缝隙连接蛋白在牙周组织中的表达及与牙周疾病的关系

胡丽霞 管翠强

牙周组织包括牙龈、牙周膜、牙槽骨和牙骨质。牙周疾病是特指只发生在牙周组织上的各种疾病。目前发现牙周炎成为牙脱落的首要因素[1]，缺失牙齿越多，与口腔相关生活质量也就相应下降[2]。近期有学者通过孟德尔随机化研究法还发现牙周疾病可能增加患者对新型冠状病毒的易感性及其严重性[3]。由此可见，牙周组织的健康对于全身健康及其疾病预防的重要性。因此了解影响牙周组织健康及疾病的具体机制显得至关重要。缝隙连接蛋白（connexins，Cx）参与各组织细胞间连接，与细胞营养代谢、增殖分化、组织修复以及炎症反应相关[4]。其中牙周组织生长发育过程受到Cx调控，且Cx在牙周组织炎症性疾病以及牙龈创伤愈合过程中的作用已受到广泛关注。

一、缝隙连接蛋白

1.Cx的结构

Cx含有四个跨膜结构域、两个细胞外环、一个细胞质环，其羧基端和氨基端位于细胞质中。依据分子量大小对其进行命名，目前在人体已发现21种Cx，其中Cx43是体内表达最广泛的Cx[5]。每6个杆状的Cx分子围成一个连接小体，来自相邻细胞的两个连接小体在细胞外相互对接，形成一个完整的细胞间交通管道，即缝隙连接。缝隙连接允许小分子通过，例如离子、环磷酸腺苷、三磷酸腺苷、葡萄糖、氨基酸、维生素等[6]。

2.Cx的功能

Cx的功能与其形成的连接小体及缝隙连接相关。正常情况下缝隙连接是开放的，连接小体是关闭的;但病理条件可能会限制缝隙连接的通信，促进连接小体的开放，从而扰乱微妙的细胞通信平衡[5]。研究发现，Cx不仅可以维持细胞间通信平衡，还几乎参与了细胞的整个生命周期，包括细胞的生长、增殖、分化以及凋亡等[7]；Cx作为电偶联的基础，介导了神经细胞、心肌细胞等可兴奋细胞之间电信号的传导[8，9]；Cx有助于组织细胞创伤修复[10]；而且Cx在机体免疫及其内环境稳态等方面发挥重要作用[11]。

二、Cx与牙周组织

1.牙龈

牙龈是覆盖在牙槽突表面和牙颈部周围的口腔咀嚼黏膜，牙龈上皮依据形态和功能被划分为3个区:结合上皮、沟内上皮和口腔上皮[1]。Zhang等[12]发现健康小鼠牙龈上皮Cx43主要表达于结合上皮和沟内上皮，并在口腔上皮中有少量表达。但是Hatakeyama等[13]通过免疫荧光检查接受翻瓣手术患者的健康牙龈上皮中Cx43的表达，其在口腔上皮、沟内上皮呈阳性表达，在结合上皮中为弱阳性表达，并且主要分布在棘层。Cx43是牙龈成纤维细胞表达的主要Cx[14，15]。小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA)可抑制Cx43的表达，通过siRNA作用于牙龈成纤维细胞，结果显示Cx43 mRNA表达下调80%，且Cx43免疫反应性明显降低[16]。

2.牙周膜

牙周膜是围绕牙根连接牙根和牙槽骨的致密结缔组织[1]。有研究表明Cx43强烈表达于牙周膜[17]。在牙周膜成纤维细胞中可表达Cx32、Cx40、Cx43、Cx45[18]。有学者[19]研究发现牙周膜成纤维细胞受力后，Cx43 mRNA及蛋白的表达随受力时间的增加而明显上调，并证明周期性牵张力可以通过Cx43介导的信号通路调节其细胞的成骨、破骨相关生物因子的变化，从而有利于了解正畸牙移动机制。Yu等[20]在大鼠模型中发现在牙周膜细胞移植后有明显的牙槽骨和牙周膜再生，免疫组化显示移植的牙周膜细胞附近骨桥蛋白和缝隙连接蛋白染色增强。在牙周膜干细胞中Cx43是表达最广泛的Cx[21]。有实验[22]表明微小RNA（microRNA，miRNA）-125b可以靶向抑制Cx43，当使用miRNA-125b转染人牙周膜干细胞后，其细胞活性降低，细胞毒性增加，碱性磷酸酶活性、钙水平和成骨相关基因表达明显降低。因此说明Cx43可能参与调节牙周膜干细胞的功能及作用。

