孫樂(lè)章，王 琪

糖尿病是一種常見(jiàn)的以高血糖為特征的慢性代謝性疾病，牙周炎是其主要的口腔并發(fā)癥，表現(xiàn)為牙周袋形成、牙齦紅腫、牙槽骨吸收和牙齒松動(dòng)等，是造成糖尿病患者失牙的主要原因。糖尿病患者中牙周疾病的發(fā)病率和嚴(yán)重程度往往較正常人更高，可能因局部免疫穩(wěn)態(tài)失調(diào)導(dǎo)致組織破壞加重[1]。高糖條件下牙周組織的免疫特征變化情況較為復(fù)雜，本文將從高糖狀態(tài)下牙周組織形態(tài)結(jié)構(gòu)、局部免疫細(xì)胞的變化及其調(diào)控機(jī)制等方面進(jìn)行綜述，揭示高血糖對(duì)牙周免疫特征的影響并探索其在牙周組織破壞中的作用，從而為防治糖尿病相關(guān)性牙周炎提供思路。

1 高糖狀態(tài)牙周組織形態(tài)結(jié)構(gòu)變化

1.1 牙齦

高血糖引起的牙齦形態(tài)學(xué)變化主要體現(xiàn)在：①黏膜上皮增厚；②黏膜下結(jié)締組織萎縮；③微血管病變[2]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠黏膜上皮增厚且細(xì)胞數(shù)量增加，上皮釘突縮短，其中角化層變厚，角質(zhì)形成細(xì)胞變大，角蛋白增加，顆粒層和棘層細(xì)胞密度增大；而基底層的厚度和形態(tài)無(wú)明顯變化[3]。也有研究顯示糖尿病可導(dǎo)致黏膜下結(jié)締組織變薄，成纖維細(xì)胞遷移能力下降，進(jìn)而影響牙齦創(chuàng)面愈合及局部免疫功能，這可能與高糖環(huán)境抑制成纖維細(xì)胞增殖和膠原合成有關(guān)[4]。此外，糖尿病可能導(dǎo)致牙周組織中毛細(xì)血管數(shù)量減少及血管壁厚度減小，導(dǎo)致牙齦上皮免疫屏障受損，促進(jìn)牙周疾病在糖尿病患者中的發(fā)生發(fā)展，這可能與高糖抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖相關(guān)[5]。

1.2 牙周膜

牙周膜是位于牙根與牙槽骨之間的結(jié)締組織，有固定牙根和緩解咀嚼壓力的作用。研究發(fā)現(xiàn)體外模型中糖尿病可導(dǎo)致牙周膜結(jié)構(gòu)薄弱，主要表現(xiàn)為膠原纖維排列紊亂和牙周膜成纖維細(xì)胞(periodontal ligament fibroblasts，PDLFs)的脫落[6]。同時(shí)，高糖引發(fā)PDLFs出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)及功能異常，導(dǎo)致結(jié)締組織膠原化程度和對(duì)Ⅰ型膠原的黏附作用下降，最終影響PDLFs維持牙周屏障的功能。在腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、白介素-6(interleukin 6，IL-6)、白介素-1β(interleukin 1β，IL-1β)等細(xì)胞因子的影響下，PDLFs膠原合成減少，降解增多，緩解咀嚼壓力的能力下降，無(wú)法對(duì)抗細(xì)菌及其產(chǎn)物，牙周疾病易感性增加[7]。

1.3 骨組織

高血糖影響正常骨骼代謝過(guò)程，可增強(qiáng)破骨作用并抑制成骨，從而影響牙槽骨的吸收。糖尿病小鼠絲線結(jié)扎后釉牙骨質(zhì)界到牙槽嵴頂距離增加，骨質(zhì)吸收較多。高糖對(duì)骨組織的影響還體現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)的改變。糖尿病小鼠的骨小梁形態(tài)不規(guī)則，骨質(zhì)較??；牙槽嵴頂較窄，而且邊緣參差不齊，骨組織形態(tài)缺陷可能也是其易患牙周炎的原因之一[8-9]。綜上所述，高糖打破成骨-破骨間的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而引起骨質(zhì)破壞并影響骨免疫系統(tǒng)，最終導(dǎo)致牙周骨組織的形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化，上述因素共同增加了糖尿病患者的牙周炎易感性。

