晚期糖基化终末产物对牙周组织的影响

郭晓雨 杨冬茹 李淑娟

作者单位：050017 石家庄，河北医科大学口腔医院（杨冬茹为通讯作者）

晚期糖基化终末产物（advanced glycation end products，AGEs）在糖尿病患者体内大量生成，其生成具有不可逆性，会随着时间逐渐累积，因此AGEs在组织内的含量可以代表糖尿病发展的程度与时间[1]。此外AGEs 与糖尿病及各种并发症的发生发展有着密不可分的关系[2]。牙周炎是糖尿病的第六并发症，糖尿病患者的牙周炎病情发展迅速，病损严重且治疗较为困难。两者的双向影响关系已经得到大量研究的支持[3]，近年研究显示AGEs 在糖尿病患者牙周炎的发生发展中起着重要的作用，本文对近年的研究梳理后就AGEs 对牙周组织影响作一综述。

一、AGEs 的理化特性及对机体的损伤机制

AGEs 是蛋白质、核酸和脂质等生物大分子游离氨基与还原糖的醛基或酮基在非酶促反应下形成的一类稳定的终末产物，此过程称为糖基化反应，具有稳定性和不可逆性，一般采用荧光光谱法、酶联免疫吸附法来测定浓度。

根据现阶段的研究发现AGEs 对机体的损伤主要通过三大机制：①AGEs 对胰岛β 细胞有直接的毒性作用。AGEs，也可通过多种途径促进胰岛β 细胞凋亡，导致胰岛素分泌量减少[4]。②AGEs 与蛋白质交联导致蛋白质结构和功能的改变。AGEs 通过共价键与蛋白质结合，致使蛋白质变性，影响组织器官的功能。如AGEs 可以与血管内皮细胞外基质的Ⅰ型胶原蛋白交联改变蛋白的结构，造成通透性增加和舒张功能障碍[5]。③AGEs 与相关受体结合激活信号通路。目前已知的AGEs 受体众多，其中对晚期糖基化终末产物受体（RAGE）的研究较为深入，RAGE 在多种细胞表面均有表达如内皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞等。AGEs 与细胞表面的RAGE结合后可以激活ERK、P38、JNK 和PCK 等激酶，通过这些途径诱导许多氧化应激或炎性反应[6]。

二、AGEs 对牙周组织的影响

在以往研究中发现糖尿病大鼠的正常或炎症的牙周组织中AGEs 的水平均高于非糖尿病大鼠，而且患有糖尿病的牙周炎患者其牙龈组织中的AGEs水平较高[7]。Takeda 进行了临床研究后提出：AGEs的水平与牙周炎的活动性密切相关，可以作为糖尿病患者牙周炎活动性的指标[8]。AGEs 在牙周组织内的堆积会加重牙周组织炎症[9]，而且在一项针对糖尿病恒河猴的实验中发现牙周炎症也能上调血清AGEs 的水平[10]，另外有炎症的牙周组织RAGE 含量高，使其对AGEs 更敏感[11]。AGEs 对牙周组织的影响包括牙槽骨和软组织两方面，近年的研究多集中在细胞层面，现将AGEs 对牙周细胞的影响分述于下。

1.AGEs 牙周膜干细胞的影响

AGEs 可抑制牙周膜干细胞的增殖能力和骨向分化能力，刺激炎性因子的表达，此影响有浓度依赖性和时间依赖性[12]。增殖能力的减弱可能是由于在AGEs 刺激下人牙周膜干细胞的HSG 基因表达上升（HSG 调控细胞周期蛋白进而调控细胞的增殖）并且cylinD1 基因表达下降（cyclinD1 属于细胞周期蛋白，调节细胞由G1 期向S 期转换）。此现象提示AGEs 可能通过激活HSG 来抑制cylinD1 的表达，使细胞停滞在G0/G1 期，最终抑制了细胞的增殖[13]。干细胞的骨向分化能力可能是通过AGEs/RAGE/ROS途径或激活Wnt 经典通路被抑制，且能促进干细胞凋亡[14，15]。AGEs 还可以促进人牙周膜干细胞的脂向分化、牙周组织的脂肪化[16]。AGEs 对牙周膜干细胞的不可逆的损害，解释了糖尿病患者牙周炎症破坏严重且难以恢复的原因。

