种植体周围炎的免疫应答机制及其影响因素的研究进展

廖安琪，杨仁丽，杨醒眉

随着种植技术的发展与进步，种植修复已经成为牙列缺损和缺失的主要修复方式之一，在临床上得到越来越广泛的应用。种植体周围炎(peri-implantitis)影响种植牙远期成功率，是导致种植修复失败的主要原因之一，一项平均观察期为18.9年的回顾性研究显示种植体周围炎的患病率高达15%[1]。种植体周围炎是一种菌斑相关的病理状态，以种植体周围黏膜炎症和支持骨组织的进行性丧失为主要临床特征[2]。致病菌侵入种植体周围组织会引起机体的免疫应答，一方面起到清除病原菌、毒素等有害物质的作用；另一方面引起机体炎症反应，造成种植体周围软硬组织的破坏，最终导致种植体的脱落。本文就种植体周围炎的免疫应答、参与免疫应答的信号转导通路及其相关影响因素的研究进展作一综述。

1 种植体周围炎的免疫应答

1.1 固有免疫应答

固有免疫应答是机体抵御病原体入侵的第一道防线，通常参与固有免疫应答的细胞有单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、朗格汉斯细胞、自然杀伤细胞等。朗格汉斯细胞是口腔黏膜上皮中主要的抗原呈递细胞，激活固有免疫应答；同时，也可以从口腔黏膜中迁移至淋巴结而启动适应性免疫应答。研究显示：与健康黏膜相比，种植体周围黏膜固有层中朗格汉斯细胞减少，种植体周围组织的免疫反应减弱[3]。当发生种植体周围炎时，种植体周围的软组织内中性粒细胞、巨噬细胞的检出率较高。巨噬细胞在受到体内外不同的刺激后表现出明显的功能差异，表现为M1型和M2型巨噬细胞之间的相互转换，这是损伤-修复的重要调节点。其中M1型为促炎性巨噬细胞，分泌白介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等促炎细胞因子，在种植体周围可以导致过度纤维化和骨整合失败。M2型为抗炎、促修复型的巨噬细胞，可分泌IL-4、IL-10等抗炎细胞因子抑制炎症、促进组织愈合和成骨分化。发生种植体周围炎的软组织内以M1型巨噬细胞增加为主，但同时也存在M2型巨噬细胞[4]。当感染得到控制并转向修复状态时，M1型巨噬细胞可以向M2型转化。Hamlet等的研究发现，钛盘表面上所培养的M1型巨噬细胞向M2型转化时，IL-10表达增加，起到抑制炎症反应的作用，同时骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)-2、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，Alp)、骨桥蛋白(osteopontin，OPN)等促进成骨分化的蛋白基因表达增强[5]。

1.2 适应性免疫应答

固有免疫应答激活随之也会触发适应性免疫应答，在种植体周围组织中表现为B细胞和T细胞的比例增高[6]。Toll样受体(Toll like receptor，TLR)作为模式识别受体，在B细胞介导的免疫反应中起重要作用。骨保护蛋白(osteoprotegerin，OPG)、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)受体活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB，RANK)及其配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand， RANKL)参与破骨细胞的形成和分化，三者的表达水平是决定成骨与破骨平衡的关键。Deng等[7]研究发现，TLR4可以通过调节B细胞浸润进而上调RANKL/OPG的比例和TNF-α的表达，加剧牙龈卟啉单胞菌感染诱导的种植体周围炎的炎症反应及骨吸收。维甲酸相关核孤儿受体γt(retinoid-related orphan nuclear receptor γt，RORγt)和叉头框蛋白转录因子3(forkhead transcription factor 3，Foxp3)分别是辅助性T细胞17(T helper cell 17，Th17)和调节性T细胞(regulatory T cells，Treg)的特异性转录因子，Th17细胞引起自身免疫和炎症反应，而Treg细胞主要起免疫抑制、维持免疫稳态的作用。在发生种植体周围炎时，大鼠外周血中Foxp3+Treg细胞显著下降，Treg细胞介导的免疫应答受到抑制；种植体周围组织中RORγT和Foxp3的基因表达水平增高，且以Th17细胞反应占主导促进炎症反应，Th17/Treg之间的失衡会导致RANKL的过度表达而引起牙槽骨的丢失[8-10]。

