免疫反应在种植体周围炎中的作用研究进展

尹昭懿 李效宇 王子璇 李碧榕 董 博 李 珍 孟维艳

一、前言

种植体周围炎是发生在种植体周围组织中的一种病理状态，其特征是种植体周围结缔组织的炎症和支持骨的进行性丢失[1]。种植体周围黏膜炎和种植体周围炎的患病率分别为19%～65%和1%～47%[2]。代谢性疾病、吸烟、咬合因素、以及种植体周围生物膜形成等一系列复杂因素均可致使成骨细胞和破骨细胞之间的平衡被打破，导致骨吸收[3]。在诸多致病因素的致病过程中，宿主免疫反应在种植体周围炎的发病机制中起着重要作用[4]。本文就免疫反应在种植体周围炎发生与进展中的作用做一综述。

二、免疫反应对全身及局部治病因素导致的种植体周围炎的作用

种植体在体内形成骨结合后，机体代谢水平的变化以及局部不良刺激因素均可导致种植体周围发生进行性骨吸收，甚至骨结合的破坏。从免疫角度分析，全身因素（糖尿病、吸烟等）和局部因素（咬合过载等）通过不同途径破坏种植体周围免疫稳态，介导骨吸收的发生。导致植入失败的主要因素之一是免疫介导的排斥反应[5]。

1.糖尿病：糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，长期高血糖会引起各种组织的慢性损伤和功能障碍[6]。研究表明糖尿病患者患种植体周围炎的风险比非糖尿病患者高50%[7]。其机制是糖尿病导致种植体周围血管生成抑制，导致体内骨祖细胞减少，骨-种植体界面骨形成不良[8]。除上述骨界面愈合不良外，高血糖状态会导致病原性的微生物群转移和/或增加局部反应。高水平血糖会诱导或形成代谢物，介导一系列细胞反应和免疫反应：受损的间充质细胞分化、成骨细胞减少、破骨细胞诱导的骨吸收，以及刺激炎性细胞因子白细胞介素（interleukin，IL）-17分泌和刺激胶原酶生成等，从而加剧分解代谢反应和组织损伤，影响骨代谢，造成骨吸收[9，10]，加剧种植体周围炎。

2.吸烟：吸烟对种植体周围炎的影响不容忽视。Cyprus[11]建立香烟烟雾暴露（cigarette smoke extract，CSE）的实验模型研究吸烟对体内骨结构的影响，结果显示在所有钛表面暴露于CSE后，条件培养基中IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-4、IL-10和IL-13的分泌呈剂量依赖性增加。虽然促炎和抑炎细胞因子的水平都增加了，但促炎性IL-1β、IL-6和TNF-α的水平比抑炎性细胞因子增加了5倍。这些数据表明，接触CSE会使巨噬细胞向促炎性方向分化。CSE降低了成骨分化和抑炎IL的产生，同时增加了巨噬细胞和间充质干细胞中的促炎型IL的生成，这表明CSE中的化合物强烈影响干细胞的分化，并可能影响生物材料植入后的骨形成，从而导致种植体的失败。Khulud[12]的研究表明：患种植体周围炎的患者中，吸烟患者种植体周围龈沟液表达的晚期糖基化终末产物（advanced glycation end products，AGEs）水平高于非吸烟患者。AGEs受体RAGEs识别烟雾产生的配体，当烟草与AGEs-RAGEs相互作用增加时，破坏性炎症细胞因子的产生增多，包括IL-1β、TNF-α和IL-6等。

