糖尿病通过影响成-破骨细胞活性加重牙周炎病理进程的研究进展

王冰格 综述 农晓琳 审校

牙周炎作为一种特征为牙周结缔组织丧失以及牙槽骨破坏的口腔疾病，是影响最广泛的慢性疾病之一[1]。 5%～20%的严重牙周炎可导致牙齿脱落。此外，儿童和青少年可患有几类与成年牙周炎表现差异较大的牙周炎，包括慢性牙周炎、侵袭性牙周炎和全身性疾病表现的牙周炎多种形式的牙周炎，其病程发展更迅速，对机体的影响更为广泛[2]。

糖尿病作为一组异质性疾病，其典型特征为血糖水平的升高。其中由于胰岛素的绝对缺乏所引起的称为1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus, T1DM)，多是由于产生胰岛素的胰腺β细胞自身性免疫破坏导致胰岛素分泌不足。当胰岛素分泌量正常，但并不能有效起到降血糖作用，此时的血糖浓度继续刺激诱导胰岛B细胞分泌过量的胰岛素，而代偿性增加的胰岛素仍不足以将血糖水平维持在正常的生理范围内时所导致的高血糖状态则被称为为2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)[3-4]。

骨重建 (bone remodeling)与骨塑建(bone modeling)是机体骨骼发育、生长、成熟、损伤修复与再生的关键。在正常生理条件下，成骨细胞的骨形成与破骨细胞的骨吸收过程相互偶联，共同维持骨代谢的稳态。然而，在两型糖尿病的病理过程中，均出现成-破骨偶联失衡，导致骨代谢紊乱，全身骨量下降，进一步影响全身多种内分泌代谢途径，形成恶性循环[5]。

1 糖尿病对牙周炎中破骨细胞激活的影响

1.1 炎症反应与破骨细胞

糖尿病已被证实可以显著促进牙周炎症区域破骨细胞的形成。与对照组相比，感染了T2DM的大鼠牙周炎模型中，破骨细胞数量增加了2～4 倍[6]。患T1DM和牙周炎的大鼠的牙周破骨细胞数也增加了2～4 倍[7]。

据报道，对T1DM和T2DM大鼠接种牙龈卟啉单胞菌后均呈现高炎症反应水平，出现牙周炎后均表现更持久的炎症反应[8-9]。已证实糖尿病导致的肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)生成增加可以防止与宿主防御、细胞凋亡、细胞信号转导相关基因的表达下调[10]。陈铁楼等[11]等通过将20 例糖尿病型牙周炎患者与健康龈受试者的牙龈组织超微结构进行对比，并检测牙龈组织炎症因子IL-1β和TNF-α的表达，提出糖尿病型牙周炎患者牙龈组织中的IL-1β和TNF-α在细胞凋亡中起重要作用。据报道，T1DM患者牙周炎中白介素17(interlukin-17, IL-17)和白介素23(interlukin-23, IL-23)表达增强，T2DM患者白介素1b(interlukin-1b, IL-1b)和白介素6(interlukin-6, IL-6)表达增强。

破骨细胞表面核因子κβ受体活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)与核因子κβ受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand, RANKL)的识别配对结合是最有效诱导破骨细胞分化和成熟的途径之一；骨保护蛋白(osteoprotegerin, OPG)与RANK结合，可阻断其与RANKL的相互作用，阻碍破骨细胞的分化和成熟，进而抑制破骨细胞活性[12]。Lappin 等[13]的研究表明在DM患者的牙周组织中RANKL和TNF的表达均有升高，炎症也可能导致成骨细胞中的OPG下调[14]，RANK-RANKL/OPG的比值以及例如TNF等炎性细胞因子的水平高低均是影响调控成-破骨细胞偶联的重要因素。在糖尿病牙周炎患者的牙周感染部位中，血糖的控制情况与TNF水平和RANKL/OPG比值密切相关[15]，破骨细胞的形成明显增强[7，12，16]。

1.2 AGEs与破骨细胞

糖尿病会增强牙周组织中晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)的形成并增加晚期糖基化终末产物受体(receotir of advanced glycation end-products, RAGE)的表达[17]。在与两型糖尿病相关的牙周炎中牙龈中AGEs的形成均表现为增加。也有临床研究显示，患2型糖尿病的受试者牙龈上皮细胞和成纤维细胞中AGEs表达明显低于患1型糖尿病的受试者[18]。有学者提出调节破骨细胞形成的积极因素在于其细胞RAGE表达水平[19]。研究表明，AGE与RAGE的相互作用将在单核细胞中激活转录因子NF-kB，使单核细胞的表型发生改变并导致促炎性细胞因子的产生增加[20]。