2 高糖狀態(tài)下牙周組織免疫細(xì)胞功能變化

2.1 固有免疫細(xì)胞功能變化

2.1.1 中性粒細(xì)胞 中性粒細(xì)胞是機(jī)體炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答的主要參與者。血糖升高可刺激骨髓增生，從而導(dǎo)致外周血中中性粒細(xì)胞數(shù)量增多，但機(jī)體抵御外界刺激能力下降，提示可能存在中性粒細(xì)胞功能不全[10]。由于在高糖水平下膠原合成障礙，中性粒細(xì)胞趨化和吞噬功能降低，還存在凋亡延遲等功能障礙。中性粒細(xì)胞趨化功能受損，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的黏附和遷移至炎癥部位的能力下降[11]；吞噬功能不足引起病原菌積累和口腔微生物穩(wěn)態(tài)失衡。中性粒細(xì)胞通過(guò)自發(fā)性凋亡來(lái)清除炎性病變，清除微生物后其自身也會(huì)被清除，有助于維持體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)；而研究人員發(fā)現(xiàn)高糖狀態(tài)下人體內(nèi)中性粒細(xì)胞出現(xiàn)凋亡延遲，這會(huì)導(dǎo)致感染部位持續(xù)存在，局部組織破壞加重[12-13]。在高糖作用下，其他細(xì)胞如成纖維細(xì)胞中核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)表達(dá)被激活，可能引起中性粒細(xì)胞向牙周膜富集，使得局部處于過(guò)度免疫應(yīng)答狀態(tài)。作為齦溝液膠原酶的主要來(lái)源，中性粒細(xì)胞釋放的抗菌物質(zhì)和炎癥介質(zhì)增多，可促進(jìn)牙周組織破壞[7,14]。

2.1.2 巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞在糖尿病引起的全身慢性炎癥狀態(tài)下分泌大量抗菌物質(zhì)和細(xì)胞因子，引發(fā)宿主過(guò)度免疫反應(yīng)，造成牙周組織損傷和血糖控制不佳。巨噬細(xì)胞在糖尿病牙周炎的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用，其功能和表型的調(diào)節(jié)可作為糖尿病患者防治牙周炎的靶點(diǎn)。巨噬細(xì)胞具有M1、M2兩種表型，在高血糖患者牙周組織中M1促炎表型的豐度高于健康者，M1型巨噬細(xì)胞分泌多種炎性因子，在牙周病原體入侵后參與并維持局部炎癥水平，導(dǎo)致牙周炎的發(fā)生發(fā)展[15-16]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在小鼠牙周炎模型中通過(guò)C-C基序趨化因子配體(C-C motif chemokine ligand 2，CCL2)調(diào)控巨噬細(xì)胞M2表型極化，降低M1和M2表型的比率，可有效減少牙槽骨的吸收[17]。近年來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)，高糖可刺激巨噬細(xì)胞分泌炎性因子和衰老相關(guān)分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)增多，誘發(fā)巨噬細(xì)胞衰老，導(dǎo)致牙齦功能障礙[18]。巨噬細(xì)胞在高糖作用下調(diào)控牙齦成纖維細(xì)胞分泌基質(zhì)金屬蛋白酶破壞牙齦膠原纖維，焦亡的巨噬細(xì)胞可引起周圍成纖維細(xì)胞衰老，加重牙周組織破壞[19-20]。