2.AGEs 对成纤维细胞的影响

Li 等人发现AGEs 可以通过RAGE 途径诱导牙周成纤维细胞凋亡[17]。有文献报道发现AGEs 可促进牙周膜成纤维细胞内部自噬体数量增加，诱导成纤维细胞自噬[18]。AGEs 还能通过AGEs/RAGE/NF-κB 途径抑制细胞中Ⅰ、Ⅱ型胶原的合成并增加基质金属蛋白酶-1 的表达[19]。

3.对牙龈上皮细胞的影响。

糖尿病状态下牙龈中AGEs 含量增加[1]，AGEs通过RAGE，MAPK 和NF-κB 信号通路增加口腔上皮细胞中IL-6 和LCN2（Lipocalin 2，是一种抗菌肽和炎症相关因子）的表达，分泌的LCN2 能影响牙周组织的病理变化[20]。现阶段AGEs 对牙龈上皮细胞影响的研究较少，其具体影响仍需探索。

4.AGEs 对骨细胞的影响

骨细胞可以通过调节成骨细胞和破骨细胞的生成来调节骨代谢，骨细胞也因此被称为骨重塑的“指挥官细胞”，有实验证实AGEs 不仅可以直接诱导骨细胞凋亡，还可以通过降低破骨细胞分化因子RANKL 的表达来抑制骨吸收，此过程虽然抑制了骨吸收但也抑制了骨代谢，最终结果会导致糖尿病患者的骨转换率降低，骨更新减少，皮质骨退化[21]。除了RANKL 途径，AGEs 也通过RAGE 激活ERK1/2，P38 和STAT3 信号通路，促进骨细胞凋亡的同时还促使骨细胞释放白细胞介素6（IL-6）和血管内皮生长因子A（VEGF-A）加重炎症反应，有实验还发现单独使用AGE2 或AGE3 处理骨细胞均可抑制RANKL 水平，但高糖加AGE2 或高糖加AGE3 处理骨细胞无任何效果，说明高糖环境可以抑制AGEs对骨细胞的作用[22]，但在糖尿病患者体内的高糖环境中AGEs 对骨细胞是否产生影响还有待进一步研究。

5.AGEs 对破骨细胞的影响

破骨细胞数量和功能与骨吸收强弱密切相关，AGEs 对破骨细胞的作用仍存很大争议。一些研究报道认为AGEs 对骨吸收有促进作用，也就是高浓度AGEs 能促进破骨细胞对骨的吸收活动，使骨陷窝数量增多、面积扩大[23]，但也有报道提出异议如Valcourt 等人的实验结果发现AGEs 通过影响破骨细胞的融合对骨吸收活动起抑制作用。此结果得到李子卿实验团队的认可，其团队发现AGEs 可全面抑制破骨细胞对骨和骨基质的吸收功能，其机制可能是因为破骨前体细胞的定向分化能力、细胞融合能力及破骨细胞的迁移黏附能力被AGEs 抑制[24]，也可能是由于AGEs 通过抑制了质子泵V-ATPase a3 及氯离子通道ClC-7 的表达，从而影响了破骨细胞的泌酸功能[25]。无论哪种观点都明确的指出AGEs对破骨细胞的功能有影响，无论促进骨吸收还是抑制骨吸收都影响了骨改建，对骨代谢都是不利的。

6.AGEs 对成骨细胞的影响

动物实验显示AGEs 可以显著降低成骨细胞相关分子（如Ⅰ型胶原，骨钙蛋白和成骨细胞特异转录因子Cbfa1）的mRNA 表达，降低了骨钙蛋白的蛋白质水平并且增加了IL-1β 的水平，抑制成骨细胞中碱性磷酸酶的活性，减少骨结节的形成[26]。但有文献指出单独的使用AGEs 不会对成骨细胞造成影响，只有在和高糖环境的共同作用下才能抑制成骨细胞生成和功能，这个原因可能是由于葡萄糖诱导RAGE 表达增加来额外或协同抑制成骨细胞的矿化能力。高糖环境对骨髓基质细胞的成骨能力和矿化能力也有抑制作用[27]。

