肌成纤维细胞在糖尿病牙周炎牙周伤口愈合中作用的研究进展
2023-03-06陶朝宇赵月萍
陶朝宇，赵月萍
肌成纤维细胞在糖尿病牙周炎牙周伤口愈合中作用的研究进展
陶朝宇1,2，赵月萍1,2
1.暨南大学口腔医学院，广东广州 510000；2.暨南大学附属第一医院口腔科，广东广州 510630
牙周炎导致牙周支持组织丧失，是成年人牙齿丧失的重要原因，严重影响人们的生活质量。目前临床多通过牙周手术再生牙周组织或凭借种植手术恢复缺失牙，与单纯牙周炎相比，糖尿病牙周炎由于其高炎症及高血糖环境，常出现牙周手术和种植手术术后患者伤口愈合延迟。肌成纤维细胞作为伤口愈合的关键细胞，通过产生细胞外基质和介导物理收缩参与伤口愈合。本文主要对肌成纤维细胞在糖尿病牙周炎的牙周伤口愈合过程中的作用进行综述。
肌成纤维细胞；糖尿病；牙周炎；牙周伤口愈合；糖基化终末产物
伤口愈合是一个复杂的过程，包括凝血、炎症、增殖及伤口周围组织的重塑四个阶段。在第一阶段，组织受到损伤时通过血小板的聚集、血管的收缩等使血液凝集。随后，局部的炎症环境促进炎症细胞等浸润，并刺激巨噬细胞分化，将细胞内的细菌和组织碎片吞噬分解，防止病原微生物在体内扩散。与此同时，炎症环境促进成纤维细胞分化为肌成纤维细胞[1]，也意味着进入增殖阶段。此时，伤口内由血小板、纤维蛋白及纤连蛋白组成临时细胞外基质（extracellular matrix，ECM）并向上皮迁移，新的血管及胶原合成为最后伤口的重塑提供基础。最后重塑阶段，临时ECM逐渐降解，并被由胶原蛋白、纤连蛋白及蛋白聚糖组成的新的ECM取代[2]。
皮肤与牙龈由于其具有相似的结构——角化上皮和下方的结缔组织，在受到损伤时，其伤口愈合模式具有一定相似性[3]；但与皮肤相比，口腔环境中存在丰富的菌群、富含生长因子及细胞因子的唾液及牙龈成纤维细胞等，因此牙周软组织伤口愈合更快[4]。
1 牙周炎与牙周伤口愈合
牙周炎由龈下生态失调的微生物群落与机体免疫之间的复杂相互作用引起。临床证据表明，嗜中性粒细胞是炎症组织破坏的主要细胞，它们的数量与牙周炎的严重程度呈正相关[5]。由于持续的炎症刺激，慢性牙周炎患者口腔组织中的中性粒细胞比健康人口腔组织中的中性粒细胞寿命更长[6]。同时，龈下失调的微生物群直接或间接通过补体激活产物5激活中性粒细胞。中性粒细胞不仅与适应性免疫细胞（如B细胞、浆细胞和Th17细胞）相互作用，还可产生促炎细胞因子，后者通过减少基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）组织抑制剂的含量，增加MMP水平。这种不平衡增加ECM的降解，损害细胞迁移，并抑制成纤维细胞增殖和胶原蛋白合成[7]。而ECM的分解产物进一步促进炎症，形成恶性循环[8]。通过种植术治疗牙周炎相关的牙列缺损时，常因口腔卫生不佳、吸烟及老龄等因素加剧种植术后软组织愈合延迟，临床上多表现为牙周炎患者的种植疗效不理想[9]。牙周炎的特殊口腔环境可能是延误种植术后软组织愈合进程的一个重要因素。
2 糖尿病与伤口愈合
糖尿病伤口愈合可能与氧化应激、晚期糖基化终末产物（advanced glycation end product，AGE）及细胞免疫有关。高糖暴露通过影响低氧诱导因子-1α快速羟基化和翻译后的降解来干扰其稳定性。这种变化导致糖尿病创面在软组织缺血时无法上调血管内皮生长因子，导致血管生成和创面愈合受损。Chen等[10]也通过动物实验证明改善缺氧环境有利于糖尿病小鼠皮肤伤口的愈合。活性氧（active oxygen，ROS）是伤口愈合阶段的关键调节剂，低水平的ROS有利于伤口愈合[11]。然而在慢性高血糖环境下，ROS的产生及持续存在会严重抑制各种组织中的抗氧化酶和非酶抗氧化剂，进一步加剧氧化应激，导致氧化-还原失衡，这是导致糖尿病伤口无法愈合的主要原因[12]。Kido等[13]通过动物实验证明高糖诱导的氧化应激可引起成纤维细胞增殖和迁移受损，以损害大鼠腭侧牙龈伤口愈合过程。
