信号素3A与口腔常见病关系的研究进展

陈荟宇 白明茹 叶玲

口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院牙体牙髓病科 成都 610041

常见的口腔疾病包括龋齿、牙髓炎、根尖周炎、牙周炎、牙发育异常和口腔癌等，发病率较高，常常引起颌面部剧烈疼痛、失牙、面部畸形等，使人们的生活质量下降，给社会造成一定的经济负担[1-2]。口腔疾病种类较多，发病机制复杂，目前其分子机制尚未得到全面阐释。信号素3A（semaphorin 3A，Sema3A）在口腔组织中表达广泛，包括牙髓、牙周及唾液腺组织等均有表达[3-5]，在牙髓炎、根尖周炎、牙周炎、牙发育异常和口腔癌等疾病进程中也发挥生物学效应。本文就Sema3A与上述常见口腔疾病的关系进行综述，以期为全面阐述疾病的发生机制提供参考。

1 Sema3A与牙髓炎的关系

当细菌感染引发牙髓炎，局部炎症介质的释放和细胞间的相互作用会影响炎症的发展和转归[6-7]。牙髓组织对维持口腔和机体健康非常重要，因此开展以保存活髓为目的的研究，对于远期开发牙髓炎抗炎药物[7]或新型盖髓材料[8]有重要意义。

研究[3,9-11]发现：Sema3A能够影响牙髓炎的发展及转归。组织切片免疫荧光检测显示：炎症牙髓组织中Sema3A的表达增加。在炎症环境中，体外培养的人牙髓细胞（human dental pulp cells，hDPCs）分泌Sema3A增多；同时Sema3A重组蛋白能够减少炎症状态下hDPCs表达白细胞介素（interleukin，IL）-6和CXC趋 化 因 子 配 体10（CXC chemokine ligand 10，CXCL10），并抑制核转录因子（nuclear factor，NF）-κB信号通路的活化，从而阻止牙髓炎症进程[9]。

在修复性牙本质的形成过程中，牙髓干细胞（dental pulp stem cells，DPSCs）增殖并迁移到成牙本质细胞层，替补坏死的成牙本质细胞，分化为成牙本质细胞样细胞继续分泌牙本质基质，对于阻止外界不良刺激和保护牙髓有着重要意义。Sema3A能够促进DPSCs迁移和增殖，并通过与受体神经纤毛蛋白-1（neuropilin 1，Nrp1）相互作用，激活Wnt/β-catenin信号通路，促进DPSCs成牙向分化，启动牙髓牙本质复合体的修复作用，促进修复性牙本质的形成[3,10-11]。

2 Sema3A与根尖周炎的关系

根尖周炎是由于病原微生物进入根尖区引起的炎症性疾病，常常表现为根尖区牙骨质及牙槽骨的吸收破坏[12]。临床上常根据影像资料显示的根尖周骨组织恢复情况作为评价治疗效果及预后的重要指标。促进炎症消退和骨组织重建往往是根管治疗或显微根尖外科手术治疗难治性根尖周炎的目标。

Sema3A可抑制根尖周炎症的发展。研究[13]发现：急性根尖周炎组织中Sema3A mRNA的3’端通过中和牙周膜细胞中微小RNA（microRNA，miRNA）-155，减少游离的miRNA-155，降低了其对根尖周炎症的促进作用。

Sema3A可能通过免疫调节影响根尖周炎症进程。作为免疫调节因子，Sema3A能够引起调节性T细胞标志分子FoxP3以及抗炎细胞因子IL-10表达增加，抑制支气管肺炎的发展[14]。在自身免疫性关节炎和骨关节炎中，Sema3A能够抑制CD4+T细胞的活化，减少促炎因子IL-17的释放，从而降低该疾病的发病率和严重程度[15]。而CD4+T细胞在炎症根尖周组织中能通过分泌IL-17等促炎因子募集中性粒细胞并激活破骨细胞，引起根尖周组织的骨质破坏[16]。由此可以推测，Sema3A可能通过调节CD4+T细胞的活化并降低促炎因子表达水平，发挥抑制根尖周炎发展的作用。

作为骨保护因子，Sema3A同时激活成骨细胞和抑制破骨细胞活性，促进根尖周炎骨形成[17-18]。在促进成骨分化方面，Sema3A与神经丛蛋白A1（plexinA1）-Nrp-1复合物结合，通过FERM、Rho型鸟嘌呤核交换因子（RhoGEF）和血小板白细胞C激酶底物域蛋白2（FERM,RhoGEF and pleckstrin domain protein 2，FARP2）激活Ras相关的C3肉毒素底物1（ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac1）增加β-连环蛋白（β-catenin）的核转移，促进成骨细胞分化；在抑制破骨分化方面，Sema3A-Nrp-1信号轴不仅通过抑制RAS同源基因家族成员A（Ras homolog gene family member A，RhoA）的活化，阻止巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor，M-CSF）诱导的破骨细胞前体细胞的迁移，还能抑制核因子κB受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL）诱导的磷脂酶Cγ2酪氨酸磷酸化和钙振荡，抑制破骨细胞前体细胞的分化[17]。

