巨噬细胞极化在正畸牙移动中的作用

刘 雯 刘春艳 马文盛

作者单位：050017 石家庄，河北医科大学口腔医（学）院正畸科，河北省口腔医学重点实验室，河北省口腔疾病·临床医学研究中心（马文盛为通讯作者）

正畸牙移动是在机械力介导下，发生在牙周膜和牙槽骨的局部无菌性炎症反应[1]。牙移动时，根据不同的受力状态分为张力侧和压力侧，压力侧发生骨吸收[2，3]，张力侧发生骨形成[4]。牙移动过程中涉及局部炎症反应，因此必定有免疫应答，而巨噬细胞是免疫系统的关键介质，在免疫系统中有重要作用，几乎参与了全身系统中所有的疾病发生与发展[5～9]。在牙移动过程中，在压力区和张力区附近或者较远处有大量的单核/巨噬细胞出现[10]。因此本文对巨噬细胞的M1，M2 极化及其与牙移动关系做一综述。

一、巨噬细胞极化

机体内防御系统包括固有免疫和适应性免疫系统。巨噬细胞作为固有免疫重要一部分，大部分由单核细胞分化形成。巨噬细胞可吞噬和杀灭病原微生物，处理提成抗原，介导特异性免疫应答[11]，巨噬细胞还参与组织修复和重建、血管生成[12，13]。在体内微环境中，巨噬细胞具有可塑性和异质性。在不同的炎症因子的刺激下和细胞微环境中，巨噬细胞会发生极化或者称为活化。巨噬细胞极化分为两类：经典活化型巨噬细胞（M1）和选择活化型巨噬细胞（M2）。研究表明M1 是促炎巨噬细胞，M2 是抗炎巨噬细胞[14]。除此之外还有一种去激活或调节型的巨噬细胞[11，15]，特征是可高表达IL-10。但是目前研究更多关注于M1 和M2 极化，对于第三种研究相对较少，因此本文只关注M1，M2 极化和牙移动的关系。

1.M1 型巨噬细胞表型及功能特征

通过Ⅱ型干扰素（IFN-γ）和脂多糖（LPS）刺激后称为经典活化性巨噬细胞（又称为 M1）[16，17]。M1 表面标志物为Toll 样受体4（TLR-4），胶原样结构巨噬细胞受体 （the MARCO receptor），CD25，CD80[11，17]，Ccl3，Ccl5，白介素 -1β，白介素 -6，肿瘤坏死因子-α（TNF-α）[18]。M1 巨噬细胞可被细菌、微生物成分和损伤组织释放的损伤相关分子模式激活而极化。极化后，它们表达促炎介质，包括白细胞介素-1β（IL-1β），白细胞介素 -12（IL-12），白细胞介素 -18（IL-18），TNF-α，以及其他炎症因子，导致炎症的发生[19]。M1 是高 IL-12、高 IL-23、低 IL-10 的表型，可以介导对细胞内寄生虫和肿瘤的耐药性[20]。

2.M2 型巨噬细胞表型及功能特征

选择活化性巨噬细胞（又称为M2）在白介素-4（IL-4）或者白介素 -13（IL-13）刺激下极化为 M2a；免疫复合物白介素-1β（IL-1β）或者LPS 刺激下极化为 M2b；IL-10，转化生长因子 -β（TGF-β）或者糖皮质激素刺激下极化为M2c[17，21]。M2 巨噬细胞由IL-4 和 IL-13 诱导并表达抵抗素样 α，Arg1，Ym1，IL-10 和 MRC1（也称为 CD206）[22]。M2 表面标志物为甘露糖受体（MR），清道夫受体（SR）和半乳糖型受体[20]，CD163，CD209，和炎症区域分子 1（FIZZl）[11，13，17]，Arg1， 几 丁 质 酶 3 样 3 （Ym1）[18]，CD163，CD209，和抵抗素样 α[17]。M2 巨噬细胞具有低IL-12、低IL-23、高IL-10 表型，并具有根据极化信号产生炎症细胞因子的可变能力。M2 巨噬细胞具有参与血管生成[23]，抑制炎症进展、清除寄生虫[24]、促进组织修复[16，25]、调节机体免疫应答[26]的功能。

二、巨噬细胞极化在正畸牙移动中作用

牙移动过程中，分为压力侧和张力侧。在压力侧，牙周膜发生的破骨效应是牙移动发生的前提和保证。但是使用微计算机断层成像技术动态观察鼠牙移动过程中牙根吸收状况发现，随着正畸力的增大，牙根吸收发生概率随之增加[27]，并且在吸收区域有大量单核/巨噬细胞表达的炎症因子[28]，因此本文讨论巨噬细胞极化在牙移动中压力侧/张力侧和牙根吸收中的作用。

