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Th17细胞在牙周炎中的发生发展密切相关

作者:    时间:2019-08-07    浏览次数:0

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牙周炎是以损伤牙周支持组织为特点的临床常见的口腔三大疾病之一,表现为牙龈炎症、牙周附着丧失和牙骨质及牙槽骨的吸收破坏。虽然菌斑微生物是牙周炎发生的始动因素,但研究发现牙周组织的损伤破坏主要是由宿主对侵入的菌斑微生物的免疫炎症反应所致,其中CD4+T细胞与牙周炎的发生发展密切相关。




近年来越来越多的研究发现CD4+T细胞中的辅助性T17细胞(T helper cells,Th17)参与牙周组织的炎症反应和组织损伤,这也为从免疫角度去思考牙周炎的发病机制提供了新线索。因此,本文就Th17细胞在牙周炎中的作用研究作一综述。




1.Th17细胞




CD4+T细胞又称为Th细胞,根据其分泌的细胞因子及生物学功能,分为Th1、Th2细胞以及调节性T细胞(regulation T cell,Treg)3个细胞亚群。Th1细胞分泌干扰素(interferon,IFN)-γ、白细胞介素(interleukin,IL)-1等细胞因子,在诱发自身免疫性疾病中发挥重要作用。Th2细胞通过分泌IL-4、IL-5等细胞因子参与机体的体液免疫应答。Treg细胞则在维护机体免疫平衡中发挥重要作用。




2005年,Dong等和Casey等实验室发现了一类不表达IFN-γ或IL-4却高水平分泌IL-17的CD4+T细胞亚群,其不同于Th1、Th2和Treg细胞,因此被命名为Th17细胞。Th17细胞主要分泌IL-17A、IL-17F、IL-22等细胞因子,表达特征性的转录因子维甲酸相关孤核受体(retinoid acid-related orphan receptor,ROR)γt和RORα,具有炎性效应,在自身免疫性疾病、肿瘤以及感染性疾病中发挥重要作用。




2.Th17细胞的分化和增殖




随着对Th17细胞的深入研究,Th17细胞的分化成为研究的热点。体外研究发现,IL-4和IFN-γ抑制初始T细胞分化为Th17细胞。IL-6作为一种炎性细胞因子,有着特定的识别受体如TLR,当局部组织有炎症时会出现IL-6的高表达。TGF-β作为一种抗炎性细胞因子,通过上调叉头翼螺旋转录分子(fork head box protein 3,Foxp3)表达,诱导调节性T细胞的分化,从而抑制自身免疫性疾病和组织损伤。




Korn等发现,IL-6缺乏小鼠不能产生Th17细胞介导的免疫应答,表明IL-6是Th17细胞分化的重要因子。体外研究发现IL-6不能单独诱导初始T细胞分化为Th17细胞,而在含有IL-4和IFN-γ中和抗体的体系下或与TGF-β联合,IL-6诱导初始T细胞分化为Th17细胞,其中TGF-β抑制T细胞生成IL-4和IFN-γ,表明TGF-β通过抑制Th1和Th2的生成进而协同IL-6诱导Th17的分化。




此外,在IL-6缺乏小鼠中清除Treg细胞能够产生Th17细胞,提示体内存在IL-6通路之外的Th17细胞分化路径。有研究发现作为IL-2家族成员的IL-21与TGF-β联合可以诱导初始IL-6-/-T细胞分化为Th17细胞,并且Th17细胞可以产生IL-21以自分泌方式促进Th17细胞分化,表明IL-21可以不依赖IL-6参与Th17细胞的分化。




在IFN-γ和IL-4不存在的情况下,IL-23作为IL-12分子家族成员能够不依赖信号转导和转录激活因子(the signal transducuer and activator of transcription,STAT)1,转录因子T-bet(T box expressed in T cells,T-bet),STAT4和STAT6诱导具有IL-23R的活化和记忆性T细胞分化为Th17细胞,但不能诱导初始T细胞分化为Th17细胞。Imamura等采用抗IL-23R单克隆抗体阻断IL-23信号通路明显抑制Th17细胞介导的免疫应答。TGF-β和IL-6所诱导产生的Th17细胞不能产生促炎性细胞因子IL-17和促炎性趋化因子CCL5、CXCL10、CCL2、CXCL2和CCL22,并且高表达的IL-10具有抗炎效应。