2.1.3 單核細(xì)胞 高糖誘導(dǎo)促炎單核細(xì)胞浸潤(rùn)增多，分泌炎性細(xì)胞因子(如TNF、IL-6等)和單核細(xì)胞趨化蛋白-1的水平顯著增加，這一過(guò)程可能由CCL2介導(dǎo)，抑制CCL2不僅降低炎癥部位單核細(xì)胞浸潤(rùn)程度，還可減少牙槽骨丟失并使牙周組織上皮層增厚，從而減輕炎癥[21]。在高糖作用下，內(nèi)毒素刺激的單核細(xì)胞內(nèi)Toll樣受體介導(dǎo)的NF-κB通路表達(dá)增強(qiáng)，而NF-κB參與多種慢性炎癥性疾病的發(fā)生，這與高糖水平下牙周炎的發(fā)生也有一定聯(lián)系[22]。

Flynn等[23]發(fā)現(xiàn)間歇性高血糖也可誘導(dǎo)骨髓造血祖細(xì)胞增殖，引起外周循環(huán)中單核細(xì)胞數(shù)量增多。這一過(guò)程由葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT-1介導(dǎo)，調(diào)控中性粒細(xì)胞攝取葡萄糖和糖酵解作用增強(qiáng)并誘導(dǎo)S100A8/A9的分泌，后者可與骨髓前體細(xì)胞上的晚期糖基化終產(chǎn)物受體結(jié)合并促進(jìn)循環(huán)中單核細(xì)胞數(shù)量增加，尤其是促炎型單核細(xì)胞比例上升。這與既往研究一致，慢性牙周炎患者牙齦內(nèi)促炎型單核細(xì)胞所占比例更高，這可能是高糖引發(fā)并維持牙周組織炎性狀態(tài)的原因之一[24-25]。

2.1.4 其他固有免疫細(xì)胞 樹(shù)突狀細(xì)胞在高糖環(huán)境下，通過(guò)激活淋巴細(xì)胞調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)，包括上調(diào)輔助性T細(xì)胞1(T helper cell 1，Th1)和輔助性T細(xì)胞17(T helper cell 17，Th17)的表達(dá)和減少調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的形成[26]。自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)在高糖環(huán)境下，尤其是在血糖控制不佳的環(huán)境下細(xì)胞活性降低導(dǎo)致NK細(xì)胞維持免疫穩(wěn)態(tài)的功能下降，對(duì)病原微生物抵抗力變?nèi)?，易感性增?qiáng)[27]。感染發(fā)生后，NK細(xì)胞在炎癥微環(huán)境中產(chǎn)生大量細(xì)胞因子和趨化因子，如TNF-α、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子等，激活樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞；活化的樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及炎性因子反過(guò)來(lái)可以促進(jìn)NK細(xì)胞的細(xì)胞毒作用，通過(guò)反饋環(huán)放大局部炎性級(jí)聯(lián)反應(yīng)[28]。作為組織駐留淋巴細(xì)胞存在的γδT細(xì)胞，是IL-17的重要來(lái)源之一，位于上皮基底層，不僅有調(diào)節(jié)牙齦上皮細(xì)胞免疫特性的能力，在維持牙齦完整性方面也有不可或缺的作用。肥大細(xì)胞在高糖下分泌的IL-1和IL-33等，可以激活自身產(chǎn)生更多炎性因子加重炎癥水平，還可激活激酶促進(jìn)胰島素抵抗[29]。

2.2 獲得性免疫細(xì)胞功能變化

2.2.1 T淋巴細(xì)胞 有研究顯示伴有2型糖尿病的慢性牙周炎患者牙周組織免疫生態(tài)位中T淋巴細(xì)胞水平較高，主要為Th-17和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞[30]。這類患者齦溝液中檢出較高的IL-17濃度，與血糖控制不佳有一定關(guān)系[31]。既往研究證明，Th-17淋巴細(xì)胞及IL-17水平與牙周疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，與牙周破壞的臨床參數(shù)也呈正相關(guān)[32]。作為IL-17的主要分泌者之一，Th-17在高糖水平并發(fā)牙周疾病中起重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者正常牙周組織中促炎細(xì)胞因子和趨化因子水平與單純牙周炎患者相當(dāng)，這可能與T細(xì)胞功能和IL-17水平變化相關(guān)[33]。這不僅反映了高糖水平下牙周組織中活躍的炎癥過(guò)程，更提示T細(xì)胞可能在高糖引發(fā)牙周組織炎癥中起一定作用，但其具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究明確。