3.咬合因素：由于种植体缺乏牙周膜的支持，更易发生咬合过载，导致种植体修复失败，所以种植体咬合设计的关键因素之一是避免咬合过载[13]。有研究指出，种植体周围骨组织对“咬合过载”的不同反应取决于黏膜健康[14]。Jose Viña-Almunia[15]的一项临床研究中指出：咬合负荷较高的种植体在种植体周围的龈沟液中呈现出较高水平的IL-10。咬合调整后种植体周围龈沟液中TNF-α、IL-10、IL-6、IL-1β、IL-8的表达降低。Angel Insua[16]研究表明过度负荷和微损伤与较高的骨细胞凋亡有关，骨细胞凋亡后，骨中RANKL释放增加，导致破骨细胞生成和骨吸收。Martinna[17]的文章中提到：在骨结合前进行病理性超负荷（＞12kg/mm2）时，咬合超负荷与种植体周围骨丢失之间可能存在关联，在没有炎症的情况下导致骨损伤和吸收。骨整合后，当骨稳态负荷小于2kg/mm2，在没有炎症的情况下，广泛的骨与植入物接触且无牙槽骨吸收。

咬合过载导致的种植体失败与炎症息息相关，这可能是机体免疫反应参与的结果，若能在临床规避咬合因素可能带来的不良影响，将提高种植体的长期存留率。

4.菌斑生物膜：生物膜遍布于环境，水系统中的任何地方，并在医学和牙科领域中发挥着重要作用[18]。Mirjam[19]的研究表明：在种植体植入后30分钟内，种植体表面就会形成菌斑生物膜。健康种植体周围的菌斑组成与健康的天然龈沟相似，以革兰氏阳性球菌和非能动菌为主。牙周炎的龈下菌群以革兰氏阴性菌为主，而种植体周围感染有时可能与不同的微生物群有关，包括大量的消化链球菌或葡萄球菌[20]。Rinat Tzach-Nahman[21]通过建立小鼠模型来研究炎症介质，他们认为牙龈卟啉单胞菌可以导致种植体周围的骨丢失并且可以改变牙龈细胞因子表达。牙龈细胞因子表达改变后，免疫反应平衡被打破，从而诱发种植体周围炎症。

Alexandra[22]通过建立种植体周围黏膜生物膜模型研究了种植体周围炎的宿主-微生物相互作用机制：口腔黏膜通过上调热休克蛋白（heat shock proteins，HSP）-70基因，在种植体周围黏膜中引起保护性应激反应。IL-6、趋化因子CXC基序配体-8（Chemokine（C-X-C motif）ligand 8，CXCL8）和CC族趋化因子配体2（CC chemokine ligand2，CCL2）等细胞因子水平降低表明炎症反应减弱。同时机体通过增加TNF-α水平来维持炎症平衡。新生生物膜的积聚导致种植体周围黏膜的炎性病变，随着白细胞穿过屏障上皮，以及在邻近的结缔组织中T细胞和B细胞比例增加而形成炎性浸润屏障上皮，植体-黏膜界面的宿主-微生物稳态破坏，从而诱发机体免疫反应[23]。

5.钛离子释放：在骨科中，植入物磨损颗粒引起的炎症反应是导致骨丢失和无菌性松动的主要原因。一些学者假设，种植体的表面颗粒释放也可能引起宿主的免疫反应，当免疫反应进展“失控”或失去平衡，会引起种植体周围疾病。传统认为钛（Ti）作为惰性材料，不与机体反应，但Albrektsson[24]介绍了异物免疫反应平衡的概念，认为任何材料进入人体组织都会激活免疫反应，骨结合也是免疫反应的过程，当骨结合时，发生免疫介导的异物免疫反应平衡，若失去或者未建立这种平衡，则会发生骨丢失。研究表明，钛是介导种植体植入后种植体周围疾病的先行者，钛离子释放后，通过影响朗格汉斯细胞、T细胞等免疫细胞进一步影响免疫反应。而过量的钛离子会导致部分朗格汉斯细胞发育不完全，从而不表达langerin+[25]；且50、100μM的Ti（Ⅳ）离子可以促进T细胞的活化和促炎细胞因子的表达[26]。在种植体周围炎的临床标本检测中，钛离子浓度显著升高，且淋巴细胞、M1型巨噬细胞的比例也显著上调[27]。Ricardo[28]利用基因表达分析发现，在炎症期28天后，钛触发明显的免疫激活，集中在先天免疫系统上，CD11b、重组人精氨酸酶（arginase，ARG1）-1、中性粒细胞胞浆因子（neutrophil cytosolic factor，NCF）-1和C5aR1显著上调，表明固有免疫系统的激活。Truc[29]发现Ti颗粒和树突状细胞激活之间存在联系，而树突状细胞被认为是连接先天免疫系统和适应性免疫系统的多功能细胞群。综上所述，钛通过介导免疫反应，来诱发种植体周围炎症。