1.巨噬细胞极化在压力侧的作用牙移动过程中压力侧主要发生骨吸收，其中起主要作用的是破骨细胞，破骨细胞来源于单核/巨噬细胞家族[29]。早期研究表明，在压力侧有M1 巨噬细胞的存在。在压力侧，CD4+/CD3+比例上升，破骨增加，相关的炎症因子TNF-α，IFN-γ 表达增加[30]。M1 可以大量表达效应分子（活性氧和氮中间体）和炎性细胞因子 （IL-1β、TNF-α、IL-6）[20]。Koyo Nakamura 等使用了四种单克隆的抗体，ED1（单核/巨噬细胞和树突状细胞抗体）；ED2（常驻巨噬细胞抗体）；KI-M2R（组织巨噬细胞抗体）；以及 OX6（Ⅱ类分子抗体）。发现在牙移动早期OX6 和ED1 活跃在骨吸收区，以及和牙周膜压力侧的组织重建有关[31]。M1 可以促进骨吸收，但是Yamaguchi 等发现体外实验，与M2 或未受刺激的巨噬细胞（M0）或者未增加巨噬细胞相比，将M1 加到破骨前体细胞中，可以抑制RANKL 诱导的破骨，发现与M1 释放的可溶性因子 IFN-γ 和 IL-12 有关，IFN-γ 会抑制NFAT c1（破骨的主要调节者） 的基因表达，而IL-12 可诱导破骨细胞的坏死。在体内牙周炎模型中，进一步证明诱导M1 极化后，破骨细胞数目减少，破骨发生减少[32]。在牙移动过程中，巨噬细胞极化在压力侧的作用似有争议，一方面M1 具有促炎作用，可以介导破骨活动，另一方面M1 又可以抑制RANKL 介导的破骨。接下来本文将从牙周膜和牙根两方面再细探究巨噬细胞极化的作用。

牙周膜

牙周膜（PDL）是一种抗拉强度高、弹性较弱的纤维结构，连接牙齿和牙槽骨[33]。在牙移动模型中，力加载后的牙周膜干细胞（PDLSCs）可以产生硫化氢（H2S），通过STAT1 信号通路促进巨噬细胞向M1表型极化，从而发生骨重建和牙移动。这些结果表明力加载后的PDLSCs 可以调节巨噬细胞极化，并且可以调节骨重建[34]。He D 等双重免疫染色显示，在牙移动中，CD68+iNOS+巨噬细胞浸润在压力侧的牙周组织内。注入M1 之后，牙移动距离增加，压力侧破骨细胞和CD68+巨噬细胞数目增加，这些都表明在牙槽骨吸收和牙移动中M1 巨噬细胞重要的作用。另外在体外，24 小时的静压力加载下培养牙周膜细胞，收集上清液，在同样24 小时的静压力加载下，将人髓系白血病单核细胞THP-1 培养在上清液内，发现 M1 标志物 TNF-α，IL-1β，IL-6 表达增加，而 C 型凝激素受体（DECTIN-1）和 Arg-1 却没有改变，并且白介素-4R（IL-4R）下降，表明牙周膜细胞可能可以诱导THP-1 来源的巨噬细胞极化为M1[35]。在体外，将提前在12 小时压力加载下的牙周膜细胞和巨噬细胞共培养48 小时后，发现CD68+IL-1β+M1 数目增多以及IL-1β 表达增加。证明人牙周膜干细胞（hPDLSC）受到静压力后可以促进M1 极化，同时可以促进M1 巨噬细胞分泌NOD 样受体蛋白3 炎症受体（NLRP3），并且可以增加炎症因子IL-1β 表达[36]。Shuo Li 研究了PDLSCs分泌的GDF15 在力量刺激下的功能作用，发现GDF15 可以增加牙周膜中RANKL/OPG 比例。另外增加GDF15 蛋白可以促进RAW264.7 细胞M1 样极化，从而为牙移动（OTM）过程中PDLCs 介导的破骨细胞形成以及促进M1 样巨噬细胞极化的分子机制提供了新的见解[37]。综上，在力的诱导下，压力侧PDLSCs 可以诱导巨噬细胞极化为M1，促进M1 分泌炎症因子，导致破骨的发生，而M2 则不参与其中。

牙根

在口腔患者中，在正畸力治疗之后牙根吸收率达到了91.8%[38]，在牙根吸收的早期阶段，巨噬细胞是破骨细胞的前体细胞，可以调节牙根吸收[39]。在牙移动过程中，根吸收区域，PDL 也会分泌产生大量的炎症因子，例如IL-1β，环氧合酶-2（COX-2），和前列腺素 E2（PGE2）[28]。Koyo Nakamura 等探究牙移动过程中，发现在牙根表面有大量的ED-1 阳性抗体存在，表明有大量的巨噬细胞分布在根的近中颊侧牙周膜内[31]。He D 等发现在牙移动过程中，有轻微的牙根吸收，M1 样巨噬细胞聚集在受压侧牙槽骨和牙根表面牙周膜内[35]。Zhang Jie 等建立鼠牙根吸收模型，发现在牙根吸收区域，有大量炎症因子IL-1β 和M1 巨噬细胞数目聚集，并且可能与NLRP3/caspase-1/IL-1β 信号通路有关[36]。Yina Li等研究机械力作用下牙根吸收与M1/M2 比例改变之间的关系。在快速吸收阶段，受压侧，M1 有关的炎症因子TNF-a 表达量上升，M1/M2 比例上升，在吸收缓慢阶段比例下降。调节M1/M2 型巨噬细胞的相互转化和存在的比例可能成为治疗牙根吸收新的靶点，但对于巨噬细胞极化机制和调控分子仍然需要深入和系统的研究[39]。所以在牙根吸收中，M1 巨噬细胞和白介素-1β 可能起关键作用。但是目前对于在牙移动牙根吸收中，巨噬细胞如何调控目前了解较少，未来还需要更多的研究。