2.2.2 B淋巴細(xì)胞 在伴有糖尿病的牙周炎患者中，B細(xì)胞的功能變化可加重牙周組織破壞。研究表明，在牙周炎患者中高達(dá)90% B細(xì)胞表達(dá)核因子κB受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κ B ligand，RANKL)，而健康牙齦中RANKL陽(yáng)性的B細(xì)胞很少。增殖誘導(dǎo)配體和B淋巴細(xì)胞刺激因子介導(dǎo)B細(xì)胞的生存、分化和成熟，在糖尿病合并牙周炎患者牙周組織中，B淋巴細(xì)胞刺激因子與RANKL的表達(dá)呈正相關(guān)。RANKL的過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的形成，從而加重牙周損傷。高糖環(huán)境下牙周組織中B淋巴細(xì)胞刺激因子過(guò)度表達(dá)，可能是糖尿病相關(guān)性牙周炎發(fā)病的關(guān)鍵[34]。

2.3 其他發(fā)揮免疫功能的細(xì)胞

牙齦上皮在防御細(xì)菌侵入、抵抗感染性炎癥中發(fā)揮不可或缺的屏障作用。炎癥是糖尿病并發(fā)癥的重要發(fā)病機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)，高糖可能通過(guò)炎性小體促進(jìn)牙齦上皮細(xì)胞(human gingival epithelial cells，HGECs)分泌SASP，從而誘發(fā)牙齦上皮炎性衰老[35]。同時(shí)，維持牙齦上皮完整性的多蛋白細(xì)胞連接復(fù)合物水平下降，導(dǎo)致上皮屏障受損，多因素引發(fā)的IL-6、TNF-α、IL-1β等水平升高導(dǎo)致牙齦組織功能障礙，從而增加牙周炎易感性。

牙周膜干細(xì)胞(periodontal ligament stem cell，PDLSC)在牙周組織再生中起重要作用，體外研究表明PDLSC暴露在高糖環(huán)境中增殖能力下降并向破骨細(xì)胞分化，使用二甲雙胍可促進(jìn)PDLSC增殖、遷移和成骨分化，在降低血糖的同時(shí)還可促進(jìn)牙周組織再生[36]。

在高糖的刺激下，人牙周膜成纖維細(xì)胞(human periodontal ligament fibroblast，hPDLF)內(nèi)NF-κB通路被激活，誘導(dǎo)RANKL的生成，促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成，從而促進(jìn)分解代謝，膠原纖維數(shù)量減少；與此同時(shí)凋亡的hPDLF增加，牙周膜屏障功能受損[37]。

