基质金属蛋白酶对种植体周围炎影响的研究进展

王腾飞，白国辉综述 范芹审校

1.遵义医科大学，贵州 遵义 563000；2.遵义医科大学附属口腔医院种植科，贵州 遵义 563099

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)是一类重要的蛋白水解酶，在牙周病、糖尿病、心血管疾病、癌症等疾病中均有广泛研究。种植体周围炎与牙周病在病因、发病机制、诊断、治疗等方面均有相似之处，但其疾病进展更快、预后更差，因此其早期诊断及预防尤其重要。MMPs作为重要的生物标志物之一，近年来在种植体周围疾病中的研究逐渐深入，本文就MMPs与种植体周围炎的关系进行综述，以期指导临床。

1 MMPs的概念、分类及功能

1.1 MMPs简介 MMPs是一类高度保守的锌离子、钙离子依赖的内肽酶家族，它们参与炎症过程及宿主损伤反应[1]。基质金属蛋白酶组织抑制因子(tissue inhibitors of MMP，TIMP)是内源性蛋白质调节因子，能够可逆性抑制MMPs的活性，使其在特定组织中表达。MMPs和TIMPs之间的不平衡通常导致不可逆的牙周和种植体周围破坏性病理过程，包括种植体周围炎[2]。

1.2 MMPs分类及功能 MMPs家族根据结构和底物的选择性分为6个蛋白酶组：胶原酶、明胶酶、基质溶解素、基质降解素、膜型MMPs(MT-MMPs)和其他未分类的MMP。研究表明，胶原酶(MMP-1、MMP-8、MMP-13和MMP-18)可以降解骨骼和韧带的基础—三螺旋纤维胶原蛋白；明胶酶(MMP-2和MMP-9)参与不同的细胞过程，包括血管生成和神经发生，这些蛋白酶可以降解基底膜成分，进而导致细胞死亡；基质溶解素(MMP-3、MMP-10和MMP-11)是降解细胞外基质片段的小蛋白酶；基质降解素(MMP-7和MMP-26)处理细胞表面分子并消化细胞外基质成分；MT-MMPs具有胶原蛋白分解活性，并可能激活一些蛋白酶和细胞表面的成分[3]。

2 MMPs与种植体周围炎

种植体周围炎是一种影响种植体骨结合的病理状态，其特征是以菌斑为始动因素的种植体周围黏膜炎症和持续进展的种植体周围骨组织丢失，它是导致种植失败的重要原因[4]。根据最近的一项荟萃分析估计，欧洲、南美和北美种植体周围黏膜炎和种植体周围炎的加权平均患病率分别为43%和22%，而在一项前瞻性研究中显示，我国患者和种植体水平的种植体周围炎略有减少，分别为19%和11.2%，并且发现种植体周围炎的发病率随着时间的推移而增加[5]。目前种植体周围炎缺乏可预测和有效的治疗干预措施，MMPs作为重要的指示生物标志物之一，可提供对种植体周围炎治疗反应的量化测量[6]。

2.1 参与植体周围组织破坏的MMPs种类和来源 现阶段研究表明，至少有6种MMPs(MMP-1、MMP-2、MMP-7、MMP-8、MMP-9、MMP-13)能够在种植体周围龈沟液(peri-implant crevicular fluid，PICF)中检出，且在种植体周围炎中的检出浓度明显高于健康植体，说明这些MMPs可能参与植体周围组织的破坏[7-10]。研究表明，龈沟上皮及成纤维细胞可表达MMP-1、MMP2、MMP-7、MMP-8、MMP-13，参与牙周组织降解[11]；此外，MMP-9可源于龈沟上皮、多形核中性粒细胞及破骨细胞，与骨吸收关系密切[12]。

