整合素αvβ6与牙周炎关系的研究进展

王 博， 毕良佳

第四次全国口腔健康流行病调查报告显示，我国各年龄组口腔健康比例很低，影响口腔健康的疾病以龋病和牙周病为主，口腔健康与全身情况密切相关，已经报道牙周炎与糖尿病、心脑血管疾病、阿尔兹海默症等均存在一定的关联。整联蛋白参与细胞增殖、迁移、存活等多种细胞行为，在生长发育过程中扮演重要角色。在健康人的结合上皮中，整合素αvβ6高表达；在牙周炎患者的结合上皮中，整合素αvβ6的表达明显下降，提示整合素αvβ6的表达与牙周炎存在某种关联，因此，本文主要介绍整合素与牙周炎之间的关系。

1 整合素家族及其相关功能概述

整合素作为一种细胞表面受体，在哺乳动物的发育过程中发挥重要作用，其中整合素αvβ6与牙周组织的关系最为密切。

1.1 整合素的结构和功能

整合素是细胞表面受体，属于细胞粘附分子家族，参与介导细胞与细胞和细胞与细胞外基质之间的相互作用。在细胞运动过程中提供粘附力和牵引力[1]，更重要的是，他们参与调节许多信号传导途径，如细胞增殖，迁移，细胞存活，分化，肿瘤侵袭和转移，以此在细胞与其周围环境之间实现双向信号传导[2]。整合素由两个非共价连接的异二聚体α和β亚基组成。迄今为止，已发现18个α和8个β亚基，他们可以形成24种不同类型的整联蛋白，具有不同的配体识别和组织分布特征[3]。在各种生命活动中扮演重要角色，比如已经证实整合素α11β1在小鼠切牙萌出期间起作用[4]。

1.2 敲除不同整合素基因的小鼠表现出不同的发育缺陷

整合素对于哺乳动物的发育至关重要，在实验性小鼠模型中，敲除不同的整合素会导致相应的发育缺陷。例如，敲除整合素α3，α5，α6，αv，β1和β4的基因导致胚胎早期死亡，从而无法研究这些整联蛋白在牙周组织发育或疾病表型中的作用[5]。敲除整合素β3和β5的小鼠存活，但是目前还没有关于这些动物牙周的报道，只有敲除β6基因的小鼠表现出明显的牙周病表型，包括牙周组织的炎症、附着水平的丧失和牙槽骨的吸收[4]，因此下文我们主要介绍整合素αvβ6和牙周病的关系。

1.3 整合素αvβ6的位置及其结构

作为整合素家族的成员，整合素αvβ6是由两个亚基αv和β6组成的异二聚体，两个亚基的编码基因位于人染色体的不同区域，但它们彼此接近。编码αv亚基的基因(也称为CD51)定位于2q31～q32，人整合素β6基因(ITGB6)已被证实存在于染色体2q24～q31中[6-7]。αv亚基可以与β1，β3，β5，β6和β8亚基结合，而β6亚基仅能与αv亚基结合，整合素αv亚基的主要功能是识别配体，而整合素β6亚基的主要功能是信号转导，同时β6亚基是整合素αvβ6的限速亚基，在伤口愈合、炎症控制和致癌方面起重要作用[2，8]。ITGB6的表达水平可以代表αvβ6的表达水平。同时，整合素β6尾部有其他任何整联蛋白中未发现的C-末端11-氨基酸延伸，可能是整合素β6在许多方面具有独特功能的原因[9]。

2 整合素αvβ6与抗炎因子的相互调节及影响整合素表达的因素

一般整合素αvβ6在成人上皮细胞中不表达，只在肿瘤转移、胚胎发育、创伤愈合等特定情况下表达，但在健康结合上皮中整合素αvβ6高表达。ITGB6亚基敲除小鼠出现典型的牙周病表现。在牙周炎症时，结合上皮中整合素αvβ6的表达下调，出现结合上皮退缩、牙周袋形成、牙槽骨吸收等典型症状。使用整合素αvβ6特异性抗体阻断整合素αvβ6介导的抗炎因子转化生长因子-β1(TGF-β1)活化可以导致牙周炎症状，恢复αvβ6的表达，炎症是可逆的，同时，牙龈卟啉单胞菌可以有效抑制TGF-β1对αvβ6的刺激，使αvβ6表达下调，出现牙周炎症表现。表明整合素αvβ6与TGF-β1的相互作用在维持牙周组织健康，防止牙周炎症发生中发挥重要作用。