1.3 氧化应激与破骨细胞

活性氧族(reactive oxygen species, ROS)与糖尿病相关的牙周炎密切相关，口腔中的牙周炎致病细菌将促进牙周局部如白细胞介素1(interlukin-1,IL-1)、TNF等炎性细胞因子释放，增加中性粒细胞的数量与活性，从而在牙周炎发病部位大量释放ROS。同时由糖尿病引起的的长期高血糖亦能导致ROS的生成，并激活包括NF-κB、蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)等氧化应激敏感信号通路，导致IL-6、TNF等炎性因子的产生，激活破骨细胞，损伤牙周组织，加速牙周炎病程[21]。在慢性牙周炎病程骨吸收过程中，部分破骨细胞含有NADPH氧化酶，这些破骨细胞也会自发产生超氧化物[22]。此外，AGEs的形成也增加了牙周组织的氧化应激，某些ROS(例如超氧化物和过氧化氢)可在促进破骨细胞形成的同时激活破骨细胞[23]。

2 糖尿病对牙周炎中成骨细胞凋亡的影响

2.1 细菌感染与成骨细胞凋亡

有证据表明，糖尿病和牙周炎中的细菌感染均会促进成骨细胞的凋亡，从而减少骨耦合[24-25]，细菌感染诱导的固有和特异性免疫应答均可能导致成骨细胞数量与功能下降[26]，并且糖尿病也加重了成骨细胞的凋亡。有研究提出牙周膜(periodontal ligament, PDL)的丧失是由牙周感染引起的细胞凋亡所致[27]，由于PDL是成骨前体细胞的丰富细胞来源，因此这种缺失意义重大。

Al-Mashat等[28]研究表明，糖尿病所引起的系统性病变会在患者机体受到细菌感染后将成骨细胞中负责调控凋亡的基因上调2 倍以上，导致其凋亡发生率较对照组增加5 倍以上。已证实成骨细胞的凋亡是诱导牙周炎后糖尿病动物无法形成新骨的重要原因之一，如牙周感染后使用特定的细胞凋亡阻断剂治疗糖尿病牙周炎动物其新骨的形成显著增加[24]。

2.2 促凋亡因子与成骨细胞凋亡

糖尿病也会导致成骨细胞中促凋亡因子上调，包括晚期TNF-α、AGEs和ROS的形成，这些因子都可能导致细胞凋亡的发生[24]。与正常对照组相比，患有T1DM和T2DM的动物在对细菌刺激的反应中表现出更高的TNF-α水平[12-18]，TNF-α水平升高与糖尿病牙周炎的细胞变化直接相关[9]。当存在炎症时，TNF-α可阻止成骨细胞的分化从而损害成骨细胞功能。此外，TNF-α可以通过与肿瘤坏死因子受体1(tumor necrosis factor receptor 1, TNFR1)结合而诱导凋亡[29]。

研究表明，糖尿病患者中细菌感染引起的牙槽骨丢失增加与牙龈组织中RAGE和炎性AGEs的表达增强有关[30]。AGEs发挥干扰成骨细胞分化并诱导其凋亡的作用。 糖尿病牙周组织中，AGEs水平升高，同时AGE-RAGE相互作用可导致促炎性细胞因子表达增加，并诱导成骨细胞凋亡[20，30]。

2.3 氧化应激与成骨细胞凋亡

ROS的产生是糖尿病诱发成骨细胞凋亡的另一机制。在正常生理状态下，激活Wnt/β-catenin通路可促进骨髓间充质干细胞增殖、成骨细胞分化并抑制其凋亡，其中β-catenin在该通路激活后进入细胞核引起成骨相关基因Runx2的表达，诱导骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞。FoxO转录因子家族发挥避免ROS损伤成骨细胞的作用，当机体处于长期高糖状态，ROS增多时，FoxO基因的表达随之上调，转录后过氧化氢酶(catalase, CAT)的表达量相应增加以用于清除多余的ROS[32]，通过调节细胞的抗氧化特性，调节细胞的增殖分化，调控骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化；而当ROS过多时，为了抵抗氧化应激的影响，细胞将胞内有限的β-catenin从Wnt通路中的转录因子T细胞因子/淋巴细胞增强因子(T cell factor/lymohoid enhancer factor,TCF/LEF)转录转而用于FoxO转录，用于诱导成骨细胞分化的β-catenin减少，导致成骨细胞的分化减少，凋亡增加，骨形成也随之减少[33]。

3 结 论

总之，无论是1型或2型糖尿病，都和牙周炎的病理进程密切相关，这种相关性与糖尿病诱发的其他多种慢性疾病有一定的相似性。机体持续的高血糖状态可诱发牙周炎相关病原体引起过度的免疫-炎症反应，这可能是导致糖尿病患者伴有牙周炎的风险与严重程度增高的原因之一。 此外，重度牙周炎牙槽骨丢失的机制可能与成骨细胞介导的骨形成与破骨细胞介导的骨吸收之间偶联失衡相关。并且糖尿病对增强破骨细胞成熟、分化以及加重成骨细胞凋亡具有重要作用。但糖尿病与牙周炎之间具体的相互作用机制尚未完全阐明，今后仍需通过进一步基础及临床研究以探明糖尿病全身系统性病变与牙周炎局部骨质丢失的联系，为临床治疗提供准确的理论依据。