2.2 几种主要MMP s对种植体周围炎的影响 MMP-8是目前与种植体周围炎关系最密切的生物标志物之一，早在1997年进行的一项横断面研究中显示，与健康植体患者相比，种植体周围炎患者的PICF中MMP-8水平升高[13]。研究表明，种植体周围炎手术治疗后PICF中MMP-8水平显著降低，并与探针深度变化一致[14]。KARATAS等[15]通过对牙周炎、种植体周围病变及健康植体患者的牙龈组织活检进行比较，发现牙周炎、种植体周围黏膜炎和种植体周围炎组MMP-8水平相似，均高于健康组。近年来，SORSA等[16]研发的活性MMP-8分子即时检验(aMMP-8 utilized in point-of-care testing，aMMP-8POCT)在各种研究中独立验证，作为牙周炎、种植体周围炎的辅助诊断、筛查和预后工具，具有良好的效果，其敏感性及特异性分别为75%～85%和80%～90%。MMP-9是龈沟液中主要的明胶酶，也被研究作为种植体周围炎的候选诊断标志物。王丽娟等[17]发现MMP-9水平可以较好地反映种植体周围组织的健康状况，MMP-9的检测结果与牙周病的临床指征(牙周探针深度、菌斑指数、牙龈出血指数等)的检测结果一致，提示MMP-9水平可以较好地反映牙周炎周围组织及种植体周围组织的健康状况。这与余道信等[18]的研究结果一致，种植患者术后龈沟液中MMP-9是种植体周围黏膜炎及种植体周围炎的独立危险因素，能够有效反映种植体周围组织炎症情况。在ZHANG等[19]的报告中，种植体周围炎患者PICF和牙龈卟啉单胞菌(porphyromonasgingivalis，P.g)感染的人巨噬细胞中MMP-9的表达均上调。此外，MMP-1、MMP-2也与种植体周围炎关系密切，IRSHAD等[20]认为种植体周围成纤维细胞中炎症介质和MMP-1的持续上调可能在种植体周围炎的发病机制中发挥作用。在去除P.g后，种植体周围成纤维细胞持续诱导白介素1β(Interleukin1β，IL-1β)和MMP-1的表达，这表明与牙周病相比，种植体周围的炎症病变更具有侵袭性和持久性。有证据表明，MMP-1/TIMP-1水平的降低可能是种植体周围临床附着丧失的一个指标，可将检测MMP-1与TIMP-1结合作为种植体周围疾病的预后标志物。李隽等[21]发现龈沟液中MMP-2表达水平可能与种植体周围黏膜炎的发生发展有关，且与炎性因子、氧化应激相关物质、种植体周临床指标关系密切，可能对种植体周围黏膜炎的发展具有一定的预测价值。

2.3 MMPs破坏种植体周围组织的可能机制 牙槽骨的改建由成骨细胞和破骨细胞共同完成，在生理状态下骨改建趋于平衡，但在病理条件下，这种平衡会被打破。骨吸收是种植体周围炎特征性病变之一，有研究发现，MMP-9可以协同MMP-1，彻底降解Ⅰ型胶原，从而破坏牙周组织和骨基质的完整性，参与骨基质的吸收过程。刘丽等[22]的动物实验结果表明，MMPs在种植术后植体周围损伤骨组织的吸收、愈合和骨重建中起重要作用，MMP-2、MMP-9可降解损伤的骨基质，促进破骨细胞的募集和破骨细胞性骨吸收的进行。近来，CHE等[23]研究发现凝集素样氧化型低密度脂蛋白受体1(lectin-type oxidized LDL receptor 1，LOX-1)可以调节P.g诱导的MMP-2和MMP-9的表达，进而加速细胞外基质的分解。这与ZHANG等[19]的实验结果一致，研究表明MMP9参与了种植体周围炎的进展过程，并受LOX-1和细胞外调节蛋白激酶1/2的调节，LOX-1/MMP-9信号通路可能是种植周炎的潜在药物靶点。在炎症进程中，炎症介质刺激可增加MMPs基因编码的mRNA及分泌的酶原，KURASHIKI等[24]研究表明，炎症反应可通过核因子κB和c-Jun氨基末端蛋白激酶通路刺激中性粒细胞及巨噬细胞对MMP-2、MMP-9的表达和激活，进而引起组织破坏。髓样细胞触发受体(the triggering receptor expressed on myeloid cells，TREM)属于模式识别受体细胞受体家族，其中可溶性TREM-1(The soluble form of TREM-1，sTREM-1)与炎症性疾病关系最为密切，sTREM-1可与肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition protein 1，PGLYRP1)结合，在TEIXEIRA等[25]的实验中，种植体周围炎患者的sTREM-1/PGLYRP1/MMP-8轴表达水平较健康植体高，提示这些标记物也参与种植体周围的炎症过程，临床相关性sTREM-1/PGLYRP1/MMP-8轴可作为牙周和种植体周围疾病的有效标志物。

