王 惠 李風蘭

糖尿病是一種慢性代謝紊亂性疾病，對人類的健康構成威脅。預計至2040年全球糖尿病人將增長至6.42億［1］。糖尿病患者常因代謝紊亂而引發(fā)牙周病導致多顆牙齒缺失，為改善患者的咀嚼、心理和美觀等問題，牙種植術是最常見的選擇之一。牙種植術的成功取決于骨-種植體直接接觸（BIC）定義的骨結合與種植體周圍的骨組織生長［2］，其過程涉及內環(huán)境穩(wěn)定、肉芽組織形成、骨形成和骨重塑。骨結合實際上是由機體對植入物表面免疫驅動的異物反應引起的，界面的長期維持依賴于局部炎癥反應的平衡［3］。Ⅱ型糖尿病患者的持續(xù)高血糖或血糖波動狀態(tài)可顯著提高機體氧化應激水平，加劇環(huán)境中炎癥反應［4］從而延遲骨結合，使骨-種植體接觸減少等［5］。

目前，臨床指標（如探診出血指數［BOP］、牙周探診深度［PD］、臨床附著喪失［CAL］等）和影像學技術主要運用于檢測種植體及種植體周健康狀況，但Duarte等［6］認為這些參數中的一些不易被評估和解釋，可能對區(qū)分疾病的發(fā)病、活動和風險率具有不敏感或不特定性，同時在組織有不可逆的損傷時進行診斷或人為主觀因素的干預也可能導致測量結果出現偏差。關于生物標記物的檢測逐漸成為一種輔助診斷的新形式，唾液、齦溝液及種植體周圍裂隙液中的生物標記物在區(qū)分種植體周圍疾病狀態(tài)和健康方面顯示出良好的效果，現對于Ⅱ糖尿病患者種植體骨結合狀態(tài)的評價尚缺乏特異性的標記物，不同研究數據針對不同生物標記物的作用機制說法不一。本文旨在總結不同生物標記物在評估Ⅱ型糖尿病患者種植體骨結合狀態(tài)方面的作用。

1.基因生物標記物

1.1 IL-1β IL-1β是一種參與炎癥反應、破骨細胞的形成與成熟、骨吸收和抑制骨形成等多種生物學過程的促炎細胞因子，不僅誘導破骨細胞的形成并刺激骨吸收［7］，還使高糖通過caspase-1/GSDMD/IL-1β途徑抑制成骨細胞的增殖和分化［8］。齦溝液中IL-1β的水平與牙周炎癥和種植體周圍炎成顯著正相關，其濃度可作為種植體周圍炎的生物學指標［9,10］。但也有Dǒgan等［11］發(fā)現血糖控制良好的Ⅱ型糖尿病患者齦溝液中IL-1β的含量與健康人相比較無統(tǒng)計學差異，也并不影響糖尿病患者種植體的療效，甚至能夠與其余炎性因子協(xié)同實現骨重建。因此IL-1β的含量是否與Ⅱ型糖尿病患者血糖控制水平相關以及其在影響種植體骨結合方面的作用機制仍需要更多研究。

1.2 白細胞介素IL-6 IL-6是兼具促炎與抗炎功能的多效性細胞因子，在復雜的骨折愈合級聯(lián)反應中發(fā)揮重要調節(jié)作用［12］。急性血糖波動使機體氧化應激水平明顯升高，啟動NF—KB信號通路使炎癥因子IL-6表達增加，不僅損傷動脈，還增加了血管緊張素受體的表達以加強縮血管效應［13］。此外IL-6是糖尿病骨代謝的有效調節(jié)因子，IL-6并不直接作用于破骨細胞，而是通過促進支持破骨細胞生成的破骨細胞生成因子RANKL的表達間接刺激骨吸收；在骨重建過程中，IL-6又通過成骨細胞系促進RANKL的表達以促進成骨細胞增值［14］。Yang等［12］的實驗表明，在敲除IL-6基因小鼠的早期修復階段，骨痂礦化不良，破骨細胞數量減少，即IL-6的高水平表達與骨痂形成及骨痂愈合有關，薛鵬飛等［15］在經過陽極氧化（AD）法處理的種植體表面檢測到IL-6的表達下調，并通過促進成骨細胞增殖，在種植早期獲得了更佳的骨結合, 這使IL-6在糖尿病等炎性疾病骨愈合受損的病理機制中發(fā)揮著重要作用。