当加入IL-23细胞因子后,IL-17和趋化因子CCL5、CXCL10、CCL2、CXCL2和CCL22表达增加,具有致炎效应。表明IL-23介导Th17细胞的增殖活动和致病性效应。这些研究提示多种细胞因子构成了一个复杂的细胞因子调节网络调控Th17细胞的分化、增殖,从而使其具有生物学活性,发挥其致病性作用。




3.Th17细胞在牙周组织炎症反应中的作用




牙周微生物侵入牙周组织后,牙周组织中的树突状细胞、单核细胞、巨噬细胞和朗格汉斯细胞等发挥抗原提呈细胞功能识别并处理加工后运送到区域淋巴结,引发抗原特异性T细胞的活化增殖,在牙周局部趋化因子的作用下活化增殖的CD4+T细胞迁移到牙周组织中,这些抗原提呈细胞活化时产生大量的炎性细胞因子如IL-1β、IL-6和TNF-α,连同牙周组织局部分泌的其他细胞因子如TGF-β、IL-21和IL-23等联合诱导Th17细胞的分化、增殖及致病效应的发挥。




Th17细胞产生的细胞因子IL-17通过NF-κB、MAPKs、C/EBPs信号通路,诱导巨噬细胞、成纤维细胞、上皮细胞分泌TNF-α、IL-1β、IL-6等促炎性细胞因子,表达IL-8/CXCL8、CXCL1、CCL20等促炎性趋化因子,增强中性粒细胞蛋白酶、过氧化物酶、基质金属蛋白酶等蛋白水解酶的活性。IL-17还可以通过IL-6促进Th17细胞的分化,对牙周组织局部的炎症反应产生放大的效应,加重牙周组织的炎症程度和组织损伤。




研究发现在牙周炎小鼠的病损牙龈组织中存在CD4+RORγτ+Th17细胞,并且Th17细胞在CD4+T细胞中的细胞比例、细胞数量和相关细胞因子IL-17的表达明显高于健康牙龈组织。Mitani等发现慢性牙周炎患者龈沟液IL-17蛋白含量显著增多,病变牙龈组织中IL-17mRNA水平增高,并与临床附着丧失呈正相关。




Chen等采用流式分析、免疫组织化学和qRT-PCR的方法发现与牙周健康者相比,慢性牙周炎患者的外周血中CD3+CD4+IL-17+Th17细胞比例明显增多,牙龈组织中Th17细胞相关因子IL-17及转录因子RORγτ的表达明显增高。有研究比较牙周炎患者在牙周治疗前后Th17相关细胞因子的表达情况,发现在牙周治疗后Th17细胞明显减少,其相应的细胞因子IL-17及转录因子RORC显著降低。以上研究结果表明在牙周炎中存在Th17细胞,并且Th17细胞通过其促炎性效应加速牙周组织的炎症反应。




4.Th17细胞在牙槽骨破坏中的作用




牙槽骨吸收是牙周炎最具特征性的表现。核因子-κ&受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)是重要的骨吸收因子,通过与破骨细胞前体细胞和破骨细胞表面的RANK结合,促进促进破骨细胞及其前体细胞分化、成熟和活化,导致骨吸收的发生。研究发现牙周炎患者的活动性病损牙周组织中RANKLmRNA水平增高,并且与牙周骨吸收程度呈正相关。Kuritani等采用抗体中和的方法阻断RANKL能抑制牙周炎小鼠的骨吸收,提示RANKL在牙周炎的骨吸收过程中发挥重要作用。研究发现Th17细胞一方面可以表达骨吸收因子RANKL,直接作用于破骨细胞和破骨前体细胞,参与骨的吸收活动。




