黃璐 綜述 吳燕岷 審校

牙周炎是指牙菌斑中的微生物所引起的牙周支持組織的慢性感染性疾病，并導致牙周支持組織的破壞，如牙周袋的形成、進行性附著喪失和牙槽骨吸收，最后可導致牙齒松動和脫落。牙周病宿主調節(jié)治療主要是針對宿主防御功能，從以下環(huán)節(jié)進行調節(jié)：宿主的免疫炎癥反應、基質金屬蛋白酶的產(chǎn)生、花生四烯酸的代謝產(chǎn)物、牙槽骨的吸收。環(huán)戊烯酮類前列腺素(15-deoxy-Δ12,14-prostaglandin J2,15d-PGJ2)是核內受體過氧化物酶體增殖物激活受體γ (peroxisome proliferator activated receptors γ，PPAR-γ)的內源性激動劑[1]，具有多種生物學活性。近年來發(fā)現(xiàn)15d-PGJ2能抑制牙槽骨的破壞和吸收[2-4]，其在牙周中的具體作用及機制日益受到關注。本文就15d-PGJ2在牙周炎微環(huán)境下對骨代謝的作用及機制做一綜述，以期為將來15d-PGJ2在牙周炎中的研究與應用提供新思路。

1 15d-PGJ2的簡介

15d-PGJ2是花生四烯酸經(jīng)環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase，COX-2)代謝的終產(chǎn)物之一，是PPAR-γ的內源性配體，能激活PPAR-γ轉錄因子，具有促凋亡、抑增殖、抗炎、抗血管生成、抗轉移、抗癌、抑制炎癥性骨吸收等多種生理功能[1,5]。從結構上看，15d-PGJ2的環(huán)戊烯酮鏈上有特征性的α，β-不飽和羰基，可以和細胞內蛋白的親核基團發(fā)生邁克爾(Michael)加成反應。已知一些關鍵轉錄因子結構中有親核基團-半胱氨酸硫醇基，比如核轉錄因子κB (nuclear factor kappa B, NF-κB, NCBI Reference Sequence: NP_001306155.1)、鈣調神經(jīng)磷酸酶依賴的胞漿活化T細胞核因子1 (nuclear factor of activated T-cells, cytoplasmic, calcineurin-dependent 1，NFATc1, PDB: 1NFA_A)、核因子E2相關因子2(nuclear factor-erythroid 2 p45 related factor, Nrf2, GenBank: AAB32188.1)等，15d-PGJ2可通過與該親核基團發(fā)生Michael加成調控上述因子的活性，影響其生理功能，并且這一過程在PPAR-γ介導和非PPAR-γ介導下均可以完成。

2 15d-PGJ2對骨代謝的作用

15d-PGJ2在骨代謝中發(fā)揮一定的調節(jié)作用，該過程主要通過調控破骨細胞和成骨細胞的分化及其活性實現(xiàn)。15d-PGJ2在小鼠成骨樣細胞系MC3T3-E1中可抑制脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)誘導的絲氨酸/蘇氨酸激酶AKT和NF-κB活化，抑制白細胞介素6(interleukin 6， IL-6)的產(chǎn)生，抑制成骨細胞(osteoblast, OB)活性等[6]。Lin等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠成骨細胞體外培養(yǎng)中， 15d-PGJ2可呈劑量依賴性降低堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性和礦化能力，顯著降低骨鈣素(osteocalcin, OCN)在mRNA水平上的表達，在幼齡大鼠脛骨局部連續(xù)7 d注射15d-PGJ2可降低新生骨的骨體積。15d-PGJ2還可能通過調控細胞內氧化應激損傷，誘導成骨細胞凋亡[8]。然而，用15d-PGJ2治療大鼠雙后肢股骨中段的骨皮質缺損，結果發(fā)現(xiàn)15d-PGJ2可以下調IL-6、 IL-1β、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α, TNF-α)的表達，上調局部骨缺損區(qū)骨形態(tài)發(fā)生蛋白6(bone morphogenetic protein-6, BMP-6)、血小板源性生長因子B(platelet-derived growth factor-B, PDGF-B)和Eph蛋白家族受體互作蛋白B2(eph family receptor interacting proteins B2, Ephrin-B2)的表達，促進骨缺損修復[9]。另外，也有人研究表明，15d-PGJ2能增強PPAR-γ和增強子結合蛋白(CCAAT-enhancer-binding proteins， C/EBPα)表達刺激小鼠骨髓細胞分化為脂肪細胞，但是對骨形成無影響[10]?？梢?，15d-PGJ2在骨代謝中的作用十分復雜，受多種因素影響，在不同細胞種類、不同狀態(tài)、不同作用濃度下都可能發(fā)揮不同的影響。