1.3 IL-8 IL-8可由多種細胞產生，如巨噬細胞、上皮細胞和內皮細胞, 在多形核白細胞（PML）的募集和功能激活中發(fā)揮至關重要的作用［16］。骨結合即動態(tài)的骨改建過程，成骨細胞必不可少，成骨細胞多起源于擁有多分化潛能與自我更新能力的骨髓間充質干細胞（bone mesenchymal stem cells，BMSCs)，BMSCs 向成骨細胞分化的這一過程在骨結合中起重要作用。研究顯示IL-8 可能通過CXCR2 介導的PI3k/Akt信號通路觸發(fā)BMSCs的體外遷移，從而增強組織工程化植入體小鼠骨缺損的成骨作用［17］。Gauthami S等［18］發(fā)現盡管在控制良好的糖尿病和健康個體之間，植入物的穩(wěn)定性和骨生物標記物沒有明顯的差異，IL-8仍表現出明顯的反應模式，破骨細胞的狀態(tài)也呈擴增狀態(tài)，但其在促進破骨細胞生成的機制尚不清楚。由于高血糖引起的結構改變可損害側支循環(huán)，上調的IL-8水平可能在破壞細胞增殖和延遲傷口愈合的炎癥反應中起作用［19］。

1.4 腫瘤壞死因子（TNF-α）TNF-α在過去被描述為一種短暫的細胞因子，僅在愈合的前3d在種植體周圍的微環(huán)境中發(fā)現［20］，現已證實TNF-α通過刺激炎癥過程激活并參與種植體骨重塑中的代謝活動，從而控制成骨與破骨細胞的分化并誘導骨吸收［21］。TNF-α水平的升高與血糖控制較差有關，急性波動性高血糖患者中TNF-α水平顯著升高［22］。Alex Martins等人［23］觀察到種植體周臨床條件差和種植體周圍發(fā)病率高者的唾液中TNF-α濃度升高。在糖尿病小鼠模型中，高水平的TNF-α有助于加速糖尿病骨愈合過程中軟骨的丟失［24］，還可以增加骨保護素（OPG）的秩比，從而增強骨吸收［25］。Nina L等［26］在糖尿病急性Charcot骨關節(jié)病患者外周血中添加抗TNF-A-巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）+RANKL處理的培養(yǎng)物可以顯著降低破骨細胞的功能。由于TNF-α和高糖可協(xié)同降低成骨樣MG-63細胞的存活率并誘導其凋亡，提示TNF-α在Ⅱ型糖尿病骨延遲愈合中的重要調節(jié)作用［27］。此外，TNF-α不但參與骨愈合的初期形成, 還參與了骨痂的塑形過程, 從而影響著骨塑形［28］。TNF-α水平與種植骨結合的效果關系密切，并對骨結合狀態(tài)不良有一定的預測價值［29］。