另一方面,Th17细胞通过抑制TGF-β和IL-10的产生,或通过分泌的IL-17增强成骨细胞和破骨细胞对甲状旁腺素的敏感性,上调成骨细胞和破骨细胞RANKL的表达,间接参与骨吸收。有研究采用实时定量RT-PCR和免疫组织化学方法发现慢性牙周炎患者的病损牙槽骨中IL-17和RANKL的蛋白表达和mRNA水平均明显增高。Dutzan等发现在慢性牙周炎患者的牙龈组织中,与非活动性的病损牙龈组织相比,活动性的病损牙龈组织中Th17细胞相关的细胞因子IL-17和转录因子RORC2mRNA表达显著增高,并且IL-17、RORC2与RANKL的mRNA表达呈正相关。以上研究结果表明,Th17细胞通过直接和间接途径在牙周炎的骨吸收中发挥重要的作用。




5.免疫调节对Th17细胞在牙周炎中作用的影响




Treg细胞是体内天然存在的具有独特调节功能的CD4+T细胞亚群,特异性地表达Foxp3,通过表面分子细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白-4(cytotoxic T lymphocyte antigen-4,CTLA-4)和糖皮质激素诱导肿瘤坏死因子受体(glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor,GITR)细胞间直接接触或分泌抗炎性细胞因子IL-10、TGF-β等方式,抑制体内包括Th17细胞在内的多种免疫细胞的活化和增殖,削弱炎症效应,维持免疫系统的稳定。




动物实验发现在牙周炎小鼠的病损牙龈组织中Treg细胞比例降低,相关细胞因子IL-10、TGF-β表达增高,表明在牙周炎中Treg介导的免疫应答减弱。敲除Treg细胞趋化因子CCR4能显著增加牙周炎小鼠的骨吸收程度,过继回输CCR4后,牙槽骨吸收显著降低,表明Treg细胞在减轻牙周组织炎症反应和组织破坏中发挥重要的作用。




研究发现功能相对的Treg细胞和Th17细胞在外周组织存在相互竞争的关系,外周Treg的产生依赖于细胞因子TGF-β存在,然而,在IL-6的存在下,TGF-β和IL-6协同作用却诱导Th17细胞的产生。动物实验进一步证实,部分Treg亚群能够共表达Foxp3和RORγτ转录因子,在微环境作用下,诱导其转变成Foxp3+IL-17+T细胞,分泌IL-17。这些实验结果提示,体内Th17细胞与Treg细胞存在相互制衡的动态平衡,调控机体的炎症反应程度。Th17细胞分化、增殖和发挥效应的过程中所需的细胞因子如IL-21、IL-23、IL-6和TGF-β等在牙周微环境中发生变化或其他细胞因子如IL-10、IL-4和IFN-γ等表达增多会影响Th17细胞对牙周组织的作用。




骨保护素(osteoprotegerin,OPG)可由如成骨细胞、成纤维细胞、树突细胞等多种细胞合成并分泌到细胞外,通过竞争性结合RANKL或与RANKL和RANK结合形成三聚体的形式干扰RANKL-RANK通路从而抑制RANKL介导的骨吸收。动物实验发现在OPG缺乏小鼠表现出明显的牙槽骨吸收,给予RANKL结合肽与RANKL结合后能抑制RANKL介导的牙槽骨破坏,提示OPG可通过与Th17细胞表面的RANKL结合降低Th17细胞对牙槽骨的破坏。上述研究结果表明在牙周微环境中,Th17细胞对牙周组织造成的炎症反应和组织损伤会受到如Treg细胞、抗炎性细胞因子以及OPG等多种因素的影响。




6.总结与展望




综上所述,Th17细胞存在于牙周炎的病变牙周组织中,并对牙周组织的炎症反应和组织破坏发挥重要的作用。研究Th17细胞在牙周炎中的作用机制,使通过免疫调控Th17细胞来治疗牙周炎成为一种可能的新策略,既丰富了口腔免疫学的理论知识,又为牙周炎的防治提供新的理论基础和防治原则。

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