3.牙槽骨

牙槽骨是颌骨包围和支持牙根的部分，是牙周组织中代谢、改建最活跃的部分[1]。缝隙连接参与骨修复、骨再生。Cx缺失会导致骨折延迟愈合、骨形态改变[23]。研究[24]表明牙釉质基质蛋白显著增加了Cx43的表达，从而增强了成骨细胞的分化和矿化活性，刺激牙周组织包括牙周膜、牙骨质和牙槽骨的再生。编码Cx43的基因突变是眼牙指发育不良综合征的原因，Moore等[25]学者建立眼牙指发育不良综合征小鼠模型并通过显微计算机断层扫描成像，并对下颌形状及尺寸进行分析，显示编码Cx43基因突变的小鼠下颌骨畸形，下颌骨体积较小，且组织学分析显示，与野生型同窝小鼠相比，突变小鼠下颌骨膜内骨的骨化不足。

Cx与牙槽骨的机械力传导有关。Moore等[25]发现Cx43基因突变小鼠最大的表型差异集中在暴露于机械力的区域，如牙槽骨、肌肉附着部位和关节表面。实验[18]结果表明，机械张力可增加Cx43的表达，进一步上调成骨细胞信号分子（如Runt相关转录因子2），和下调破骨细胞信号分子（如细胞核因子κB受体活化因子配体），从而促进骨形成。相反，通过siRNA抑制Cx43基因可抑制成骨细胞相关分子的增加，但增强破骨细胞信号分子的表达。因此，周期性机械张力可能通过Cx43参与调节成骨细胞及破骨细胞的分化。但同时Plotkin[26]发现，成骨细胞中表达的Cx43对机械刺激的反应并不是必需的。Takemura等[27]通过培养骨细胞，并使用钛板模拟种植体周的咬合负荷，在此负荷下Cx43的表达显著增加且凋亡骨细胞数明显增多;在大鼠模型中植入钛种植体作为负荷组，发现其骨细胞Cx43表达增加、骨细胞凋亡增加以及抗酒石酸酸性磷酸酶阳性细胞数量显著增加。Lim等[28]使用剪切应力刺激牙槽骨来源间充质干细胞的生长及成骨分化，且与对照组相比刺激组的Cx43水平升高。

4.牙骨质

在小鼠模型中刺激磨牙形成新牙骨质，其牙骨质细胞中有Cx43的表达[17]。Miron等[24]证明Cx43表达增强会促进牙骨质再生。缝隙连接α-1（gap junction alpha-1，GJA1）可编码Cx43蛋白，Kobayashi[29]使用来自牙龈卟啉单胞菌的脂多糖长期刺激成牙骨质细胞，可诱导GJA1 DNA甲基化，并导致成牙骨质细胞的低矿化，这表明Cx43基因突变可能会影响牙骨质生长发育。

三、Cx与牙周疾病

1.牙龈炎、牙周炎

细胞间通讯在牙周组织炎症中发挥重要作用。Abe等[30]发现Cx在牙周炎的牙龈组织中显著下调，这可能与牙周炎期间细胞间通讯障碍有关。张鹏等[12]证实高血糖可诱导牙龈上皮炎症，激活牙龈上皮炎症小体（如NOD样受体蛋白3、核效应蛋白4等），并通过免疫组织化学法显示糖尿病小鼠炎症性牙龈上皮中结合上皮、龈沟上皮和口腔上皮几乎没有Cx43的表达，因此Cx43可能在与糖尿病相关的牙周炎中起重要作用。吴剑豪等[31]发现口腔病原菌感染患者其血清Cx40、Cx44、Cx45、Cx46水平较对照组降低，而口腔致病菌感染会导致牙龈炎、牙周炎等疾病，因此Cx水平异常可能与牙周组织炎症性疾病相关。