高血糖通过美拉德反应诱导蛋白质糖基化，导致AGE产生。目前已有动物实验证明AGE的形成及其与晚期糖基化终末产物受体（advanced glycation end product receptor，RAGE）的相互作用也与糖尿病伤口愈合受损有关[14]。AGE与RAGE结合，增加促炎细胞因子如白细胞介素（interleukins，IL）-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表达，增强某些细胞的氧化应激活性，并交联胶原蛋白和纤维连接蛋白等ECM蛋白，在ECM上积累并削弱ECM的结构[15]。
糖尿病伤口还涉及几种失调的细胞功能，如T细胞免疫缺陷、白细胞趋化性、吞噬作用和杀菌能力缺陷及成纤维细胞和表皮细胞的功能障碍。这些缺陷是导致糖尿病患者细菌清除不足、修复延迟或受损的原因[16]。研究表明，似乎存在相似的机制导致糖尿病皮肤伤口与牙周伤口的愈合延迟。
此外，牙周炎与糖尿病一直是互相影响的关系，牙周炎会导致相关细胞胰岛素抵抗，从而恶化血糖控制，对糖尿病产生负面影响[17]。另外，咀嚼可导致牙周炎患者牙周病原体及其代谢产物的全身传播[18]，引起内毒素血症或菌血症，升高糖尿病相关炎症介质如IL-6、纤维蛋白原和C反应蛋白的血清水平。糖尿病患者的免疫细胞功能改变，与非糖尿病患者相比，糖尿病患者牙周组织中的AGE水平升高，导致促炎细胞因子的产生增加，加剧牙周组织的破坏并减少牙周病原体的消除[19]。基于此，可推测糖尿病在一定程度上参与延迟牙周伤口愈合的进程。
3 肌成纤维细胞与伤口愈合
肌成纤维细胞最初被Gabbiani等[20]发现，因具有收缩能力被命名为“肌成纤维样细胞”，过去的研究表明肌成纤维细胞在创面的修复及器官的纤维化中发挥着重要作用。肌成纤维细胞内含具有收缩特性的α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）、非肌球蛋白和波形蛋白，同时能够分泌ECM，包括纤维连接蛋白和纤维性胶原，被称为伤口愈合中的关键细胞。它在健康、成熟的结缔组织中少见，多见于受损的组织，往往由其他细胞活化而来，如成纤维细胞、周细胞、平滑肌细胞、脂肪组织细胞、间充质干细胞[21]。目前已发现影响肌成纤维细胞活化及功能的因素很多，其中包括微RNA、生长因子、细胞因子、ECM、ECM调节蛋白、膜结合蛋白等[22]。
在牙周伤口愈合过程中，肌成纤维细胞参与新生组织的形成和重塑这两个阶段。在新生组织形成阶段，肌成纤维细胞分泌胶原蛋白、纤连蛋白等，参与临时ECM的形成，从而封闭伤口，防止微生物在更深处的结缔组织处定植[23]。同时，胶原纤维的再生将覆盖于牙根的牙骨质与牙龈和牙槽骨连接起来，在牙周结缔组织结构和功能的恢复中发挥关键作用[24]。在组织重塑阶段，肌成纤维细胞表达α-SMA，增强ECM的收缩和重塑。随着时间的推移，伤口处组织硬度增加，进一步增强肌成纤维细胞活化，促进非炎症性伤口的愈合[25]。但过大的基质硬度也可能导致过度纤维化，形成瘢痕。
肌成纤维细胞在皮肤伤口与牙周伤口愈合中的表现不全相同。与皮肤相比，口腔上皮细胞中的转化生长因子-β1（transforming growth factor，TGF-β1)表达较低，导致肌成纤维细胞活化减少，α-SMA表达下调。此外，在三维培养下，牙龈成纤维细胞中与ECM重塑相关的基因表达量更高[3]，这或许可解释牙周伤口与皮肤伤口相比，愈合瘢痕较小且愈合速度更快。
与其他部位相比，牙周伤口中炎症性伤口更多见，且伤口愈合缓慢。伤口愈合的各个阶段有时会相互影响[23]。与非炎症性伤口相比，炎症性伤口的炎症阶段似乎持续时间更长，伤口处浸润的炎症细胞、炎症细胞因子也更多，直接影响肌成纤维细胞的分化[26]。另外，炎症还可通过抑制肌成纤维细胞的活化因素间接影响伤口愈合。
4 肌成纤维细胞在糖尿病牙周炎牙周伤口愈合中的作用
肌成纤维细胞在伤口愈合中发挥着重要的作用，而糖尿病会改变伤口愈合反应，鉴于牙周炎与糖尿病的相互作用，目前学者多聚焦于糖尿病牙周炎是否通过肌成纤维细胞的参与影响伤口愈合。