1.5 骨保護素（OPG）和破骨細胞核因子κB受體活化因子配體（RANKL）血糖控制不良狀態(tài)對移植骨愈合過程中的骨因子如骨保護素（OPG）有負性調節(jié)作用，OPG作為腫瘤壞死因子受體家族的一員可干擾破骨細胞的功能與骨重塑過程，其通過抑制RANKL基因的表達阻礙破骨細胞的分化成熟、誘導破骨細胞凋亡［30］。劉一鳴等人［31］的實驗觀察到每周皮下注射OPG組的去卵巢大鼠與對照組相比，骨體積百分比增加了124%，骨結合百分比增加了167%、平均結締組織密度增加了95%、平均骨小梁數增加了111%等結果，證實系統(tǒng)應用OPG可改善去卵巢大鼠種植體的骨結合和固定，其原因是種植體周圍骨量的增加和小梁微結構的改善。因此OPG作為抗破骨細胞生成因子可以有效保護骨量。Ⅱ型糖尿病氧化應激過激引起的炎癥反應可導致破骨細胞及免疫細胞中RANKL的上調與成骨細胞中OPG的下調［32］，由于糖尿病患者種植體的骨重建需要在骨吸收與骨形成之間維持精準的平衡，OPG作為RANKL的內源性抑制劑，OPG/RANKL的比值成為了調節(jié)骨吸收與形成平衡的關鍵。OPG/RANKL比值降低是骨溶解增加的表現［33，34］，Kapasa等［35］認為，增加種植體周圍OPG的含量或提高OPG/RANKL的比率可以增加牙種植術的成功率并減少術后并發(fā)癥。Ⅱ型糖尿病患者受全身因素作用，升高了RANKL和TNF-α水平并下降OPG的表達，最終使得OPG/RANKL的比例失調，從而加劇牙槽骨吸收［36］。藥物如二甲雙胍可通過增加OPG的表達升高延髓區(qū)OPG/RANKL比例，使種植體在高血糖狀態(tài)下更有利于形成骨結合［37］。OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)在調節(jié)Ⅱ型糖尿病骨代謝方面有重要意義［38］，可能成為預防糖尿病患者種植體失敗和延長種植體壽命的臨床治療新靶點。

1.6 轉化生長因子β1（TGF-β1）TGF-β1被認為是纖維化反應的中樞介質，在骨組織中含量較多，對骨組織的改建和形成具有重要意義。血糖控制不良患者的種植周液在12個月的重新評估中，TGF-β1水平較低［39］。體外實驗證明TGF-β1可抑制骨髓細胞的成骨分化，并參與創(chuàng)傷愈合的細胞與炎癥調節(jié)過程［40］。鐘惠蘭等人［41］應用復方丹參片提高了種植體周圍骨組織的TGF-β1 水平，進而促進了種植體的骨結合；童爽等［39］的研究數據表明，含TGF-β1的絲素蛋白-殼聚糖三維支架對BMSCs的增殖、分化及基質生成均有積極作用，TGF-β1具有加速種植體骨重建的潛在生理效益。將含TGF-β1的復合涂層種植體植入糖尿病實驗兔進行術后觀察，成骨狀況和骨結合情況均優(yōu)化［42］，分析其原因可能是AGEs與TGF-β1的表達呈明顯負相關,復合涂層種植體通過提高TGF-β1水平使AGEs表達減少，從而起到骨保護的作用。眾所周知，由于Ⅱ型糖尿病患者的胰島素相對缺乏，長期的糖代謝紊亂造成血小板功能障礙［43］，導致血小板衍生生長因子和TGF-β的缺乏，進而影響骨結合過程中成骨細胞通過纖維蛋白基質向種植體骨結合表面的遷移［44］。未來則需要更深入、更充足的數據對TGF-β1在糖尿病患者種植體骨結合過程中對成骨細胞遷移、骨組織新生和骨重建中所起到的作用進行探討。

