖和促炎性因子的分泌。Hachim等[20]研究发现，在植入物表面涂抹可释放IL-4的涂层可诱导单核巨噬细胞向M2型极化，削弱其向M1型转换的趋势并促进骨缺损区骨组织的愈合。

综上所述，巨噬细胞通过不同向极化行为参与种植体骨结合。在植入种植体早期，种植窝环境改变刺激单核巨噬细胞极化为M1型促炎巨噬细胞，此阶段巨噬细胞发挥了促炎作用；炎症期后的愈合阶段，原始巨噬细胞和一些M1型巨噬细胞极化为M2型抗炎巨噬细胞，此阶段巨噬细胞发挥骨质修复作用促进植入物周围骨组织愈合。巨噬细胞的M1/M2表型转换不仅受到种植条件的影响，通过种植体的表面改性可适当调整巨噬细胞的表型转换，适当调整巨噬细胞中M1和M2型细胞比例，可提高种植区内植入物骨结合率。