IL-6在根尖周炎中的表达及作用研究

刘园 综述 黄世光 审校

暨南大学口腔医学院，广东 广州 510632

根尖周炎是来自龋病、外伤、不良修复体微渗漏的微生物抗原刺激根尖周组织的免疫炎症反应，根尖周组织表达大量的免疫活性细胞和炎症介质，导致根尖周组织炎症的持续存在及牙槽骨的吸收[1]。白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)是一种来源广泛的多效性细胞因子，在免疫、炎症、组织再生和代谢中起关键作用，也是破骨细胞分化和活化的重要细胞因子。研究证实，持续表达的IL-6 与多种炎症性疾病有关，如类风湿关节炎、系统性红斑狼疮、系统性硬化症、冠心病和脓毒血症等[2-5]，且在牙龈组织的表达水平与牙周炎严重程度呈正相关[6]。研究表明，IL-6 在根尖周炎病灶组织中高表达，有临床症状的根尖周病变中具有更高的IL-6 表达水平[7]，提示IL-6 与根尖周炎关系密切，在根尖周炎进展过程中发挥重要作用。

1 IL-6

1.1 IL-6 的结构和调控 IL-6 蛋白的前体由212 个氨基酸组成，N 末端的28 个氨基酸残基组成信号肽，因此成熟的IL-6为184个氨基酸残基多肽，具有两个N-糖基化位点和四个半胱氨酸残基。IL-6 家族的成员包括IL-6、IL-11、IL-27、制瘤素M(OSM)、心肌营养蛋白1 (CT-1)和神经肽(NP-1)等，其特征是通过gp130 的同二或异二聚作用来发挥其生物学作用[8]。IL-6 的受体系统包括 IL-6R 和 gp130，其中 IL-6 与IL-6R 结合后可诱导受体组件gp130 同二聚化，继而激活下游信号系统。IL-6R仅在特定的细胞类型中表达，如肝细胞、巨噬细胞、B 细胞和T 细胞亚型等，而gp130 在整个人体中普遍表达[3]。IL-6R 分为可溶性IL-6R(sIL-6R)和膜结合IL-6R，从而区分通过膜锚定的IL-6R 的经典IL-6 信号传导通路和通过可溶性IL-6R(sIL-6R)的IL-6反信号传导通路。

IL-6可来源于T细胞、B细胞、单核细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞以及部分肿瘤细胞等，IL-6的表达受不同阶段的调节，包括染色质重塑、转录、转录后和翻译水平[9]。人类的IL-6基因定位于7号染色体短臂2区1带上，基因全长5 kb，由5个外显子与4个内含子组成，并具有基因多态性[3]。人类IL-6基因5'-侧翼区域的功能性顺式调控元件包含核转录因子-κB(Nuclear transcription factor-κB，NF-κB)、特异性蛋白(SP-1)、核因子IL-6 (NF-IL-6)、激活剂的结合位点蛋白1(AP-1)和IFN调节因子1(IRF-1)[2]。当其中的某一转录控制元件被激活，可导致IL-6mRNA转录增加。在转录后水平报道了调节性RNA 酶(RegulatoryRNase-1，Regnase-1)对IL-6mRNA的负调节作用[10]。

1.2 IL-6 的信号通路 IL-6 与 IL-6R 复合体诱导gp130 二聚化，激活细胞内的信号通路，包括Janus激酶(Janus kinases，JAKs)信号转导子和转录激活子3(STAT3)信号通路及丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases，MAPKs)信号通路[11-12]，转录因子STAT3的激活导致了各种IL-6反应基因的诱导，同时激活编码细胞因子信号转导抑制因子1(SOCS1)和SOCS3基因，SOCS1直接与活化的JAK结合，从而减化其催化活性[13]；另一方面，SOCS3 与酪氨酸磷酸化的gp130结合，通过负反馈回路终止IL-6信号转导[14]。最近发现了gp130激活的第三种模式与特定的树突状细胞相关，称为IL-6 转递[15]。IL-6的经典信号通路主要与宿主抗炎反应有关，而反式信号传导主要响应宿主促炎作用。