2.蛋白質組學生物標記物

高遷移率族蛋白B1(HMGB1):20世紀90年代末，HMGB1作為內源性危險信號分子被重新發(fā)現。作為一種非組蛋白DNA結合核蛋白，它可在細胞外與關鍵的跨膜受體如晚期糖基化終末產物受體（RAGE）和toll樣受體-4 (TLR-4）導致高血糖狀態(tài)下的氧化應激和炎癥反應所造成的細胞損傷［45］。李明靜等［46］發(fā)現，HMGBl可能通過Toll樣受體及NF-kB通路發(fā)揮類似OPG及RANKL的作用從而參與骨平衡的調節(jié)。最近的研究表明，HMGB1和RAGE是動物模型中鈦骨結合的重要標記物［47］，HMGB1可通過增加IL-1、IL-6、TNF-α等促炎細胞因子的表達延長炎癥過程［48,49］。Liu等人［50］證明HMGB1不僅在糖尿病大鼠鈦種植體模型的血漿中升高，還在BMSCs和種植周圍骨組織中顯著過表達。用甘草甜素抑制HMGB1的上調可削弱氧化應激反應和脂過氧化物生成，逆轉成骨標志物的下調并改善受損的小梁結構從而改善骨結合。同時HMGB1作為促炎中介在種植體周圍溝液（PICF）及唾液中廣泛存在［49］，濾紙條法、酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA)、Luminex等技術為相關蛋白標記物的提取與檢測提供了便捷方式［6］。綜上，抑制HMGB1是緩解糖尿病環(huán)境下骨髓基質細胞功能障礙、增強種植體成骨分化與骨結合的有效途徑，HMGB1可視為一種與糖尿病骨結合障礙相關的重要病理細胞因子［45，50］。

3.其它生物標記物

晚期糖基化終產物（AGEs):Ⅱ型糖尿病患者細胞外血糖水平持續(xù)存在，血液蛋白質經歷非糖基化轉化為晚期糖基化終產物（AGEs）從而與不同類型細胞上的AGEs 受體（RAGE）結合促進局部炎癥狀態(tài)。Ohara等人［51］證明血糖波動的改善可能減輕Ⅱ型糖尿病患者的氧化應激，從而降低AGEs水平。AGEs可在血清和種植體裂隙液中升高，AGEs與RAGE的相互作用不僅可以產生刺激骨吸收的炎性細胞因子，從而觸發(fā)破骨細胞的誘導，還能抑制成骨細胞的增殖與分化，并使一些蛋白質非酶糖基化，導致膠原結構改變，使Ⅱ型糖尿病患者種植體形成的有機骨基質質量受損［52］。這些機制可能是Ⅱ型糖尿病患者種植體周圍參數惡化的原因，因此AGEs可被視為評估糖尿病患者骨結合狀態(tài)的潛在標記物。

4.小結

Ⅱ型糖尿病患者種植環(huán)境的氧化應激水平顯著升高，可能會影響骨結合過程中的血供、炎癥反應、膠原合成與礦化以及骨再吸收和沉積間的平衡，進而延遲骨愈合，損害新骨質量。由于Ⅱ型糖尿病種植體骨結合的主要標記物參與了炎癥和骨破壞過程，這些活性成分和相關機制即成為了這一領域的重要研究方向。影像學及和臨床參數等只能提供過去疾病的歷史記錄，并不提示當前疾病活動狀態(tài)，而生物標記技術的發(fā)展提供了實時診斷疾病的可能性。理想的生物標記物應易于獲取檢測并具有高度穩(wěn)定性和特異性。當前對于單一生物標記物的研究較多，尚缺乏多個生物標記物對糖尿病骨結合狀態(tài)的研究?，F有實驗由于多缺乏敏感性和特異性的生物標記物數據，出現了假陽性或假陰性的概率，因此單獨分析密切標志物可能表現低敏感性或混合結果，進而削弱疾病預測價值。且由于不同標記物在骨結合的不同階段出現、消失并發(fā)生著濃度變化，多種生物標記物聯(lián)合應用預測骨結合狀態(tài)可能更加敏感高效，但如何界定標記物的參考值范圍及不同標記物間是否存在干擾等問題仍需更多充分的隨機臨床試驗。據此，Ⅱ型糖尿病種植體骨結合相關生物標記物的研究在幫助醫(yī)生監(jiān)測骨結合狀態(tài)、降低種植失敗率，闡明復雜的生物學機理以及開發(fā)宿主調節(jié)療法等方面具有重要意義，同時未來在其他有前景的研究領域如遺傳學、非靶向代謝組學和介入性縱向試驗等可能出現更多獨特的易感性指標來加深我們對這一課題的認識。