NLRP3炎性小体调控慢性牙周炎的研究进展

李雪菁，苏俭生

（同济大学口腔医学院,同济大学附属口腔医院口腔修复科，上海牙组织修复与再生工程技术研究中心，上海 200072）

慢性牙周炎（CP）是牙周病原菌感染所导致的宿主过度免疫炎症反应性疾病。作为机体防御系统的感受器，炎性小体是一类可识别细胞内病原相 关分子模式（pathogen associated molecular patterns，PAMPs）或宿主来源的损伤相关分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）的多蛋白复合物，可激活固有免疫并调控炎症反应[1]。目前的研究热门为核苷酸结合寡聚化结构域（NOD）样受体家族含pyrin 结构域蛋白3（NLRP3）。本文对CP 常见病原菌活化NLRP3 炎性小体的机制进行综述，旨在为深入探索CP 的发病机制提供新思路，对于临床预防和治疗具有重要意义。

1 NLRP3 炎性小体的结构和功能

1.1 NLRP3 炎性小体的结构组成

模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）高表达于免疫细胞表面，充当固有免疫防御的第一道防线。PRRs 具有多个家族成员，包括NOD 样受体家族（NOD like receptors，NLRs）、Toll样受体家族（Toll like receptors，TLRs）等[2]。其中NLRP3 在识别病原微生物后，其作为上游分子，可招募CARD 结构域的凋亡相关颗粒样接头蛋白（apoptosis associated speck like protein containing CARD，ASC）和无活性的半胱天冬酶-1 前体（procaspase-1）聚集，共同组装一种多蛋白复合体，即NLRP3 炎性小体，使其参与调控机体多种疾病的炎症性反应[3]。

1.2 NLRP3 炎性小体的活化

NLRP3 炎性小体在免疫细胞及组织细胞中均有表达[4-5]，活化NLRP3 炎性小体需经过2 个连续的环节，即启动和激活后，才得以参与调控炎症反应。①启动阶段：细胞感染后，微生物病原菌的致病成分，如脂多糖、肽聚糖等，可作为一种外源性微生物毒力因子（可视为PAMPs），被细胞膜上的TLRs 识别，从而激活核转录因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB），诱导无活性的NLRP3、白细胞介素-1β 前 体（pro-inter leukin-1β，IL-1β））生成；②激活阶段：细胞由于感染或损伤可释放宿主来源（内源性）的危险信号分子（可视为DAMPs），例如钾（K+）外排、线粒体来源活性氧（reactive oxygen species，ROS）的过产生、钙（Ca2+）内流等[6]，继而被DAMPs 受体识别，诱导NLRP3、ASC 和pro-caspase-1（无生物活性）在胞质内聚集成NLRP3 多蛋白炎症复合体，此后pro-caspase-1被激活为caspase-1（有生物活性），继而裂解pro-IL-1β，最终产生成熟的炎性因子IL-1β，因此多以检测IL-1β的表达水平来间接评估NLRP3 炎性小体的表达。

1.3 NLRP3 炎性小体与CP

研究[5，7-8]表明，与牙周健康者相比，在CP、侵袭性牙周炎患者的龈沟和唾液中，NLRP3 炎性小体和IL-1β表达水平均升高。对比野生型小鼠牙周炎模型，在IL-1β基因敲除小鼠的CP 模型中，破骨细胞增殖缓慢，牙周组织破坏较少。Xu 等[9]的研究发现，牙周炎环境下，间充质干细胞中NLRP3 炎性小体的表达上调，抑制了成骨细胞的分化。故NLRP3炎性小体可促进炎症反应的发生，诱导牙槽骨吸收。Lian 等[10]的研究也证实在CP 小鼠模型中，小鼠牙周膜成纤维细胞中的NLRP3 炎性小体表达水平较高，从而证明了NLRP3 炎性小体是调控CP 发生发展的关键因素。

2 NLRP3 炎性小体与牙周炎主要致病菌

Socransky 等[11]将牙周炎龈下菌种分为不同细菌“复合体”。“红色复合体”（第一复合体）由牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonasgingivalis，Pg）、齿垢密螺旋体（Treponemadenticola，Td）和福赛坦氏菌（Tannerellaforsythia，Tf）组成，其具有较强的致病性，与促炎细胞因子的表达水平、CP 病变的严重程度存在显著的正相关性。而具核梭杆菌（Fusobacteriumnucleatum，Fn）作为“橙色复合体”的一员（第二复合体），可协同、支持“红色复合体”，共同促进CP 的发生、发展。研究[12]表明，这些主要致病菌均可通过上调免疫细胞和组织细胞中NLRP3 炎性小体的表达水平，诱导牙周炎的发生、发展。