7.AGEs 通过其他途径对牙周组织产生损伤

AGEs 对除了对牙周各细胞产生直接损伤外，还可以通过硬化蛋白途径或炎症因子途径将牙周各细胞联系起来，对牙周产生不利影响。

（1）硬化蛋白是SOST 基因的产物，由成熟的骨细胞产生，硬化蛋白可以抑制成骨细胞成骨、促进破骨细胞生成、提高破骨细胞活性并通过RANKL 途径来协助骨分解[28]，是骨量和成骨细胞分化的负调节产物。临床实验发现牙周病患者龈沟液中的硬化蛋白水平明显高于健康患者[29]，糖尿病牙周炎大鼠硬化蛋白阳性骨细胞数量均高于单纯牙周炎的大鼠[30]，而硬化蛋白可引导牙槽骨分解。其中AGE3 通过上调骨细胞中TGF-β 的含量来促进骨细胞中硬化蛋白表达和细胞凋亡[31]。AGEs 对骨的影响还可以通过干扰Wnt/LRP5/β-catenin 途径来影响骨髓间充质干细胞骨向分化，降低骨量[32]。

（2）AGEs 通过介导炎症因子的表达对牙周组织造成损伤。据报道在糖尿病牙周炎患者的龈沟液中，炎症因子IL-6、IL-1β、TNF-α 和钙卫蛋白（S100A8）等炎症因子水平高于非糖尿病牙周炎患者。Nonaka 发现AGEs 可以通过RAGE、MAPK 和NF-κB 等途径增加牙龈成纤维细胞中IL-6 和ICAM-1 的表达[33]。AGEs 通过NLRPs 信号途径激活牙周膜成纤维细胞的炎症反应[34]。此外，AGEs 通过NOD2，NLRP1-炎性体和NLRP3-炎性体促进MDP的炎症反应。这些因子的释放导致炎症反应增加，氧化应激反应增强，进一步加重牙周组织炎症。

三、AGEs 抑制剂研究现状及前景

对AGEs 的致病机制研究的不断深入，其抑制剂也成了目前研究的一个热点。目前研究较多的抑制剂可以分成三种类型：AGEs 生成抑制剂、AGEs交联断裂剂和受体阻断剂。①AGEs 生成抑制剂包括氨基胍、吡哆胺、二甲双胍和Lalezari-Rahbar（LR）等，临床上发现使用二甲双胍3 个月后，人体内AGEs 含量会明显减少；②AGEs 交联断裂剂有PTB和ALT-711，其中ALT-711 已进入Ⅱ期临床实验；③受体阻断剂被认为是治疗糖尿病晚期并发症的重要物质，有人在动物实验中发现使用硬化蛋白中和抗体有利于减少骨流失，且破骨细胞的活性明显受到抑制[35]。同样在健康人类受试者中进行Ⅰ期临床试验的报告显示，静脉注射或皮下注射硬化蛋白中和抗体可以观察到骨形成标记物Ⅰ型前胶原N 肽原（P1NP）、骨特异性碱性磷酸酶（BAP）和骨钙素的含量增加，以及骨吸收标记物血清C-端肽（sCTx）的含量减少[36]；现在成品的受体阻断剂药物有他汀类药物和 FPS-ZM1， 这些药物可以阻断AGEs-RAGE 轴或调节Wnt 信号传导通路，以保护牙周膜干细胞骨向分化的能力。

四、展望

糖尿病患者的牙周炎症发展迅速，程度严重且不易控制，由于糖尿病患者在控制血糖的过程中抗生素的应用受限，使得临床上对糖尿病伴牙周炎患者的治疗极为困难。现已了解糖尿病患者的牙周组织中AGEs 不断积累可以加重牙周组织的炎症，对牙周组织中AGEs 致病途径研究的不断深入不仅有助于加深对该疾病的了解，更有助于发现新的治疗途径。