3 高血糖影響牙周組織局部免疫的調(diào)控機(jī)制

3.1 高血糖可能引發(fā)牙周菌群穩(wěn)態(tài)失衡

近年來(lái)，關(guān)于牙周炎的病因?qū)W說(shuō)逐漸傾向于牙周菌群失調(diào)，即口腔菌群平衡被打破，從而引起免疫失調(diào)。局部炎癥介質(zhì)升高影響細(xì)菌的代謝，從而引起菌群多樣性和穩(wěn)定性下降[38]。但目前關(guān)于糖尿病患者牙周損傷是否可歸因?yàn)樗拗鞣磻?yīng)的變化、細(xì)菌致病性的改變或二者的結(jié)合尚未形成共識(shí)。從宿主反應(yīng)來(lái)看，高糖水平下中性粒細(xì)胞的趨化、黏附和吞噬功能受損，免疫穩(wěn)態(tài)失衡，無(wú)法防御致病菌的入侵，結(jié)締組織中破骨細(xì)胞分化引起骨缺損并引發(fā)免疫性損傷。另一方面，牙周菌群致病性增強(qiáng)，將糖尿病小鼠口腔細(xì)菌移植到對(duì)照組小鼠口腔內(nèi)，可誘導(dǎo)大量中性粒細(xì)胞聚集，IL-6、RANKL表達(dá)增多。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，IL-17在糖尿病小鼠牙齦中濃度增長(zhǎng)幅度最大，對(duì)其進(jìn)行IL-17抗體注射治療后口腔菌群組成與正常小鼠趨于一致，致病性下降[39]。值得注意的是，尚未發(fā)現(xiàn)確鑿的證據(jù)表明糖尿病對(duì)口腔微生物群有顯著影響。

3.2 高血糖引發(fā)牙周組織炎性衰老

炎性衰老是指全身性疾病如糖尿病患者體內(nèi)衰老伴隨慢性低度炎癥的狀態(tài)[40]?；颊唧w內(nèi)促炎和抗炎反應(yīng)的平衡被打破，長(zhǎng)期處于促炎狀態(tài)，促進(jìn)牙周炎的發(fā)生發(fā)展。由于糖尿病患者體內(nèi)活性氧/自由基水平增加，同時(shí)抗氧化能力下降，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的形成。通過(guò)級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)產(chǎn)生更多自由基，從而加速牙周組織衰老，增加牙周炎易感性[41]。

在高血糖的影響下，齦溝液中炎性因子水平增高，抗炎和促炎細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)失衡，導(dǎo)致牙周組織產(chǎn)生病理性炎癥，其特征為IL-1β、IL-6、IL-15、IL-18等基因水平表達(dá)增高[42]。炎性因子水平增高與組織衰老互為因果，促炎因子可誘導(dǎo)細(xì)胞衰老、激活SASP，從而促進(jìn)炎性因子的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，這一惡性循環(huán)加速了衰老的進(jìn)程，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)了牙周組織損傷的發(fā)生發(fā)展。

此外，糖尿病患者體內(nèi)自由基水平升高，引起端粒DNA和線粒體DNA損傷，血清中8-羥基脫氧鳥(niǎo)苷水平增高[43]，進(jìn)而誘導(dǎo)DNA復(fù)制和翻譯的錯(cuò)誤，引起點(diǎn)突變或染色體重排。細(xì)胞內(nèi)DNA損傷可引起細(xì)胞衰老，從而激活細(xì)胞SASP，引發(fā)相鄰細(xì)胞的DNA損傷反應(yīng)和SASP的釋放，導(dǎo)致局部炎癥逐漸轉(zhuǎn)為高血糖相關(guān)的全身慢性炎癥。隨著促炎因子表達(dá)的增加，細(xì)胞衰老后分泌蛋白酶可加速自身衰老，循環(huán)往復(fù)，促進(jìn)并維持牙周組織衰老狀態(tài)[44]。

自噬是一種細(xì)胞內(nèi)降解系統(tǒng)，將受損或過(guò)剩的細(xì)胞質(zhì)傳遞給溶酶，在維持體內(nèi)炎性平衡和延緩衰老中起關(guān)鍵作用，對(duì)體內(nèi)的炎癥反應(yīng)有負(fù)調(diào)控作用。而在糖尿病動(dòng)物模型體內(nèi)，自噬作用被抑制，其對(duì)炎癥的負(fù)調(diào)控作用下調(diào)，導(dǎo)致內(nèi)源性和外源性激活物的聚集，炎癥介質(zhì)過(guò)度表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞炎性衰老，最終加重牙周組織炎癥破壞[45]。

