自噬在牙髓炎中的研究进展及其在牙髓干细胞自我更新和分化中的作用*

张 鉴， 刘加荣△

1华中科技大学同济医学院附属协和医院口腔医学中心，口腔颌面发育与再生湖北省重点实验室，武汉 430022 2华中科技大学同济医学院口腔医学院，武汉 430030

自噬是一种细胞自我保护机制，有研究发现自噬介导了强大的抗炎功能，并可以调节炎症反应。学者们从不可逆性牙髓炎患者的牙髓组织中培养出牙髓干细胞(dental pulp stem cells，DPSCs)，将此与健康牙髓内的干细胞作比较，发现炎症牙髓中的DPSCs表现出了类似或更好的增殖和多向分化能力，并能在体内形成牙髓牙本质复合体，这表明炎症状态下的DPSCs有组织再生潜能。有很多研究提示自噬在这一过程中发挥了重要作用。

1 炎症状态下的牙髓干细胞

干细胞是一种能向多个细胞类型分化，有能力进行自我更新并可以增殖分化的细胞。成年干细胞通常保持静止状态以维持长期的自我更新，另外也可以进行不断分裂来修复组织或进行分化以实现组织或器官的生长代谢[1]。牙髓中的DPSCs同样具有多向分化潜能，在特定的诱导条件下，DPSCs向成脂细胞、成牙本质细胞[2]、成骨细胞和破骨细胞[3]等细胞类型分化。然而在炎症环境下，DPSCs的生长状态会发生改变，炎症反应也会对细胞产生一定影响。一旦牙齿因为深龋或外伤导致牙髓暴露在外，复杂环境中的微生物会产生促炎物质，促使牙髓细胞产生自我免疫防御反应，其中巨噬细胞的聚集和促炎因子的产生在炎症发展过程中的作用十分重要[4]。巨噬细胞上的Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)能够识别微生物病原体，激活NF-κB等炎症信号通路，从而导致一系列炎症细胞因子的产生，进而促进炎症的发展[5-6]。

然而炎症状态并不是单方面地对牙髓造成损害。据研究发现，在牙髓炎中，炎症环境中起重要作用的肿瘤坏死因子(TNF-α)可以通过特定的信号通路(Akt/GSK-3b/Cyclin D1)促进干细胞的增殖[7]。DPSCs在炎症侵袭情况下仍然保留了干细胞特性，并且可以通过TNF-α/IDO轴部分阻断NF-κB p65亚单位的表达，使巨噬细胞产生TNF-α减少，由此在某种程度上抑制炎症的发展[8]。

牙髓受到炎症刺激后，底层的干细胞被激活，干细胞增殖后向成牙本质细胞分化[9]，由此以抵御炎症或开始形成修复性牙本质，这在牙髓炎症中表现为牙髓受到损伤后产生一系列损伤修复反应[10]。在炎症牙髓的牙本质修复阶段中，上调Wnt/β-catenin通路可以间接地促进巨噬细胞从促炎阶段向抗炎阶段转变[11]。有研究发现，通过补体激活途径可以调控炎症DPSCs的增殖和迁移[12]；也有研究发现了利用外源性物质可以抵抗牙髓中的炎症，以促进炎症的快速消解和干细胞的分化[13]。临床常用的盖髓材料就能调节牙髓再生，不同的盖髓材料在不同的牙髓炎阶段能起到不同的抗炎或修复作用[14]，这在牙髓炎治疗中有很重要的临床意义[15]。

根据以上结论，我们可以认为对DPSCs进行合适条件的诱导，可以促进其适当分化以满足急性牙髓炎的治疗需求。DPSCs具有强大的增殖、分化能力，在生长因子的作用下DPSCs的增殖能力会更加活跃，对DPSCs进行增殖诱导以促进其生长或抵抗炎症的能力，可以为治疗恒牙早期牙髓炎提供理论基础，具有较好的临床应用前景。

2 自噬在干细胞生长状态中的变化及对牙髓干细胞分化的影响机制

自噬是一种细胞和细胞器自我更新并且能够促进细胞内循环代谢的方式，细胞内产生一种双层膜结构包裹细胞质等物质形成自噬体，最终与溶酶体形成自噬溶酶体，降解后将进一步为细胞提供营养和能量，促进其再生，这样才能让细胞稳态和细胞器的更迭成为现实，最终为组织修复或再生提供新的生长途径和生长方式[16]。自噬可以由饥饿环境、炎症、化学物质、氧化损伤等诱导，并且可以被3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine，3-MA)抑制，被雷帕霉素所激活[17-20]。自噬可以回收细胞中蛋白质和破坏的细胞器来维持细胞内环境的平衡，并参与干细胞的更新、多向分化、增殖和衰老。正常情况下，自噬参与细胞质成分的循环和病原体的清除，基本水平的自噬有利于生存，并有助于细胞稳态的维持。自噬不足将导致缺陷细胞器和长寿蛋白的积累，阻碍细胞存活，促进细胞死亡[21]。自噬的增加在短期内或许有利于细胞存活，但自噬过度或慢性诱导与细胞死亡和病理状态有关[22]。