1.3 IL-6的生物学性能

1.3.1 急性期反应 在炎症发生时IL-6/IL-6R经典信号传导通路刺激肝细胞产生急性期蛋白，包括血清淀粉样蛋白A(SAA)、C反应蛋白(C reactive protein，CRP)、抗胰蛋白酶、纤维蛋白原、和触珠蛋白等[16]。急性期蛋白水平的增高可以发出紧急信号，响应宿主的免疫反应。IL-6还可响应诸如角质形成细胞、内皮细胞、嗜中性粒细胞、巨噬细胞和成纤维细胞等多种细胞向炎症部位运输而参与炎症的引发和维持。

1.3.2 免疫细胞分化 IL-6 在刺激B 细胞分化为浆细胞、驱动CD4+T细胞的定向分化中有着关键作用。研究表明，IL-6能够驱动B细胞分化为浆细胞并促进免疫球蛋白的分泌[17]。此外，IL-6 与转化生长因子β (transforming growth factor-β，TGF-β)结合促进维甲酸受体相关的孤儿核受体-γ(ROR-γt)的表达并转录调节IL-17 基因，促进CD4+T 细胞分化为Th17 细胞；同时TGF-β有助于Treg 细胞的分化，过量的IL-6使Th17/Treg 比率失调破坏免疫耐受性，导致炎性疾病的发生发展[18]。

1.3.3 骨代谢 骨骼的稳态取决于三联体蛋白，包括核因子κ B 受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)、细胞核因子κB受体活化因子(recepetor activator of NF-κB，RANK)和骨保护素。研究表明，IL-6 诱导成骨细胞上RANKL的表达，刺激破骨细胞的分化而导致骨丢失，在骨质破坏方面发挥重要作用[19]。

2 IL-6与根尖周炎

2.1 IL-6在根尖周炎中表达 研究表明，在根尖周炎中可检测到IL-6表达，且随着根尖周病变程度的加重，IL-6的表达水平显著增加[7]。CINTRA等[20]通过免疫组织化学法检测小鼠实验性根尖周炎中的细胞因子表达，结果显示与正常对照组比较，根尖周炎组IL-6、IL-17、肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α,TNF-α)等细胞因子的表达水平显著升高。JAKOVLJEVIC 等[21]对100 例人根尖周病变患者和25 例健康根尖周患者的根尖周组织标本进行了ELISA检测，结果表明与健康对照组比较，根尖周炎患者的IL-6、IL-1β的表达水平显著增高。此外，实验中对有临床症状和无临床症状的根尖周炎患者IL-6、IL-1β水平进行定量分析，观察到在有症状的根尖周炎组织中IL-6、IL-1β的表达水平显著高于无临床症状者，表明促炎细胞因子的持续表达可能与根尖周炎的炎症活性保持状态有关。Omega-3多不饱和脂肪酸(ω-3PUFA)已被研究作为口腔炎症性疾病的辅助治疗，研究表明ω-3PUFA 可通过环氧合酶2 脂氧合酶途径抑制花生四烯酸代谢产物的产生，从而减少促炎反应并减轻炎症症状[22]。AZUMA等[23]报道补充ω-3PUFA可以降低大鼠实验性根尖周炎根尖周组织中IL-6、IL-1β和TNF-α的表达水平，实验结果提示ω-3PUFA通过抑制以上促炎细胞因子的表达来控制大鼠实验性根尖周炎的进展。因此，以上研究结果均表明IL-6与根尖周炎发生发展有密切关系，可能参与根尖周炎的促炎反应以及根尖周牙槽骨的吸收。IL-6 在炎症级联反应早期由IL-1和TNF-α诱导产生，后两者还可通过激活 ADAM 诱导 sIL-6R 的表达增加，增加IL-6 的反式信号传导以促进炎症效应[24]。IL-6、IL-1、TNF-α三者可协同作用促进中性粒细胞和单核细胞的聚集，激活金属基质蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，增加RANKL 活性而导致结缔组织破坏和骨吸收，并且可干扰中性粒细胞程序性死亡，通过增加活性氧物质的产生介导中性粒细胞毒性[25]，过量产生的IL-6协同前列腺素E2 (Prostaglandin E2，PGE2)刺激巨噬细胞对牙髓感染的超反应[26]，并可以协同IL-4通过IL-4受体α(IL-4Rα)激活STAT6驱动巨噬细胞向M2分化[27]，直接影响宿主抵抗感染的机制。因此，减少局部IL-6水平可能是抑制根尖周炎发展的重要途径。