三、种植体周围炎的免疫反应过程

根据免疫应答识别的特点、获得形式以及效应机制，可分为固有性免疫和适应性免疫两大类。固有免疫亦称为先天性免疫或非特异性免疫，适应性免疫亦称获得性免疫或特异性免疫。

1.先天性免疫（固有免疫）：Ricardo Trindade[29]研究发现，炎症期28天后钛种植体激活先天免疫系统，补体、巨噬细胞或其他Ⅱ型固有淋巴细胞和中性粒细胞增多。在免疫抑制时，由于巨噬细胞抑制中性粒细胞凋亡，所以检测到钛种植体周围中性粒细胞的长期存在，故中性粒细胞不仅作为急性炎症的标志，也参与到慢性反应中。M1巨噬细胞在应对释放的金属离子和颗粒方面占优势，主要产生促炎性介质，介导多核巨细胞包裹、清除颗粒的同时影响微环境中其他炎症细胞的聚集[30]。在炎症的早期，种植体表面被补体系统识别，补体与IL-1b、C3a和C5a协同作用，在促炎环境中调节成骨细胞的免疫反应，也能诱导破骨细胞的生成，诱导 IL-6和IL-8的释放，上调骨保护因子核因子κB受体激活剂（receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）/骨骼保护因子（osteoprotegerin，OPG）的表达。RANKL／NF-kB受体激活子（receptor activatorof NF—kB，RANK）/OPG轴参与破骨细胞的发育和骨重建[22]。树突细胞是强大的抗原呈递细胞，源自骨髓祖细胞和单核细胞，可通过引发促炎或致耐受性免疫效应细胞来塑造免疫反应。树突状细胞作为免疫反应的前哨细胞和抗原递呈细胞，是唯一能够启动原始辅助性/细胞毒性T细胞进行克隆扩增的抗原递呈细胞，用来激发先天免疫和适应性免疫。在未成熟的状态下，树突状细胞捕获微生物及其抗原，在成熟状态下，树突状细胞刺激T细胞对这些捕获的抗原的反应。树突状细胞从而启动适应性免疫反应[31，32]。

2.适应性免疫：适应性免疫系统是人体后天被某些病原菌感染后，有针对性的形成的特异性免疫反应系统，该系统主要包括细胞免疫（T细胞）和体液免疫（B细胞）。口腔黏膜固有层的主要淋巴细胞亚群由CD4+T辅助细胞组成，细胞与抗原接触时，对于细胞内生长的微生物，可能激活Th1细胞免疫，以T淋巴细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞为主，如果致病微生物以细胞外生长为特征，可能激活Th2体液免疫，免疫反应以血浆细胞为主。树突状细胞刺激T细胞增殖时，在RANKL的介导下T细胞进一步增多，T细胞和B细胞在体内的存活率也增加。通过辅助性T细胞和调节性T细胞的联合作用，单核细胞分化为具有调节特性的树突状细胞，形成一个正反馈回路，以加强调节性T细胞启动的免疫调节[32～33]。T淋巴细胞在种植体周围炎的免疫反应中起重要作用。钛离子在体外能激活NLRP3炎症小体，促进IL-β的分泌，在这一激活过程中作为协同激活剂，加强了预先激活的T细胞的炎症反应[34]。有学者研究了钛暴露后树突状细胞的特性，Ti（IV）可以改变树突状细胞特性，从而使T淋巴细胞反应性增强，从而增强Th1型免疫反应[35]。研究证明来源于人外周血单核细胞的CD103+DCs也有促进调节性T细胞分化的能力[36]。