B细胞与T细胞之间的相互串扰也影响着种植体周围炎的发展。B10细胞是以分泌IL-10为主要特征的调节性B细胞(regulatory B cells，Breg)，最近研究表明B10细胞的激活和扩增可以促进Treg细胞的活化但降低Th17细胞的局部增殖。通过调节Th17/Treg平衡而影响局部宿主免疫反应，并且减少IL-17和RANKL的表达，缓解了牙槽骨的炎症损伤[11]。

2 参与免疫应答的信号转导通路

2.1 NF-κB信号通路

NF-κB信号通路是经典的促炎反应信号通路，其在免疫应答、癌症发生、成骨与破骨反应等多个方面也扮演着重要角色。通过NF-κB信号通路促使IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎细胞因子释放，进而介导局部或全身的炎症反应。RANKL是激活NF-κB信号通路的主要细胞因子之一，RANKL与前体破骨细胞表面RANK结合，促进破骨细胞的增殖、分化与成熟，引起骨的破坏吸收，而OPG可以竞争性结合RANKL阻断这一过程，减少破骨细胞的产生。

在生理条件下，牙周组织中的RANKL主要是由成骨细胞和成纤维细胞表达且与牙周咬合力相关；在牙周炎骨吸收的局部组织中，RANKL主要来源于活化的T细胞和B细胞。宿主局部的免疫细胞如Th17细胞会产生多种细胞因子如IL-1、IL-6、IL-17、TNF-α，通过诱导RANK及RANKL的表达、增加RANK对RANKL信号的敏感性等方式，介导破骨细胞的增殖与活化，这是免疫反应导致牙槽骨破坏的主要原因[12-15]。在种植体周围炎的龈沟液中，NF-κB与RANKL表达显著增高并与炎症反应的严重程度呈正相关，抗RANKL抗体治疗和抑制NF-κB的表达可缓解炎症反应及骨吸收[16-17]，表明NF-κB信号通路参与种植体周围炎的免疫应答。

2.2 Wnt信号通路

Wnt信号转导通路分为经典β-连环蛋白(β-catenin)依赖性途径和非β-catenin依赖性途径，可以通过调节成骨和破骨活动来影响牙槽骨的形成与破坏[18]。增强Wnt信号转导，可以刺激种植体周围成骨细胞的分化，减少骨吸收而促进骨整合[19-20]；下调β-catenin转运而抑制Wnt信号转导，可以导致种植体周围骨损伤，抑制骨的形成[21]。

在种植体周围组织中，Wnt信号转导在巨噬细胞介导的免疫应答中起到十分重要的作用。巨噬细胞源性Wnt配体的降低会减少间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSC)和CD4+T细胞的募集，影响种植体早期的免疫及成骨反应。另外，不同的Wnt配体如Wnt3a、Wnt5b可以诱导钛表面的巨噬细胞分别向M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞极化而产生促炎或抗炎反应[22]。

在炎症反应期间，单核细胞、树突状细胞和T细胞等免疫细胞可以通过单核细胞趋化蛋白(monocyte chemotactic protein 1，MCP)-1被募集到炎症部位。最新的研究发现，在种植体周围炎患区软组织中高表达Wnt非经典途径配体蛋白Wnt5a，体内试验也显示出在牙龈卟啉单胞菌感染的巨噬细胞中高表达Wnt5a，并且Wnt5a上调了IL-1β、MCP-1和基质金属蛋白酶-2的表达，促进了种植体周围炎的炎症反应[23]。