自噬也参与了修复性牙本质形成的过程，自噬相关蛋白MAP1LC3C在人牙源性分化过程中显著表达，并且能够调控牙源性分化标记物DSPP的表达，研究表明自噬能够促进牙源性分化和修复性牙本质形成过程中DPSCs的增殖[23]。这为牙髓损伤的治疗和再生提供了新的研究方向。有研究表明生长因子SDF1-α能激活DPSCs中的自噬，并且在含有SDF1-α的丝素蛋白支架中自噬活性表现增加，能够进一步增加DPSCs的增殖分化以及迁移[24]。这表示利用自噬对DPSCs进行干预，并且提供利于DPSCs生长分化的环境条件(例如生长因子的利用以及在牙髓中搭建促进细胞迁移、增殖的生物支架)，可以促进修复性反应的发生，这为我们利用自噬机制干预或治疗早期牙髓炎症提供了理论依据。

自噬在牙髓细胞衰老中的变化十分独特，自噬的调控在其中起到的作用也很重要。随着间充质干细胞的衰老，自噬水平逐渐降低[25]，然而神经嵴来源的DPSCs中的自噬水平随着年龄增长而增高[26]。

自噬在口腔疾病中的应用越来越广，但是有关牙髓炎与自噬的相互作用机制研究仍有不足，在临床上也没有得到充分的应用。研究自噬在炎症复杂通路中所起的作用，将会对牙髓炎的调控提供重要参考。

3 自噬在牙髓炎中的作用机制

机体内环境在面临炎症侵袭条件下，可以诱导巨噬细胞的自噬反应[27]。成牙本质细胞是牙本质-牙髓复合体的细胞，它与抵抗病原体入侵的炎症反应密切相关，其存活和免疫对牙髓稳态和牙本质再生具有重要意义。有研究利用脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)诱导炎症，发现LPS可以激活成牙本质细胞自噬，并且自噬在炎症成牙本质细胞中具有两种作用——以12 h为界，研究发现在炎症早期，自噬可以上调细胞活力，晚期则下调细胞活力[28]。这表明在牙髓炎发展的早期阶段或者可复性牙髓炎时期调控炎症是十分重要的，诱导细胞自噬可以保护细胞免受损伤。研究早期牙髓炎中的自噬机制，并且利用自噬机制对早期牙髓炎进行干预将会有良好的发展前景。

然而自噬在炎症环境中有两种相反的作用。一方面，自噬通常与应激反应同时发生，是一种细胞保护反应，在恢复稳态和保护细胞过程中起重要作用[29]。自噬在炎症反应中可以保护细胞免受炎症因子毒性伤害[30-31]、杀死细菌[32-33]、去除炎症因子[34-35]等等。然而另一方面，过度的自噬也可能导致细胞死亡[36]，在某些特定的条件下，自噬一旦超过某个阈值便会吞噬过多的重要细胞器，最终引起细胞稳态环境崩溃，导致不可逆的细胞死亡[37]。自噬也会通过凋亡途径导致细胞死亡[38]，在神经退行性病变中，功能失调的线粒体的聚集被认为是导致病变的主要原因，线粒体自噬主要通过PINK1(PTEN诱导的激酶1)-Parkin通路对功能异常的线粒体进行清除[39]。在TNF-α诱导的骨髓间充质干细胞凋亡中自噬被激活，并且自噬增强对其诱导的细胞凋亡具有保护作用，抑制自噬有致使细胞死亡的可能性[40]。自噬在炎症环境中对成牙本质细胞分化具有调控作用。自噬参与了LPS诱导的成牙本质细胞分化，低水平的LPS刺激可以促进细胞增殖和矿化。然而加了自噬抑制剂后，LPS诱导的矿化表达减少，反之矿化增多。这一发现提示自噬可能通过抑制NF-κB的激活使成牙本质细胞的分化能力提高[41]。在一项牙髓细胞凋亡研究中发现：LPS可以诱导自噬的激活，并且通过调节NF-κB信号通路抑制牙髓细胞凋亡[42]。

在牙髓炎症发展的早期阶段就进行干预和治疗或将缩短炎症病程，能尽可能减少炎症介质和炎症反应产物对组织的损伤，并为后期的治疗提供更大的治愈可能性[43-44]。由此，预防、早期发现和治疗牙髓炎症可以尽早阻断炎症进展，更大程度地保护健康牙髓组织，让健康DPSCs发挥抗炎修复作用，为后期治疗提供保障。

当牙周炎发展到根部及根尖部分后，炎症会沿着侧枝根管和根尖孔向根管内发展，最终侵犯健康牙髓引起牙髓炎病变[45]。牙周炎的进展中同样存在着自噬水平随着炎症发展而变化[46]，有研究发现可以通过调控自噬来抑制牙周炎的发展，这在一定程度上可以预防牙髓炎的发生[47]。关于自噬在牙周炎病变中的具体作用机制仍然未知，未来还需要进一步探讨。

综合目前的研究发现，自噬在牙髓炎发展的不同阶段的作用机制如何，自噬在早期牙髓炎中是否有显著的抗炎和修复作用等，我们仍然未知。我们期望在炎症发展的早期阶段可以激活自噬，促进细胞矿化和增殖，实现对牙髓炎早期阶段的调控，使早期牙髓炎朝可复性牙髓炎方向发展甚至避免使用复杂的根管治疗。这将有助于尽可能地保留患牙，延长患牙使用寿命，并具有较好的临床应用前景。