四、与种植体周围炎免疫反应相关的生物因子

细胞因子是先天免疫和适应性免疫细胞分泌的蛋白质，介导和调节多种细胞功能的免疫应答。在生理和病理条件下，细胞因子传递各种细胞间信号，使细胞对不同的外源刺激作出反应。它们通过调节白细胞和其他细胞的生长、活动和分化来调节炎症和免疫反应。

1.PAMPs、DAMPs：Toll样 受 体（toll-like receptors，TLR）或模式识别受体对病原体相关的模式分子（pathogen-associated molecular pattern，PAMPs）或危险相关模式分子（damage associated molecular patterns，DAMPs）作出反应。TLR可通过激活诸如AP-1和NF-κB的转录因子来激活激酶的下游信号传导，从而导致各种炎性细胞因子和免疫调节剂的释放。TLR识别PAMPs为人类抗微生物感染提供了快速有效的第一道防线[37]。

Edward等人研究发现PAMPs粘附在钛颗粒上，粘附PAMPs提高了钛颗粒的生物活性，PAMPs通过激活其同源TLR脂多糖来实现这一目的，进一步推论低水平的细菌定植产生的PAMPs可能有助于骨科植入物的无菌性松动[38]。Jeremy等人提出磨损碎片颗粒可能作为PAMPs/DAMPs并通过TLR激活巨噬细胞。病原体作为PAMPs与巨噬细胞结合可诱导先天免疫系统的反应，并导致适应性免疫的诱导，Toll样受体信号通路中的关键接头分子—髓样分化因子可作为预防磨损碎屑颗粒诱发假体周围骨破坏的治疗靶点[39]。

2.促炎因子：在种植体周围炎和慢性牙周炎中都发现了具有激活破骨细胞潜力的细胞因子，IL-1α是前者中最普遍的细胞因子，而TNF-α是后者中最常见的细胞因子。这些细胞因子通过刺激破骨细胞导致骨质流失[40]。

在炎症的早期，种植体表面被补体系统识别，补体系统激活并产生的C3a和C5a，二者被认为是中性粒细胞的过敏性毒素。浸润的中性粒细胞释放促炎细胞因子，如TNF-α和IL-1β，从而进一步加速炎症反应[41]。有学者采用系统生物学的方法，评估受试者在不同情况下牙齿和种植体部位的微生物群。结果显示，牙齿和种植体周围的炎症与IL-1α和IL-1β呈正相关[42]。Lasserre指出IL-1、IL-6、IL-17和TNF-a被称为强促炎分子。如果不加以干预可能导致组织破坏[43]。巨噬细胞释放IL-1和TNF-α从而介导有效的炎症反应，但适量的IL-1和TNF-α释放造成的短期炎症有利于初级骨愈合。而强烈或长期的IL-1和TNF-α释放会致使炎症和破骨过程，从而增加严重感染的种植体周围疾病，激活宿主免疫反应，导致种植体的失败[44]。

五、总结与展望

种植体在植入体内后会发生一系列的免疫炎症反应，最终机体形成稳定的、平衡的免疫状态。当受到全身或局部不利因素刺激后，不同的免疫反应途径可能会被激活，多种细胞、因子介导疾病的发生、发展和转归。虽然学者们已逐渐认同种植体周围炎与免疫反应密切相关，但仍有许多问题亟待进一步探索，如：①种植体周围炎为何缺乏自限性；②何种免疫细胞或免疫反应主导了炎症的进程；③在种植体脱落后再次种植的长期存留率降低，与机体的免疫反应是否相关；④是否有特异性的免疫指标指示种植体周围炎的早期变化。相信随着更多的现象和机制被揭示，种植体周围炎和免疫反应的关系将会被更全面地阐释。