2.3 Hippo-YAP信号通路

Hippo-Yes相关蛋白(Yes-associated protein，YAP)是一种保守的信号转导途径，具有参与调节器官大小、组织稳态以及癌症发展等功能。YAP是Hippo信号通路中的主要下游效应因子，参与调节成骨和破骨分化以及骨代谢。研究表明过量的钛离子(>10 μg/mL)可以通过诱导YAP的去磷酸化而激活Hippo-YAP信号通路，降低Runt相关转录因子2(Runt related transcription factor 2，Runx2)和OPN等与成骨相关蛋白质的表达，从而抑制了成骨细胞的成骨分化[24]。Pan等[25]通过建立小鼠创伤性咬合合并牙周炎模型，发现在体内及体外实验中加载循环拉伸或压缩应力激活了Hippo-YAP途径，且与炎症反应共刺激时更加显著地促进了牙周组织及成骨细胞中YAP和IL-6、TNF-α的表达，加剧了炎症反应以及牙槽骨破坏。然而，另有研究表明TNF-α刺激下诱导成骨细胞中YAP的过表达抑制了IL-6和RANKL的升高，促进了OPG的表达，减弱了TNF-α引起的NF-κB信号的激活[26]。这种相反的结果可能与YAP在成骨细胞分化的不同阶段具有不同的作用有关，前成骨细胞中YAP抑制成骨分化，但在成熟的成骨细胞和骨细胞中，它们促进骨形成并抑制骨吸收[27]。除此之外，YAP的表达量、不同的炎症反应微环境、不同的实验条件等也可能造成不同的结果。

NF-κB、Wnt、Hippo-YAP三个信号通路之间的串扰也影响着种植体周围的炎症反应及成骨。如在牙龈卟啉单胞菌合并创伤性咬合力的刺激下，成骨细胞中NF-κB信号通路的激活促进了β-catenin的降解，抑制了经典的Wnt信号通路，阻碍了成骨分化和骨形成[28]。Hippo-YAP和NF-κB信号通路之间的串扰，调节了种植体周围炎中巨噬细胞介导的免疫炎症反应。研究表明暴露于钛离子环境中，巨噬细胞中Hippo-YAP和NF-κB途径被激活诱导炎症反应。YAP的过表达会加剧通过NF-κB途径介导的炎症反应，而NF-κB通路的持续激活反过来促进了YAP的磷酸化和降解导致巨噬细胞中YAP蛋白表达的下降，从而协调炎症反应[6]。另外，Wnt与Hippo-YAP信号通路之间也存在关联，从MSC中去除YAP会增加Wnt信号传导和Runx2活性，促进成骨细胞的形成[27]。

3 影响免疫应答的因素

3.1 菌斑

菌斑已被证明与种植体周围炎发生发展密切相关，即使在健康的种植体周围组织中也有菌斑的紧密附着，表现出生理上的主动免疫反应。种植体周围免疫系统和菌斑之间处于一种动态平衡，当这种状态失衡后，过度的免疫炎症反应可能会导致种植体周围组织的破坏[29]。最近研究发现种植体周围炎初期，链球菌、内氏放线菌、韦荣球菌及牙龈卟啉单胞菌为主的菌斑生物膜在种植体周围黏膜中上调IL-6和趋化因子配体20(chemokine ligand 20，CCL20)等促炎细胞因子的分泌，诱导了较弱防御性的免疫炎症反应。后期随着菌斑中细菌分布变化以及数量的增加，通过激活TLR、NOD样受体等免疫应答的模式识别受体上调NF-κB信号通路，增加CCL20、IL-1β和TNF-α分泌，而导致免疫炎症反应加强，种植体周围黏膜受损严重[30]。