2.4 MMPs在种植体周围炎早期诊断中的作用 与牙周炎相比，种植体周围病变更强烈的炎症特征会增加快速进展的风险，这突出了早期诊断的重要性。从口腔液体(唾液、龈沟液等)中获得的宿主反应和微生物生物标志物的潜在作用已被用作牙周病的辅助诊断工具。与传统临床检查方法相比，宿主反应分子的浓度可能代表更准确、实时的疾病进展情况，微生物特征和种植体周围多种宿主反应生物标记物的组合可以更精确地评估疾病状态模型。WANG等[26]发现在PICF水平齿密螺旋体与TIMP-2结合可增强对病变部位的诊断能力。在LÄHTEENMÄKI等[27]的研究中，aMMP-8 POCT正确诊断了所有26例种植体周围炎和26例健康种植体患者，并发现aMMP-8 PoCT在诊断种植体周围炎和健康种植体方面比牙周指标和其他生物标记物准确得多。

2.5 MMPs与种植体周围炎治疗的关系MMPs与种植体周围炎治疗的作用是相互的，一方面种植体周围炎的治疗会引起MMPs浓度与活性的变化，另一方面，MMPs也可以作为监测种植体周围炎治疗效果的指标，甚至作为分子靶点，辅助提高治疗效果。BHAVSAR等[28]比较了种植体周围炎手术和抗菌治疗前后MMP-8的变化情况，发现在治疗后三个月PICF中MMP-8浓度显著降低，并且降低趋势也与临床检查相一致。GHIGHI等[7]比较了机械清创前后MMPs的变化，31例连续患者被分为三组(种植体周围炎，n=11；牙周炎，n=10；健康，n=10)，MMP-2、MMP-8、MMP-12和MMP-13在两个病理组中均显著高于健康组，然后在比较牙周炎组和种植周组时，没有发现差异。关于TIMP分析，与健康组和牙周炎组相比，种植周组TIMP-2释放显著增加。通过免疫组化进一步分析了TIMP-2在植体周围的表达，证实与牙周炎相比，种植体周围组织中TIMP-2的表达增加，这表明牙周炎组织对基础治疗有反应，而种植体周围组织的反应有限，这可能与种植体表面生物膜清创不足有关。吸烟者种植体周围炎病变在光化学治疗和局部抗生素治疗后，两组的MMP-1在9个月和12个月时较基线显著降低，并与临床检查一致[29]。激光治疗可以清除植体表面的菌斑生物膜，促进种植体-牙龈界面的生物学封闭，促进骨结合，近年来在临床运用中取得了一定的疗效[30]。研究表明，掺铒铬钇钪镓石榴石(Er,Cr:YSGG)激光治疗可以显著降低种植体周围炎PICF中MMP-9、TIMP-1的表达，提高机械清创的治疗效果[31]。治疗种植体周围炎可以使MMPs的表达下调，反过来MMPs也可作为监测种植体周围炎治疗效果的指标。其中aMMP-8是目前筛选和检测与牙周炎和种植体周围炎相关的牙周组织破坏并监测其治疗效果的最有效的生物标志物之一[27]。有研究表明MMP-8响应性水凝胶是按需口服局部给药的一个有希望的候选者，其优点是利用种植体周围炎症组织中MMP-8的高表达，将携带药物的水凝胶靶向作用于炎症区域，但目前仍缺乏动物试验结果的支持[32]。GOLUB等[6，33]研究发现基于MMPs的宿主调节药物是治疗慢性牙周炎安全有效的辅助药物，其循证证据优于局部缓释抗菌剂及激光治疗，其中多西环素被发现是最有效的MMPs抑制剂，其原理是全身应用亚抗微生物剂量的多西环素，通过作用MMPs，达到缓解牙周炎症过程和胶原分解反应的效果。种植体周围炎与牙周炎具有相似性，种植体周围炎对全身疾病的影响和宿主调节疗法对其的有效性仍需进一步研究。

3 结语

种植体周围炎目前缺乏有效的预防和治疗措施，相较于牙周炎，种植体周围炎更难控制和治疗，相关因素尚不清楚。aMMP-8 POCT因其快速、准确的特点有望广泛运用于临床种植体周围炎的社区筛查、早期诊断及疾病预后监测，未来可结合微生物或其他生物标志物提高其诊断能力。目前，国内外关于MMPs对种植体周围炎影响的文献较少，作用机制仍不明确，但近年来随着研究的深入，以MMPs为靶向的药物治疗有望成为机械清创、手术治疗的辅助方式。