15d-PGJ2除了影響成骨細胞的分化和活性之外，還能作用于破骨細胞。Napimoga等[2]將15d-PGJ2應用于小鼠牙周炎模型，發(fā)現(xiàn)15d-PGJ2具有免疫調節(jié)作用，可減輕免疫炎癥反應以及伴隨的牙槽骨喪失。1×10-5mol/L 15d-PGJ2處理小鼠T細胞3 d后，上清中核轉錄因子κB受體活化因子配體(receptor activator of NF2-κB ligand, RANKL)的表達水平下降，抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase, TRAP)染色的陽性細胞數(shù)減少，提示15d-PGJ2通過下調RANKL在小鼠體內的表達量，抑制T細胞誘導的骨吸收，即抑制破骨[3]。15d-PGJ2可以抑制乳腺癌骨轉移和雌激素缺乏引起的骨吸收-在乳腺癌細胞和成骨細胞的共同培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，15d-PGJ2可以降低RANKL/OPG，抑制組織蛋白酶K和基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)的水平，抑制骨吸收[4]。綜上所述，15d-PGJ2能夠抑制破骨細胞的形成與分化。

3 15d-PGJ2在牙周骨代謝中可能的作用機制

3.1 依賴于PPAR-γ

PPAR-γ是一個能影響骨髓間充質干細胞分化的重要轉錄因子，能調控干細胞向破骨細胞分化，影響破骨細胞的生成和活化[11]。楊芳[12]認為PPAR-γ可促進人牙周膜細胞的成骨，但不依賴于β-catenin信號通路，15d-PGJ2作為PPAR-γ的激動劑，很有可能通過PPAR-γ作用于骨代謝。已有研究表明，15d-PGJ2可以通過激活PPAR-γ，進而抑制NF-κB相關的下游COX-2和NOS成骨信號，抑制BMP-2和OCN的表達，降低了成骨細胞礦化骨結節(jié)和ALP活性[7]。15d-PGJ2通過PPAR-γ的激活，可以抑制β-甘油磷酸酯(β-phosphoglyceride)對成骨分化關鍵性轉錄因子Cbfa-1和NF-κB的激活，使Cbfa-1和NF-κB的DNA結合能力減弱，減少間質細胞分化或成骨細胞標志物的表達，從而抑制成骨[13]。NF-κB是二聚體轉錄因子，受到IκB的抑制，當細胞活化時，IKK將IκB磷酸化，NF-κB釋放并進入核內。15d-PGJ2可激活PPAR-γ促進IκB合成，還可與IKK共價結合而影響NF-κB進入細胞核[14]，還能使NF-κB的DNA結合亞基p65的半胱氨酸殘基羥基化，直接抑制NF-κB的DNA[15]。

Gong等[16]研究證明在高糖HG和游離脂肪酸FFA顯著抑制PPAR、NAD依賴性蛋白脫乙酰酶 (NAD-dependent deacetylase sirtuin-1, SIRT1)和成骨分化表達的情況下，PPAR-γ過表達可顯著逆轉上述效應，而且其促進成骨分化是依賴于SIRT1的信號通路。