2.2 IL-6 对根尖周组织CRP 的调节 大量研究表明，IL-6 可以在肝脏刺激CRP 的产生，具有强力的促炎作用，通过增强炎症、氧化应激和促凝血状态在局部和全身发挥重要作用。CARRIDO 等[28]报道了IL-6 和CRP mRNA 可在健康牙周膜和根尖周病变组织中表达，并证实了根尖周病变组织中IL-6和CRP的过表达和正相关关系。这些结果表明，IL-6在根尖周组织局部诱导产生CRP，可能与根尖周炎症的进展以及潜在的无症状根尖周炎相关的全身低度炎症有关。此外，CARRIDO 等[28]还观察到CRP 可以响应IL-6 刺激在人牙周膜成纤维细胞(human periodontal ligament fibroblasts，HPLF)原代培养中合成，而通过添加IL-6抗体可以消除CRP，进一步验证了IL-6可能在根尖周疾病中刺激产生CRP。然而需要注意的是在HPLF 培养物上清液中未检测到IL-6R 蛋白，仅在根尖周病变浸润的单核细胞和肉芽肿上皮细胞中免疫定位，研究报道发现sIL-6R 增强了HPLF 中响应IL-6 刺激的CRP 表达，而抗IL-6R 阻断抗体则消除此影响[29]。因此，这些结果支持了单核细胞和肉芽肿上皮细胞可能通过IL-6/IL-6R 信号增强牙周膜中IL-6的促炎反应。此外，根尖周组织产生的CRP可能通过血液进入全身循环系统，导致全身炎症状态并增加急性心血管疾病发生的风险。GEORGIOU 等[30]报道了慢性根尖周炎通过升高CRP、IL-6、不对称二甲基精氨酸和C3 水平而增加全身炎性。所以，靶向IL-6R可能是改善IL-6在根尖周疾病中局部和全身促炎作用的重要节点。

2.3 IL-6 与牙槽骨吸收 IL-6 是多效性的细胞因子，可参与炎症反应过程，并在骨组织的破坏中发挥重要作用。WU 等[31]报道了IL-6 可通过激活JAK2和RANKL 增强了成骨细胞介导的破骨细胞分化，并可与TNF协同作用诱导破骨样细胞形成。因此，IL-6被认为是介导骨吸收的细胞因子级联反应的关键下游因素。SLIVA等[32]报道了卵巢切除小鼠组根尖周病变骨吸收面积多于假手术对照组，卵巢切除组IL-6表达水平显著高于假手术对照组。此外，在卵巢切除小组中增加阿仑膦酸盐(ALN)能显著降低IL-6 表达，且其根尖周组织的炎症程度较卵巢切除组小鼠低，因此猜测IL-6 可能参与了雌激素缺乏的根尖周病的骨吸收，ALN治疗通过降低IL-6表达水平抑制去卵巢小鼠根尖周病变的骨吸收，但具体机制尚不明确。ROMUALDO等[33]报道了去卵巢小鼠的实验性根尖周炎病变范围较正常小鼠对照组更大，且促炎因子如IL-1β、TNF-α、IL-6 和 MMP-8、MMP-9 等的表达增加，表明感染与卵巢切除术结合在根尖周炎发展过程中对这些信号分子和酶的调控具有重要作用，并验证了IL-6可能参与根尖周炎牙槽骨吸收。与此一致，钱宏等[34]报道了妇女绝经后高水平的循环促卵泡激素(FSH)在人类牙周膜细胞中显著增强了IL-6、IL-1β、TNF-α的表达和分泌，可能调节牙周组织的免疫状态并证明绝经后妇女更容易发生根尖周炎症和更明显的骨吸收。这与之前的研究成果一致，IL-6在根尖炎症中诱导免疫细胞浸润并产生一系列炎症介质，介导炎症级联反应，加重组织破坏和骨吸收。同时，IL-6/sIL-6R 通过janus 激酶/ STAT 信号通路增加RANKL的表达，促进骨质吸收。另一方面，研究证实，IL-6缺失不能阻止骨吸收且导致更大的根尖周病变，可能有其他因素与根尖周疾病的骨吸收更直接相关[35]。BALTO等[36]报道了IL-6基因敲除组小鼠和抗IL-6抗体治疗的小鼠根尖周骨吸收相似，均比野生型小鼠范围大，而且IL-6基因敲除小鼠组和抗IL-6抗体治疗小鼠组根尖周组织中的IL-1α、IL-1β的表达水平显著高于正常小鼠。因此，IL-6参与根尖周疾病骨质吸收机制还可能与IL-1α、IL-1β和TNF等其他细胞因子有关。