在大鼠根尖周炎模型以及人根尖周炎病损区域，Sema3A/Nrp-1表达下降，随着病损范围扩大，Sema3A表达逐渐减少[4]，这对于根尖周组织的保护作用可能减少。若在根尖周骨缺损处给予Sema3A重组蛋白可能利于骨缺损的修复。由于缺乏相关研究，目前该方法的可行性有待验证。

3 Sema3A与慢性牙周炎的关系

牙周炎是最常见的慢性炎症性疾病之一。据统计[19]，全球约7亿人感染牙周炎，约占世界人口的11%，主要表现为牙周组织炎症和牙槽骨进行性吸收，最终引起牙齿松动和脱落。

据报道[20]：慢性牙周炎患者龈沟液中检出的Sema3A和Nrp-1蛋白水平显著低于对照组受试者，且Sema3A/Nrp-1表达水平与牙周骨组织破坏程度呈负相关[4]。与此同时，炎症环境下，敲低Sema3A会引起牙周膜成纤维细胞（human periodontal ligament fibroblasts，hPDLFs）表达炎症因子水平升高[17]。有学者[4,20]认为：炎症引起的牙槽骨丧失，可能与Sema3A/Nrp-1在炎症牙周组织的表达减少有关。

作为免疫调节因子，Sema3A可能影响牙周组织中免疫细胞对炎症的响应。巨噬细胞是目前研究最为广泛的牙周免疫细胞。研究[21-22]显示，Sema3A对巨噬细胞的调控作用随炎症环境的不同而发生改变。在心肌梗死后的局部炎症环境中，Sema3A重组蛋白能够促进M1型巨噬细胞凋亡，同时增强M2型巨噬细胞的胞葬作用，从而促进局部炎症的消退和细胞碎片的清除[21]。而在脓毒血症的研究[22]中发现，Sema3A与其受体PlexinA4相互作用，活化巨噬细胞表面Toll样受体，通过激活NF-κB和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信号通路引起炎症风暴。巨噬细胞作为参与牙周炎发生发展的重要免疫细胞，在应对炎症反应的不同阶段发生极化，最终形成具有促炎作用的M1型巨噬细胞，或形成抑制炎症且促进组织修复的M2型巨噬细胞[23]。M1/M2型巨噬细胞的比值对于评估牙周炎严重程度和炎症的发展方向有着重要意义[24-25]。Sema3A可能调节牙周炎症环境下巨噬细胞的生物学行为，从而导致M1/M2比值发生改变，影响牙周炎的发展进程。由于炎症环境的不同，Sema3A对牙周炎巨噬细胞的影响还有待进一步验证。

炎症引起的牙槽骨丧失是牙周炎失牙的直接原因。同时，骨质疏松和糖尿病等全身疾病总是对牙周炎的转归产生不良影响，引起骨代谢紊乱，加速骨吸收进程。Sema3A具有强大的调节骨代谢能力，可能在伴有上述全身疾病的牙周炎中发挥骨保护作用。

Sema3A可以调节增龄性骨质疏松病的骨稳态和骨重建。研究[26]发现，Sema3A通过非一氧化氮依赖途径激活可溶性尿苷酸环化酶（soluble guanylate cyclase，sGC）-环磷鸟苷（cyclic guanosinc monophosphate，cGMP）信号通路，提高骨细胞存活率，减缓增龄性骨丧失。

此外，Sema3A可以促进糖尿病骨缺损的修复。局部注射Sema3A重组蛋白能够促进2型糖尿病颅骨缺损处脂肪源性干细胞成骨分化，有利于骨缺损的修复[27]。这对于治疗与全身疾病相关牙周炎导致的牙槽骨吸收具有重要意义。

Sema3A可能是牙周组织重建的调节因子[28-31]。研究[30]表明：过表达Sema3A能够增强大鼠牙龈间充质干细胞（rat gingival mesenchymal stem cells，rGMSCs）在炎症环境下增殖和成骨分化能力，有望成为促进牙槽骨重建的重要靶点。不仅如此，Sema3A能够诱导人牙周膜细胞（human periodontal ligament cell，hPDLCs）的干性[31]。在Sema3A过表达的hPDLCs表面，同源盒转录因子NANOG、八聚体结合转录因子（octamer-binding transcription factor，OCT4）、钙黏蛋白E（E-cadherin）等胚胎干细胞标记物和CD73、CD90、CD105、CD146、CD166等间充质干细胞标记物表达升高，提示Sema3A能够诱导hPDLCs的多能性。由于牙周膜干细胞（periodontal ligament stem cells，PDLSCs）数量少且获取困难，在牙周再生治疗中的应用受到限制，Sema3A这一特性的发现对牙周组织工程种子细胞的获取具有重要的参考价值。

4 Sema3A与牙发育异常性疾病的关系

Sema3A是经典的轴突导向分子，调控中枢及周围神经系统功能[32-35]，引起轴突生长锥肌动蛋白骨架重组，影响轴突成束、分支和突触的形成[32]。研究[33]显示：Sema3A能诱导鸡胚感觉神经轴突生长锥的塌陷，限制轴突的生长。但味觉感受细胞分泌的Sema3A却能够吸引苦味神经元与之产生连接，对味蕾的发育有重要意义[34]。