綜上所述，推測15d-PGJ2可能通過PPAR-γ抑制NF-κB的轉錄和入核，進而抑制成骨分化相關蛋白的表達，抑制成骨；也可以依賴于SIRT1促進成骨分化15d-PGJ2通過多條信號通路作用于骨代謝，在不同的狀態(tài)下作用于不同的信號通路，發(fā)揮不同的作用。

3.2 依賴于OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)

RANKL是TNF配體超家族成員，成骨細胞或骨髓間充質干細胞表達的RANKL或分泌到機制中的RANKL，與破骨前體細胞表面唯一受體核因子κB 受體活化因子(receptor activator of nuclear factor κB, RANK)結合，將信號傳入胞內，引起破骨前體細胞分化、增殖和成熟[17]。骨保護素(osteoprotegerin, OPG)作為TNF受體超家族成員，能競爭性結合RANKL，阻斷RANK與RANKL的作用，從而抑制破骨細胞的分化和成熟[18]。在骨重建的調節(jié)過程中，許多上游系統(tǒng)和局部激素及因子由于在破骨細胞表面缺乏相應的受體，只能通過影響下游RANKL或者OPG的表達水平來調控骨代謝[19-21]。

有學者以牙槽骨吸收大鼠模型為研究對象，發(fā)現(xiàn)牙槽骨吸收區(qū)RANKL在成骨細胞及基質細胞中有表達，RANK在破骨細胞及破骨前體細胞表面有表達，OPG表達較無骨吸收區(qū)域有所下降，證實在牙槽骨吸收機制中OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)起著重要作用[18]。15d-PGJ2通過環(huán)戊酮發(fā)生Michael加成反應，干擾轉錄因子NF-κB、早期生長反應因子1(early growth responsive factor-1, Egr-1)、早期生長反應因子2(early growth responsive factor-2, Egr-2)的表達或活性，抑制RANKL的啟動子活性，降低RANKL的轉錄和翻譯水平[22]。綜上所述，在一定程度上，15d-PGJ2能夠通過OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)影響骨代謝。

成骨細胞分泌的RANKL、 巨噬細胞集落刺激因子(macrophage colony-stimulating factor， M-CSF)等可以協(xié)同誘導有絲分裂原激活蛋白酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)、細胞外調節(jié)蛋白激酶(extracellular signal regulated kinase,ERK)、c-jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinas, JNK)和NF-κB活性，從而影響破骨細胞分化及活性。結合上述“15d-PGJ2可依賴于OPG/RANKL/RANK通路調控牙周骨代謝”，因此在破骨細胞分化過程中15d-PGJ2和MAPK、ERK、JNK等很可能存在相互作用，具體機制有待進一步研究。

3.3 依賴于組蛋白的乙?；腿ヒ阴；?/h3>

組蛋白乙?；D移酶(histoneacetylase， HAT)和組蛋白去乙?；D移酶(histonedeacetylase, HDAC)是調節(jié)染色體結構和基因表達的關鍵激酶，HAT促進轉錄，HDAC抑制轉錄，而且蛋白質的乙?；烧{控細胞活動，提高蛋白穩(wěn)定性。15d-PGJ2可改變HAT的溶解性而影響HAT[包括p300和p300/CREB結合蛋白相關因子(p300/CREB-binding protein-associated factor， PCAF)]的功能，還能共價結合2 個半胱氨酸殘基來抑制HDAC-1[23-24]。有研究表明，15d-PGJ2能通過干擾組蛋白乙?；D移酶p300抑制IL-1β介導的COX-2的表達[25]。但是，Napimoga等[26]研究發(fā)現(xiàn)小劑量(3 μmol/L)的15d-PGJ2可以提高組蛋白去乙?；D移酶9(HDAC9)的表達，以一個不依賴于PPAR-γ的模式誘導成骨相關蛋白的表達，提高成骨細胞活性。另有研究表明，HDAC-9c能依賴于PPAR-γ2減弱間充質干細胞的成脂分化，促進成骨分化[27]。目前為止，骨代謝中15d-PGJ2和HAT/HDAC相互作用及機制的研究很少，需要進一步深入研究，可以確定的是15d-PGJ2可以通過HAT或HDAC調控骨代謝。