3 IL-6参与根尖周炎的机制

3.1 炎症级联反应 细胞因子是重要的炎症介质，有助于免疫应答中的细胞通讯，介导细胞间的相互作用，具有多种生物学功能，如调节细胞生长、调节免疫应答、参与炎症反应和创伤愈合等。IL-6是掌控炎症进程的重要细胞因子，IL-6的持续表达失调可促进炎症的级联反应。在炎症急性期，IL-6通过刺激急性期免疫反应和造血作用促进宿主防御。然而IL-6的持续产生失调刺激宿主过度的免疫反应，导致炎症的发展和维持。IL-6可调控T细胞分化及诱导中性粒细胞往炎症部位募集，同时中性粒细胞可通过IL-6R的蛋白水解作用驱动IL-6的反信号传导，然后再通过上调单核细胞趋化因子1和2吸引噬中性粒细胞转变为单核细胞募集[37]。此外，IL-6 反信号传导可通过增加内皮细胞上细胞间黏附分子1(ICAM-1)和血管细胞黏附分子1 (VCAM-1)来控制白细胞浸润、通过刺激巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)受体的表达诱导单核细胞向巨噬细胞分化，参与炎症进展[3]。研究发现在根尖周病变中IL-6表达明显上调，证明其在根尖周炎的作用可能是促进炎症发展，且与IL-6诱导的各种免疫细胞浸润和炎症因子表达有关。HERNANDEZ等[29]报道了HPLF 响应IL-6/sIL-6R 反式信号传导而合成 CRP、Th1 细胞(IL-1 β、IL-12、IL-18、TNF-α、IFN-γ)和Th17 细胞(IL-21、IL-23)相关细胞因子。因此，IL-6/sIL-6R反式信号传导可能是促进根尖周炎症级联反应的重要途径，抑制该信号通路可作为控制根尖周炎症发展的重要靶点。

3.2 RANKL RANKL 是介导骨吸收的重要细胞因子，其在骨骼生理中的重要作用是刺激破骨细胞的分化和抑制破骨细胞的凋亡。RANKL与RANK结合后激活一系列细胞内信号事件，包括TNFR 相关蛋白的募集，激活转录因子NF-κB和促分裂原的蛋白激酶如P38MAPK、JNK和ERK等级联反应，促进破骨细胞的分化并激活成熟破骨细胞。BARREIROS等[38]研究表明RANKL 的表达随着根尖周炎的进展而增高，RANKL的表达水平与根尖周炎的骨丢失正相关。研究证明IL-6 刺激成骨细胞上的gp130，继而通过JAK2-STAT3信号通路上调RANKL的表达，从而刺激破骨细胞前体分化成熟为破骨细胞而导致骨吸收[31]。王丽娜等[39]报道了JAK2-STAT3信号通路在根尖周骨吸收和破骨细胞形成中起重要作用。IL-6 在根尖周炎中高表达，又是激活JAK2 的主要因素，所以抑制IL-6/JAK2-STAT3信号通路介导的RNAKL高表达可能是防治根尖周炎骨丢失的重要途径。

4 展望

IL-6是参与根尖周炎进展的关键成员，在感染时持续产生的IL-6 诱导其他免疫细胞浸润和增加促炎因子表达水平促进炎症级联反应并导致骨质破坏。目前已经有几种治疗药物被评估用于抑制细胞因子本身，通过IL-6 受体或与信号通路相关的靶激酶(如JAK/STAT)的信号转导，其中托西珠单抗(抗IL-6R 人源化抗体)已被批准用于治疗类风湿性关节炎、细胞因子释放综合征和特发性多中心Castleman 病(iMCD)，而西妥昔单抗(IL-6 拮抗剂)仅被批准用于iMCD[13]。根尖周炎是一个非常复杂的生物过程，目前缺乏相对明确的信息确定IL-6在根尖周炎中的作用机制，应进一步研究阐明其作用机制。随着研究不断深入，IL-6在根尖周炎中的作用机制将越来越明确，为根尖周炎的预防和治疗奠定基础。