有报道[36]认为：感觉神经缺失能够导致牙齿结构异常。Sema3A对牙齿神经支配的建立有调节作用[37-38]。在牙胚发育过程中，Sema3A的时空表达随着发育阶段的不同而发生改变[36]。Sema3A可能调控神经纤维长入牙胚的时间和位置，其表达缺陷会引起异位的神经纤维过早出现在小鼠牙胚间充质中[38]。因此，牙胚发育期间，Sema3A的表达紊乱可能会影响牙齿神经纤维的顺利长入，从而引发牙形态异常。

牙源性上皮的增殖和迁移是牙齿形态发生的基础。相关研究[39]指出：Sema3A可能参与该过程，并通过Wnt/β-Catenin-Sema3A-Nrp-1信号轴参与牙瘤的形成。

萌出通道的正确建立对于牙齿的萌出秩序至关重要，这依赖于牙胚冠方骨吸收及根方骨形成之间的动态平衡。Sema3A及其受体Nrp-1在小鼠萌出期牙胚冠方的多核巨细胞中呈阳性表达。此外，体外实验[40]发现：Sema3A重组蛋白能够减少骨髓源性巨噬细胞分化为抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrated resistant acid phosphatse，TRAP）阳性破骨细胞的数量。由此可见，Sema3A在引导牙齿的萌出秩序中发挥调节作用，其表达缺失可能会导致过度的破骨分化，引起牙齿早萌。

5 Sema3A与口腔癌的关系

Sema3A能通过调节血管形成和免疫细胞生物学行为，影响肿瘤的生长和转移[5,41-45]，且在不同肿瘤环境下发挥的生物学功能存在差异。有报道[43]称：Sema3A通过与血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）竞争结合Nrp-1，减少血管新生，从而抑制肿瘤生长。在多发性骨髓瘤的研究[44]中发现：Sema3A减少了肿瘤血管的形成和肿瘤细胞的浸润。然而也有研究[46]发现：Sema3A不仅促进肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）向缺氧区迁移，增强其对T细胞的抑制，降低TAMs的肿瘤杀伤作用，从而促进肿瘤的生长[45]，还能抑制丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路，抑制T细胞的活化，从而阻碍T细胞对肿瘤细胞的黏附，影响T细胞对肿瘤的杀伤作用。基于上述研究基础，学者们开始关注Sema3A在口腔癌中的作用，并取得了一定的研究进展。

动物实验[47]发现：过表达Sema3A的舌部鳞状细胞癌细胞系SSC-9在裸鼠皮下生长受到抑制，且形成的肿瘤组织中血管数量显著低于对照组。体外实验[47]进一步验证了Sema3A能够通过抑制血管内皮生长因子受体2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）磷酸化，导致其下游的Src和黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）磷酸化水平降低，从而抑制口腔肿瘤的血管生成，发挥抗肿瘤作用。

Sema3A的表达与口腔癌的生长和转移存在显著的相关性[48-51]。研究数据显示：头颈部肿瘤患者的不良预后及低生存率与Sema3A低表达显著相关[48-49]；腺样囊性癌的血行性转移与Sema3A的低表达有关[5]；舌癌组织中较高水平表达的Sema3A预测着较长的生存期，而当Nrp-1/Sema3A比值大于1时预期生存期变短[50]。免疫组织化学染色结果[51]显示：与口腔健康组织相比，涎腺肿瘤组织中Sema3A的表达显著降低，且在恶性肿瘤中的表达显著低于良性。综合这些研究可以推测，Sema3A有望成为评价肿瘤预后的重要指标。

综上，虽然现有的研究对Sema3A与口腔癌生长和转移相关性及机制的描述尚不确切，但其对肿瘤发展的抑制作用不容忽视，若期望将Sema3A作为口腔癌治疗靶点和评价指标，尚需进一步的研究进行验证。

6 小结

自2001年世界卫生组织正式提出“8020计划”，并将牙齿健康作为人体十大健康标准之一以来，社会各界逐渐重视口腔健康的维护和相关疾病防治等问题。随着对Sema3A研究的深入，越来越多的证据指向它在口腔疾病进程中发挥作用。如Sema3A作为轴突排斥因子，若表达缺失会影响牙髓再生过程中神经支配的建立；Sema3A的免疫调节和骨保护效应可能有利于抑制牙周炎、根尖周炎的疾病进程；Sema3A通过减少血管形成和免疫调控作用抑制肿瘤发展等。然而，Sema3A在口腔疾病领域的研究还有很大拓展空间。Sema3A被证实在心肌炎、免疫性关节炎、支气管肺炎、败血症等疾病的免疫反应中充当重要的调节剂，但对口腔免疫异常性疾病的直接影响却少见研究。Sema3A的骨稳态调节作用对于修复颌面部骨缺损和促进牙槽骨再生意义重大，值得投入更多的基础及临床研究。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。