3.3 高血糖對(duì)骨免疫系統(tǒng)的影響

骨免疫系統(tǒng)由骨細(xì)胞、T細(xì)胞、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和骨髓巨噬細(xì)胞等參與，以核因子κ B受體活化因子(receptor activator for nuclear factor-κ B, RANK)/RANKL/骨保護(hù)素(osteoprotegerin,OPG)系統(tǒng)為橋梁相互聯(lián)系。糖尿病小鼠體內(nèi)骨代謝受損，牙齦組織中OPG表達(dá)水平顯著低于野生型小鼠；受機(jī)械刺激，抗酒石酸酸性磷酸酶陽(yáng)性多核細(xì)胞數(shù)增加，尤其是在牙周韌帶和骨膜區(qū)，骨吸收增多。高糖培養(yǎng)的骨細(xì)胞成骨相關(guān)標(biāo)志物表達(dá)水平顯著降低[46]，而增多的TNF、IL-1β和IL-17等炎性因子，促進(jìn)成骨細(xì)胞分泌RANKL，促進(jìn)破骨細(xì)胞形成，與免疫系統(tǒng)相互作用共同促進(jìn)骨吸收[47]。目前對(duì)于伴糖尿病性牙周炎的治療策略仍以牙周潔治、齦下刮治等機(jī)械方法為主，促進(jìn)牙周組織再生的問(wèn)題亟待解決，骨免疫系統(tǒng)的提出從免疫調(diào)節(jié)的角度為防治牙周炎帶來(lái)新的思路，如TNF抑制劑、IL-17抗體治療的應(yīng)用可改善骨再生，減少骨丟失[26]。

3.4 高糖水平下表觀遺傳對(duì)牙周炎易感性的影響

表觀遺傳是獨(dú)立于DNA序列基因功能的遺傳和生物學(xué)變化，主要包括DNA修飾、組蛋白修飾和micro RNA的表達(dá)[48]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)hPDLSC在高糖下DNA甲基化程度增加，成骨分化能力下降，導(dǎo)致牙槽骨喪失和牙周組織再生能力受損，增加了牙周炎易感性[49]。高糖水平調(diào)控組蛋白修飾部分DNA可改變其轉(zhuǎn)錄活性，在宿主受到病原微生物刺激后體內(nèi)促炎因子轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，這一現(xiàn)象在血糖恢復(fù)正常一段時(shí)間后也存在，即“代謝記憶”[50]。目前已有較多關(guān)于高糖水平的代謝記憶增加糖尿病并發(fā)癥發(fā)病率的研究，但其與牙周炎易感性的關(guān)系仍未見(jiàn)報(bào)道[51]。未來(lái)可以此為方向，探究組蛋白修飾在糖尿病相關(guān)性牙周炎發(fā)病中的作用機(jī)制。高糖通過(guò)micro RNA的表達(dá)調(diào)控IL-6、CCL2等炎性因子水平增高，可能引起局部炎性破壞加重。研究發(fā)現(xiàn)，外周循環(huán)中miR-146a和miR-155可作為檢測(cè)糖尿病相關(guān)性牙周炎的生物標(biāo)志物[52]。糖尿病患者體內(nèi)表觀遺傳學(xué)變化進(jìn)一步闡述了相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制，還可作為潛在的治療靶點(diǎn)。

4 小結(jié)與展望

隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，糖尿病并發(fā)牙周炎的發(fā)病機(jī)制不斷被揭示。高糖水平引發(fā)免疫細(xì)胞功能改變、局部菌群失調(diào)、牙周組織炎性衰老和表觀遺傳變化等，繼而引發(fā)組織形態(tài)學(xué)的改變，上述因素均會(huì)在一定程度上增加牙周疾病的易感性，造成牙周組織損傷。高糖狀態(tài)下牙周組織局部炎癥細(xì)胞積聚，不僅會(huì)加重胰島素抵抗，還會(huì)加重牙周組織局部炎癥。因此，針對(duì)高糖狀態(tài)下免疫細(xì)胞功能缺陷、清除炎癥細(xì)胞因子的治療方法可能是防治糖尿病患者并發(fā)牙周炎的潛在治療策略。