2.巨噬细胞极化在张力侧的作用

牙移动过程中张力侧，拉伸应变能促进PDL 中成骨细胞的增殖[40]，巨噬细胞有很多功能，不仅可以呈递抗原，也可以产生各种炎症因子和生长因子，这会促进骨形成和抑制骨吸收，参与的分子包括:TGF-β[41]，骨涎蛋白[42]，骨形成蛋白[43]和表皮生长因子[44]。Koyo Nakamura 等[31]发现牙周膜重建和牙移动过程中，巨噬细胞的密度分布呈动态变化。Rygh 等研究发现牙移动7、14 天，在张力侧巨噬细胞样数目达到峰值[10]。体外实验，在0.5Hz（拉伸长度与原始长度比例是5%），每天拉伸4h，连续3、5 天，再继续培养24 小时后，小鼠单核巨噬细胞白血病细胞Raw264.7 表面M2 极化分子CD206 表达显著增加，抑制巨噬细胞向M1 极化，促进巨噬细胞向M2 极化[45]。以上研究表明，在张力侧主要是M2 样巨噬细胞参与牙周膜的重建。

在张力侧，PDL 也可以调控 M2 的极化。Michael Wolf 等研究在牙移动过程中，PDLCS 分泌的HMGB1 蛋白可促进巨噬细胞迁移和分化，起到组织修复的作用[46]。Zhuang Z 等发现，C-C 基序趋化因子配体2（CCL2，已知CCL2 是可以诱导巨噬细胞极化的化学引诱物），在鼠牙周炎模型中，证明使用含有CCL2 MPs 的内源性M2 表型巨噬细胞可以趋化M0 和M2 表型巨噬细胞到炎症部位，诱导M2表型分化，可降低M1/M2 表现型比率，从而防止牙槽骨丢失[47]。综上，目前研究表明在移动过程中，主要是巨噬细胞M2 极化参与张力侧牙周膜重建，新骨形成。

三、巨噬细胞极化相关信号通路在正畸牙移动过程中的作用

巨噬细胞极化的信号通路包括JNK，PI3K/Akt[48]，Notch，JAK/STAT，TGF-β，TLR/NF-κB，和依赖 hypoxia 的信号通路[11，49]。在牙移动中，与巨噬细胞极化的有关信号通路有：

1.NF-κB 信号通路：牙移动过程中，很多学者研究加速牙移动，骨皮质切开术就是方法之一，Wang Yan 等研究巨噬细胞在骨皮质切开术加速牙移动中的作用，发现骨皮质切开术后，巨噬细胞发生极化，立即转变为M1，在牙移动过程中转变为M2。同时发现，骨皮质切开术首先会通过NF-κB 信号通路激活M1 极化，然后通过JAK/STAT3 信号通路激活M2，从而导致炎症因子TNF-α 的产生以及破骨的发生，随之牙移动开始。在去除单核/巨噬细胞之后，骨皮质切开术会减慢牙移动的速度。在骨皮质切开术5 天之后，巨噬细胞会转变为M1，同时会伴随IL-1β 和TNF-α 炎症因子的增加[50]。因此牙移动速度和巨噬细胞极化有密切关系。

2.STAT3 信号通路：在牙移动模型中发现，岩藻糖胶可以提高小鼠的牙齿稳定性和牙周骨密度，从而显著降低OTM（正畸牙移动）的距离。岩藻糖胶可以抑制促炎因子的分泌，促进促炎细胞和巨噬细胞抗炎因子的分泌。并且发现岩藻糖胶可以通过STAT3 信号通路介导巨噬细胞的极化[51]。

3.STAT1 信号通路：在牙移动模型中发现，力加载后的PDLSCs 可以产生H2S 通过STAT1 信号通路促进巨噬细胞向M1 表型极化，从而发生骨重建和牙移动[34]。

展望：目前已知巨噬细胞极化参与了牙齿移动中的破骨及成骨和牙根吸收等活动。但其具体机制尚不清楚。对于巨噬细胞极化的进一步研究，有望在加重牙齿移动，预防牙根吸收，减少不必要的牙移动方面发挥作用。