2.1 在牙周炎中，整合素αvβ6与TGF-β1的相互作用

牙周病是一种慢性炎症性疾病，大部分是由于细菌聚集在牙齿周围形成牙菌斑后引起的，也与一些其他因素相关，比如糖尿病、高血压、早产、吸烟、饮食结构、性激素水平、精神压力等，会导致牙龈肿胀出血、疼痛不适，结合上皮丢失，牙槽骨吸收，牙齿松动移位甚至脱落[10-11]，在影响功能美观的同时，增加患者的经济负担。此外，已证实牙周病与许多全身性疾病相关，如心血管疾病、脑血管疾病、风湿性关节炎、阿尔兹海默病甚至炎症[12-13]。牙周病已经被医学界定义为威胁人类健康的第三大杀手，仅次于癌症和心血管疾病[14]，同时也是威胁口腔健康的第一大杀手，因此，口腔健康与人全身健康息息相关，应引起足够的重视，进一步明确牙周病发病机制，寻求牙周病治疗新方法对于提高人们生活质量至关重要。

已有研究表明整合素αvβ6在抑制炎症方面发挥重要作用，可以抑制主要炎症细胞因子如肿瘤坏死因子α(TNF-α)，白介素6(IL-6)的表达，促进抗炎细胞因子如转化生长因子-β1(TGF-β1)和白介素-10(IL-10)的表达，起到控制炎症的作用[15-17]。TGF-β1在控制炎症，维持机体健康方面发挥重要作用，TGF-β1基因敲除小鼠在出生后几周由于多器官淋巴细胞和巨噬细胞大量浸润而死亡，表明TGF-β1对T细胞和巨噬细胞具有免疫检测作用，从而控制炎症[18]。整合素β6亚基失效小鼠出现明显的皮肤和肺部炎症，恢复ITGB6的表达后炎症具有明显的好转，提示整合素αvβ6在抑制上皮组织炎症中发挥重要作用。整合素αvβ6与潜在TGF-β1复合物的β1-LAP的精氨酸(Arg)-甘氨酸(Gly)-天冬氨酸(Asp)即(RGD)序列的结合产生细胞骨架介导的收缩力，导致LAP的构象变化和随后的活性TGF-β1释放[13，19]。整合素αvβ6对TGF-β1的激活取决于表皮生长因子受体途径底物8(Eps8)的存在或不存在，该底物是肌动蛋白重塑，内吞作用和GTP酶活化的调节剂[20]。尽管TGF-β1可被多种机制激活，但整合素介导的途径似乎在体内占主导地位。精氨酸(Arg)-甘氨酸(Gly)-天冬氨酸(Asp)序列(RGD)突变的LAP小鼠(αvβ6整合素配体)表现出与TGF-β1缺失小鼠相似的表型，说明αvβ6介导的TGF-β1的活化在保护牙周组织中起关键作用[21-22]。

除整合素αvβ6是TGF-β1的激活剂以外，TGF-β1也是维持上皮细胞中αvβ6表达所必须的。在牙龈角质形成细胞中，TGF-β1强烈增加了整合素ITGB6的mRNA的表达，并增加整合素αvβ6的细胞表面水平[21-22]。在Itgβ6启动子处有正调节区域， TGF-β1在该调节区域增加整合素αvβ6的转录激活，从而增加整合素的表达[23]。抗TGF-β1抗体阻断内源性TGF-β1信号转导，使角质形成细胞中整合素αvβ6的mRNA的表达降低了50%，表明内源性TGF-β1在调节整合素αvβ6的基础性表达中起主要作用[14]。除此之外，其他因子也会影响整合素αvβ6的表达，白介素-8(IL-8)可以通过受体CXCR1和CXCR2促进由αvβ6介导的细胞迁移，肿瘤坏死因子α(TNF-α)通过激活蛋白1(activator protein-1,AP-1)影响整合素αvβ6的表达[24]。白介素IL-32γ(IL-32γ)通过NF-κB途径增加整合素αvβ6的表达[25]。整合素αvβ5向整合素αvβ6的转化在角质形成细胞中CD9调节的细胞迁移和MMP-9活化中起关键作用[26]。