2.牙龈创伤

牙龈创伤愈合期间牙龈成纤维细胞中Cx43水平降低且呈动态调节。Cx43的抑制导致结缔组织细胞间通讯网络破坏，并在创伤后逐渐恢复到正常水平[14]。牙龈创伤愈合相对于皮肤病程更短且无瘢痕，这可能是由于牙龈中Cx43只有一小部分组装成连接小体[15]。研究[32]表明在培养的人牙龈成纤维细胞中阻断Cx43可以显著调控创伤愈合相关基因的表达。Tarzemany[15]通过使用模拟肽选择性阻断Cx43缝隙连接通道导致体外培养的牙龈成纤维细胞中抗纤维化基因的明显上调和促纤维化基因的下调。

3.牙周致病菌破坏Cx参与牙周疾病

牙周致病菌主要包括伴放线聚集杆菌、牙龈卟啉单胞菌、福赛坦纳菌等。研究表明，牙周致病菌可通过破坏缝隙连接，从而参与牙周疾病的发生发展[33]。Belibasakis[34]使用牙龈卟啉单胞菌等10种细菌组成的龈下菌斑生物膜培养人牙龈上皮细胞，24小时候后观察到Cx26、Cx30较对照组表达降低，这可能提示牙周致病菌可以抑制Cx的表达而造成牙周组织破坏。

伴放线聚集杆菌与侵袭性牙周炎关系密切。伴放线聚集杆菌的外膜蛋白29可减少人牙龈上皮细胞缝隙连接通讯，降低Cx43的表达[35]。Fujita等[36，37]通过实验在培养的人牙龈上皮细胞中发现白细胞介素（interleukin，IL）-8在伴放线聚集杆菌降低缝隙连接和Cx43的表达中起重要作用，同时证明了IL-1β可降低Cx43的表达。因此，当牙周感染刺激机体免疫细胞产生白介素等炎症因子时，这些炎症因子可能通过降低Cx的表达，进一步造成牙周组织破坏。

牙龈卟啉单胞菌的主要致病因子包括脂多糖、牙龈素等，其中脂多糖起着黏聚分子的作用[1]。有学者研究发现脂多糖长期刺激成牙骨质细胞，可诱导Cx43 DNA甲基化，从而导致成牙骨质细胞低矿化[29]。有众多研究表明，DNA甲基化在慢性牙周炎中起重要作用[38]，这也提示了牙周致病菌引起的Cx43 DNA甲基化可能是慢性牙周炎的相关分子机制。

四、总结与展望

综上所述，Cx在牙龈、牙周膜、牙槽骨、牙骨质的生长发育过程中以及牙龈炎、牙周炎、牙龈创伤愈合的发生发展中有着重大意义，并且研究表明牙周致病菌及其毒力因子可通过刺激机体免疫而抑制Cx的表达以及通过促进Cx43 DNA甲基化等机制参与牙周疾病。目前牙周治疗主要为牙周基础治疗以及牙周手术治疗，对于重度牙周炎患者很难恢复其牙周组织，因此，牙周组织再生成为我们需要攻克的难题。我们可以通过调控Cx的表达水平，促进牙周膜、牙槽骨、牙骨质的再生，近期有学者发现结缔组织生长因子可上调牙周膜干细胞Cx43的表达，这有助于我们研发促进牙周组织再生的诱导因子[21]，但需要加强研究Cx对牙周膜干细胞成骨分化的机制，以及对Cx参与牙周组织及疾病的具体作用机制尚需进行深入研究，从而为临床牙周病的治疗提供新思路。