3.2 糖尿病

糖尿病患者在进行种植修复后比非糖尿病患者更易发生种植体周围炎及种植体周围的骨质流失。在种植体周围炎合并糖尿病的患者中，菌斑指数(plaque index，PI)、探诊深度(probing depth，PD)、探诊出血(bleeding on probing，BOP)、边缘骨丢失以及唾液中IL-1β、IL-6水平均显著高于非糖尿病患者。其机制与晚期糖基化终末产物(advanced glycation end product，AGE)过量形成和积累导致的机体长期高血糖非正常代谢状态有关。AGE是蛋白质等物质的游离氨基与还原糖的羰基经过非酶糖基化反应形成的一类稳定的终末产物，AGE本身及其与相应受体的结合均可以激活IL-6、IL-1β和TNF-α在血清和龈沟液中的表达，导致种植体周围炎症和骨质流失的加剧，并且AGE还会减少成纤维细胞合成胶原蛋白和骨钙蛋白等基质蛋白，从而导致种植体周围结构和功能损伤。高血糖状态及其导致的微血管化改变均会影响免疫反应，削弱对病原菌、毒素等有害物质的清除并且延缓种植体周围软组织的愈合[31-33]。

3.3 机械应力

种植体在行使功能时受到咬合力的影响，有学者认为在没有感染的情况下，应力过载和种植体周围骨吸收之间没有相关性，反而可能会引起种植体-骨结合率的增加；在种植体周围已经存在感染的情况下，应力过载可能会加剧种植体周围的骨吸收，促进种植体周围炎的炎症反应[34]。研究显示在较高应力的作用下种植体周围的龈沟液中IL-6、TNF-α和IL-10浓度增高，但IL-10的增加最显著。这可能是由于局部防御性的免疫反应被激活，IL-10过表达以抵消促炎细胞因子作用[35]。而最近的一篇系统评价得出结论：在骨整合建立之前，过度的应力过载(>12 kg/mm2)在没有炎症的情况下也会导致种植体周围的骨丢失[36]。应力过载是否会导致种植体周围炎的骨吸收尚没有一致的结论。

3.4 吸烟

吸烟是导致种植体周围炎的危险因素之一，吸烟者罹患种植体周围炎的可能性更大且组织破坏更加严重。临床试验显示吸烟者的种植体周围龈沟液中TNF-α、IL-6和IL-1β的水平明显升高，PD、PI及X线片上显示的牙槽骨吸收程度较非吸烟者严重，提示吸烟加剧种植体周围的骨及组织损伤[37]。尼古丁全身性给药后，大鼠股骨与钛种植体的接触显著降低，OPN和BMP-2等与骨整合相关的蛋白基因表达显著下调[38]。

4 小结与展望

种植失败是种植修复中最受关注的问题，而种植体周围炎是导致种植修复失败的主要原因之一。免疫应答在种植体周围炎中起到十分重要的作用，多种免疫细胞及信号通路均参与了骨吸收、炎症反应的发生发展过程，并且受到各种因素的影响。早期病原菌触发由巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞、朗格汉斯细胞等免疫细胞介导的固有免疫应答，T细胞、B细胞介导的适应性免疫应答也随之被激活。通过调节IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎细胞因子或IL-4、IL-10等抗炎细胞因子的分泌，或者影响RANK、RANKL、OPG以及OPN、BMP-2、Runx2等与成骨、破骨相关蛋白质或基因的表达，进而参与调控种植体周围炎的炎症反应、骨的吸收与破坏。同时，NF-κB、Wnt、Hippo-YAP等多种信号通路在这一过程中起到重要的信号转导及调控作用。除此之外，菌斑、糖尿病、机械应力、吸烟等多种相关因素可能通过调节参与免疫应答过程中各种免疫细胞以及细胞因子的表达，在一定程度上影响种植体周围炎的免疫炎症反应。但目前免疫应答在种植体周围炎中的具体作用机制仍不明确，相关研究也大多以炎症相关的细胞因子在唾液、龈沟液、种植体周围组织中的变化来反应免疫应答在种植体周围炎中的影响。深入探索免疫应答在种植体周围炎发生发展中的作用，明确其对炎症、骨吸收与形成等反应调控的具体机制，有望研究出更具针对性的诊断与免疫治疗措施，为种植体周围炎的治疗提供更多新的思考与途径。