Retamal等[27]通过动物实验揭示糖尿病大鼠牙周伤口愈合过程中肌成纤维细胞参与的显著变化，即在增殖阶段开始时延迟它们的募集，且肌成纤维细胞在稍后的时间点仍然存在。Tobalem等[28]通过大鼠实验发现高血糖会导致伤口收缩减少和愈合延迟，这可能与肌成纤维细胞的形成受到抑制有关。肌成纤维细胞募集或分化是由组织中的活性TGF-β1及在愈合过程中逐渐僵硬的组织所驱动的[29]。TGF-β1刺激多种细胞内通路，包括Smad信号蛋白和c-Jun正端蛋白激酶，这两种信号通路都可能有助于牙龈肌成纤维细胞的分化[30]。此前，已有研究表明糖尿病口腔伤口中TNF增加，而TNF等炎症细胞因子可能与TGF-β1相互作用，并可能抑制牙龈肌成纤维细胞的分化[31]。TGF-β1是角质形成细胞迁移的有效诱导剂，在正常情况下，叉头框转录因子O1（forkhead box O1，FOXO1）与TGF-β1结合启动子并上调其表达，但FOXO1的这种能力在糖尿病条件下降低[32]。不仅如此，高葡萄糖还刺激FOXO1向趋化因子配体和IL-36γ启动子的募集增加，它们可干扰角质形成细胞的迁移，显著阻碍黏膜伤口的愈合[33]。
糖尿病牙周炎还能通过抑制成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，从而影响伤口愈合。Shephard等[34]提出在伤口愈合早期炎症阶段，成纤维细胞表型占主导地位，当伤口环境中促炎作用减弱时，表皮-真皮细胞相互作用，调节角质形成细胞增殖速率，驱动伤口愈合反应，成纤维细胞被α-SMA、ECM分子和基质修饰酶诱导分化为肌成纤维细胞。角质形成细胞的诱导机制需要内源性TGF-β激活，且可被角质形成细胞衍生的或外源性的IL-1拮抗[34]。而角质形成细胞生长因子信号通路可能在糖尿病中发生改变[35]。
在牙龈炎症时，牙龈组织和龈沟液中γ干扰素（interferon-gamma，IFN-γ）转录和翻译的表达升高，同时与晚期牙周病和病变进展有密切关系[36]。研究表明IFN-γ对肌成纤维细胞的分化及特征蛋白的表达有抑制作用[37]，基于此，可以猜想IFN-γ或许是牙周炎伤口愈合的影响因素之一。有趣的是，在Santos等[38]的实验中观察到，与血糖控制不佳的慢性牙周炎兼2型糖尿病患者相比，控制良好的受试者的IFN-γ水平升高，这可能与2型糖尿病患者慢性牙周炎部位的促炎性辅助性T细胞（helper T cell，Th）1或Th17细胞因子占优势有关[38]。
5 总结与展望
肌成纤维细胞在伤口愈合中意义重大，其产生胶原纤维、纤连蛋白等ECM成分，介导物理收缩，促进伤口愈合。然而，在高糖、低氧、氧化应激的微环境中，因炎症因子的存在，肌成纤维细胞募集或分化受到一定抑制，这可能是糖尿病牙周炎伤口愈合延迟的影响因素之一。提示可通过促进正向影响因素或抑制负向影响因素来加快糖尿病牙周炎的牙周伤口愈合，并将其运用于临床治疗。
在材料学领域中，已有学者构建了一种新型负载超氧化物歧化酶（superoxide dismutase ，SOD）的抗氧化水凝胶，该水凝胶在糖尿病伤口愈合中表现出高活性的SOD持续释放[39]，通过加速上皮再形成和增加胶原沉积来促进糖尿病伤口的愈合。但未有研究将这种负载抗氧化剂的水凝胶运用于口腔伤口。另外，肌成纤维细胞还受ECM刚度的影响。暴露于高应力或ECM硬化的伤口中肌成纤维细胞前体激活增多且应力纤维形成增加，使伤口处收缩性增强并加速细胞迁移至损伤部位，提示改变伤口周围的基质硬度或许有助于伤口愈合[40]。在口腔3D材料日益发展的现在，这或许是一个新方向。
目前来说，肌成纤维细胞在糖尿病牙周炎伤口愈合的研究仍然有限，还需要进一步深入研究阐明相关的机制，为促进糖尿病牙周炎伤口愈合找到新的着力点。
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R781.42
A
10.3969/j.issn.1673-9701.2023.01.027
广东省自然科学基金项目（2114050001679）
赵月萍，电子信箱：2466774225@qq.com
（2022–06–21）
（2022–12–08）