整合素αvβ6和TGF-β1两种分子之间存在相互正反馈环，因此，αvβ6和TGF-β1平衡失调可能是许多整合素αvβ6相关疾病的病因学基础[27-28]。除此之外，整合素αvβ6的功能与FOXO家族有关。FOXO是叉头框蛋白家族，在细胞增殖、分化、凋亡、生长发育过程中发挥重要作用，可以调节多个基因的表达，在维持机体平衡方面发挥重要作用，其中FOXO1，FOXO3a与炎症相关的[29-32]牙周病的主要致病菌牙龈卟啉单胞菌裂解液能以上调FOXO3a的方式下调ITGB6的转录，使细胞中整合素ITGB6的mRNA和蛋白水平下降[33]。

2.2 影响整合素αvβ6表达的因素及其表达情况对牙周组织的影响

整合素αvβ6是一种完全的上皮整合素，通常不在成人的上皮细胞中表达，在毛囊、肠上皮和牙龈上皮中表达有限[3]，但在成釉细胞和健康结合上皮中有基础性表达[34]。在健康牙周组织中，结合上皮的作用是将牙龈密闭在牙釉质上，从而防止细菌进入牙龈组织[35]。在牙周病时，整合素αvβ6在结合上皮中的表达强烈下调，小鼠中单个基因ITGB6的无效突变可引发慢性牙周炎的所有典型症状，包括附着丧失、炎症和晚期牙槽骨吸收，结合上皮转化为典型的口袋上皮，在一些样本中延伸至根长度的50%以上，在结缔组织内部也可见上皮入侵，形成充满单核细胞的脓肿样病变，而野生型小鼠结合上皮结构正常并且粘附位置仍为釉牙本质界[14，36]。同时，患主动脉粥样硬化的概率也明显增高[37]。用体外培养的口腔生物膜提取物处理人工培养的牙龈上皮细胞，抑制了整合素αvβ6的表达，促进了促炎细胞因子白介素-1β(IL-1β)，白介素-6(IL-6)的表达。此外，具有β6整联蛋白SiRNA降低的牙龈上皮细胞显示IL-1β表达增加，TGF-β1表达下降，表明牙周病中的炎症反应至少部分是由于牙周病原体或细菌生物膜诱导的ITGB6表达下调而抑制整合素αvβ6介导的TGF-β1信号传导引起的[15，38]。已经有报道ITGB6功能丧失的患者釉质发育缺陷，并且有晚期牙周病表现[38-39]。具有Kindlin-1突变的患者患有侵袭性牙周炎，Kindlin可以与整联蛋白结合并充当该受体的细胞内活化剂，也提示了整合素αvβ6与牙周炎的关系[16，40-42]。

除了炎症外，创伤也会影响整合素αvβ6在结合上皮中的表达。牙龈组织容易在咀嚼或刷牙的时候受到创伤，整合素αvβ6在非伤口标本的结合上皮中强烈表达，在刚刚创伤后的结合上皮中无表达，在创伤后1 d的伤口中可以检测到低水平表达的整合素αvβ6，在创伤后3 d的伤口中，αvβ6的表达变为强阳性，并且在之后的研究过程中保持不变，这说明在结合上皮的修复过程中，快速地修复了整合素αvβ6的表达[3]。

3 整合素αvβ6在治疗牙周病中的展望

牙周炎作为人类口腔疾病的第一大杀手，给人们的生活带来极大的困扰，现在临床上常用的治疗方法各有其局限性，因此寻找一种新的有效的治疗方法很有必要。整合素αvβ6在结合上皮中表达的情况与牙周炎症变化密切相关，已经证实整合素αvβ6介导的TGF-β1活化在预防慢性炎症性牙周炎中起关键作用，缺乏αvβ6的上皮细胞驱动炎症过程，最终导致骨吸收和牙齿脱落。整合素αvβ6与抗炎细胞因子TGF-β1的相互正反馈调节及αvβ6在牙周炎症前后的变化提示αvβ6在抑制牙周炎症方面发挥重要作用。通过特异性识别RGD序列的整合素靶向治疗癌症已有一定研究[41-42]，并且现在已提出通过控制炎症来抑制牙周炎，提高患者生活质量，因此，通过靶向控制整合素αvβ6的表达来控制牙周炎症成为可能。虽然有必要对整合素αvβ6表达与牙周炎进展的相关性及其分子机制进行更详细的研究，但整合素αvβ6研究的进展注定会促进牙周病治疗的分子工具的开发。