2.1 NLRP3 炎性小体与“红色复合体”

2.1.1 Pg 在牙周健康人群的龈沟中，Pg 的检出率为10%～25%，而在牙周炎患者中的检出率高达79%～90%[13]。Pg 已被证实为CP 最主要的致病菌，因此在体内、体外模型构建中，诱导实验性牙周炎的病原菌大多采用Pg[14-15]。Yamaguch 等[16]构建的Pg 诱导的小鼠牙周炎模型表明，在野生型小鼠的牙龈组织中，caspase-1、IL-1β的蛋白表达水平增加，而在NLRP3 基因敲除小鼠的牙龈组织中，上述因子的表达水平在感染Pg 前后无明显差异，说明Pg 可通过激活NLRP3 炎性小体诱发牙周炎症反应。Pg 的毒力因子作为第一信号，被TLRs 识别后，激活NF-κB，介导无活性的NLRP3、pro-IL-1β的产生。新的研究[13，17-18]表明，Pg 只可诱导IL-1β的产生，而并没有促进IL-1β分泌和成熟的作用，即Pg的感染仅可为NLRP3 炎性小体的活化提供第一信号，若无第二信号的刺激，如三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、ROS 等，Pg 便无法诱导牙周组织炎症。在Cheng 等[7]的体内研究中，缺氧诱导因子α、NLRP3 炎性小体在人牙周炎组织中高度表达，提示牙周袋内缺氧的环境可能作为第二信号参与NLRP3 炎性小体的激活。Lv 等[2]证实，常氧环境下，Pg 感染的小鼠牙龈成纤维细胞中，NLRP3炎性小体和IL-1β的蛋白表达水平虽有所下调，但较未感染组差异无统计学意义，而在缺氧的环境下，上述因子的表达水平出现了显著上升。综上所述，Pg 作为最主要的牙周炎致病菌，常与缺氧环境协同作用，活化NLRP3 炎性小体，从而促进CP 的 发展。

2.1.2 Td 和Tf “红色复合体”中，Td 和Tf 主要 起协同、支持及增强主要致病菌Pg 毒性的作用。由于Td 独特的形态和密螺旋体的高致病性，其已被视作评估牙周炎进展程度的指标。Td92 是Td最常见的外膜蛋白，其可作为第一信号分子与巨噬细胞膜表面整合素α5β1相互识别，诱导免疫细胞中IL-1β的表达，同时导致细胞ATP 的释放和K+的外排；其作为第二信号，能够活化巨噬细胞中NLRP3 炎性小体，促进牙周组织的炎症反应[19]。此外，Td 和Tf 的外膜囊泡（outer membrane vesicles，OMV）作为另一种毒力因子，由于其纳米尺寸、黏附性和可蛋白水解的特性，能够在宿主的上皮组织中迁移，破坏上皮分子层的紧密连接，并将细菌毒力因子从龈下菌斑释放到龈下结缔组织中，诱导中性粒细胞和巨噬细胞招募，激活宿主的炎症反应。研究[20]表明，“红色复合体”的OMV 可与单核细胞和巨噬细胞相互作用，活化NLRP3 炎性小体，促进细胞中IL-1β的分泌，诱导细胞凋亡。

2.2 NLRP3 炎性小体与“橙色复合体”

作为“橙色复合体”的一员，Fn 是最早建立在牙菌斑生物膜上的细菌之一，其可促进“红色复合体”的定植和聚集，如Pg 的感染有利于牙龈上皮细胞中Fn 的存活；Fn 的感染又有利于Pg 对牙周细胞的黏附和侵袭；Fn 可激活NF-κB，活化牙龈上皮细胞中的NLRP3 炎性小体，诱导显著的炎症反应[17]。在Bui 等[18]的Fn 与人牙龈上皮细胞共培养的实验中，Fn 可激活人牙龈上皮细胞中的NF-κB 转录信号，利于IL-1β基因的转录和pro-IL-1β蛋白的合成，促进caspase-1 的成熟和IL-1β炎性因子的分泌。与此同时，在培养液的上清液中检测到了ASC 含量的增高，这提示与Pg 的感染只能为活化NLRP3 炎性小体提供第一信号而无法提供第二信号不同，Fn的感染本身就足以同时提供2 种信号，即Fn 的毒力因子可作为PAMPs，Fn 诱导的由细胞内分泌到细胞外基质的ASC 可作为DAMPs，从而启动和激活NLRP3 炎性小体[13，17-18]。

综上所述，CP 是多种细菌微生物共同协同、相互拮抗作用的结果，NLRP3 炎性小体在牙周炎各种致病菌的发病机制中均起着至关重要的作用，有望成为诊断CP 的生物标志物。进一步研究牙周致病菌及其他新出现的感染性细胞因子调节NLRP3 炎性小体的机制，对于预防牙周致病菌感染、寻找牙周病治疗新方法具有重要意义。