3.4 依賴于炎癥因子和Wnt信號通路

Wnt/β-catenin信號通路在人牙周膜干細胞(human periodontal ligament stem cell, hPDLSCs)成骨分化過程中發(fā)揮著重要作用，但具體作用尚存一定爭議。Chen等[28-29]學者研究認為Wnt/β-catenin信號通路可以促進hPDLSCs成骨分化；但伍燕等[30]發(fā)現(xiàn)，下調DKK-1表達水平激活Wnt/β-catenin信號通路后，hPDLSCs的成骨分化反而被抑制了。

15d-PGJ2應用于骨缺損大鼠模型中，可以降低IL-1α、IL-6和TNF-α的表達水平[9]。有研究在風濕性關節(jié)炎小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，促炎癥細胞因子IL-1和TNF-α可作用于Wnt信號通路，抑制成骨細胞分化和功能。已知TNF-α是一種促進炎癥反應的免疫調節(jié)劑，能促進炎癥細胞侵入感染部位，導致MMPs的釋放，降解細胞外基質蛋白，促進牙槽骨吸收和膠原纖維的破壞，是促進破骨細胞和破牙骨質細胞分化和激活的重要因子[31]。因此，本文推測15d-PGJ2可能通過炎癥因子及TNF-α介導骨代謝。另一方面，Jayaprakash等[32]在正畸移動牙齒的齦溝液內檢測到IL-6、TNF等介質；Takahashi等[33]曾在牙周炎患者的牙齦組織和牙根尖囊腫的囊液中檢測到高水平的IL-6和IL-17。綜合以上，本文推測：在牙周炎微環(huán)境中，IL-6等炎癥因子會介導病理性骨吸收，15d-PGJ2可能抑制相關炎癥因子，進而作用于Wnt信號通路，促進成骨細胞分化，抑制破骨細胞分化。

3.5 其他信號通路

Notch信號通路在細胞內廣泛存在，能促進骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化[27]。體內實驗表明，Notch信號通路的受體和配體在骨折愈合過程中上調[34]。將激活Wnt信號通路的小鼠骨細胞與骨髓間充質干細胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，骨細胞調控成骨分化的作用機制是通過自身Notch配體的表達而進一步激活骨髓間充質干細胞的Notch信號通路，從而調控其成骨分化[35]，即“發(fā)育中斷的骨細胞Wnt微環(huán)境因子反向調控骨發(fā)育”。目前尚無研究15d-PGJ2是否在Notch信號通路中發(fā)揮作用，需要進一步探索。

在肝損傷小鼠中，15d-PGJ2獨立于PPAR-γ，通過顯著的活性氧ROS的生成和細胞骨架的重構，使骨髓間充質干細胞歸巢至肝臟[36]。15d-PGJ2顯著提高成骨細胞中HO-1的mRNA和蛋白水平，HO-1的誘導抑制了成骨細胞的成熟，包括減少礦化骨結節(jié)的形成、ALP的活性以及ALP、OCN、RUNX2等多種分化標志物mRNA的表達[37]。

4 總結與展望

目前15d-PGJ2如何影響骨代謝的研究主要集中在骨髓來源的成骨細胞、破骨細胞以及骨髓間充質干細胞，在牙周組織骨代謝方面的研究很少。國內外的前期研究表明，15d-PGJ2可以通過Wnt信號通路、RANKL/OPG、MAPK信號通路、PI3-K/AKT信號通路等多途徑作用于骨代謝，在治療牙周炎破壞性骨吸收中存在潛在的應用前景，但是其具體作用機制有待進一步深入。綜上所述，在牙周炎性微環(huán)境下，15d-PGJ2可能通過抑制破壞性骨吸收，控制牙周炎導致的進行性骨破壞，有望成為牙周病的有效輔助治療。