腫瘤壞死因子-α 在慢性牙周炎中的研究進展*

劉 晨 畢良佳

慢性牙周炎作為一種常見的口腔類疾病，具有病程長、進展緩慢、發病率高等特點，是導致成人尤其是老年人牙齒拔除或脫落的主要原因之一。慢性牙周炎主要由革蘭氏陰性細菌感染引起，這些細菌與宿主免疫系統之間復雜的相互作用可能誘發炎癥，導致支持牙齒的膠原結構喪失。許多炎癥介質，如白細胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)、白細胞介素-8(interleukin-8，IL-8)、TNF-α、PG 和基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)等都會參與到牙周病的發生與發展過程中[1]，并可能影響白細胞、成骨細胞和破骨細胞的活性，促進全身和局部組織的重塑。膠原蛋白溶解酶(包括MMPs)由多種炎癥細胞因子介導，如IL-1、IL-6、IL-8 和TNF-α[2]，其中TNF-α 作為慢性牙周炎的主要介質之一，被認為是參與牙周病發病的主要細胞因子，能夠影響組織破壞的后果和牙周炎的嚴重程度。因此，明確TNF-α 在慢性牙周炎發展過程中的變化及其對牙周組織的影響，對于判斷慢性牙周炎的發生發展，輔助臨床診斷、治療具有重要意義。

1.TNF-α

TNF-α 大多由單核細胞和巨噬細胞響應口腔細菌成分(如LPS)而產生，由233 個氨基酸長的II型跨膜蛋白構成，穩定排列于同源三聚體中[3]。從這種膜整合形式中，可溶性同源三聚體細胞因子(sTNF)通過金屬蛋白酶TNF-α 轉化酶(tumor necrosisfactor-α conveting enzyme，TACE，也稱為adisintegrin and metalloproteinase 17,ADAM17)的蛋白水解切割釋放[4]。除此之外，在牙周組織中，成纖維細胞也是它的來源細胞。TNF-α 是一種有效參與全身炎癥的細胞信號蛋白，具有廣泛的生物學效應，是構成急性期反應的細胞因子之一。

在慢性牙周炎中，牙菌斑及其毒性產物引發并驅動了初期炎癥反應，同時激活了宿主的防御細胞，產生并釋放了多種細胞因子，TNF-α 作為其中一種主要的內源因子即炎癥介質，在免疫反應中起到重要的調節作用。在慢性牙周炎的發生發展過程中，起初，TNF-α 作為啟動抗菌炎癥反應的關鍵細胞因子，可引起白細胞在炎癥部位的聚集，激活炎性白細胞去殺滅細菌微生物，起到抗細菌感染的作用；但是隨著炎性刺激的不斷產生，TNF-α大量分泌，它通過刺激促炎因子如IL-1、IL-6 的產生及抑制抗炎因子如IL-10(interleukin-10，IL-10)[5]的分泌，引起細胞粘附分子和趨化因子的表達等來進一步加重炎癥反應，并且在介導炎癥反應的同時，還能夠上調膠原酶、PGE2的分泌，促進骨吸收相關因子的產生[3]，在牙周組織的改建過程中發揮著重要作用。

2.與慢性牙周炎相關的TNF-α 水平變化

在慢性牙周炎患者發生炎癥的牙齦組織中以及齦溝液中能夠檢測到大量的TNF-α，其水平相較于正常組織明顯升高。

牙齦組織由上皮和結締組織構成，屬于口腔咀嚼黏膜。當牙齦與牙齒的結合部位出現大量的菌斑等刺激物時，其中某些抗原性物質可通過齦溝內上皮和結合上皮滲入到牙齦結締組織中，引發宿主的免疫反應和炎癥反應。慢性牙周炎發生時，Duarte等[6]通過檢測發現，牙齦組織中的TNF-α 水平顯著增高，這個結果與Górska 等[7]的研究結果相一致，他們的實驗評價了慢性牙周炎患者牙齦組織和血清中細胞因子的蛋白水平，并且觀察到牙周部位的細胞因子水平普遍較高；另外，在成人有炎癥病變牙齦中，TNF-α 的mRNA 的表達強度也明顯高于正常齦組織[8]。

齦溝液(gingival crevicular fluid,GCF)是指牙齦結締組織因滲透梯度產生并滲出到齦溝內的液體。在諸如慢性牙周炎等炎性感染條件下，GCF 會大量滲出并且其中包含炎性細胞、細菌、組織分解產物、抗體、補體系統蛋白和酶以及包括TNF-α在內的多種炎性分子[9]。大量實驗證實，慢性牙周炎患者病變牙齦周圍的GCF 中，TNF-α 濃度明顯增加，這與病變牙齦組織中TNF-α 蛋白水平增加的結論是一致的，即在牙周炎癥反應過程中，牙周組織中受抗原刺激的細胞分泌TNF-α 等炎性細胞因子參與炎癥反應，并分布于組織中或隨著組織滲出物分布于炎癥組織周圍參與宿主的免疫反應。

但是在關于慢性牙周炎患者外周血中TNF-α含量變化的研究上，目前尚存在爭議。一般而言，血清與牙齦組織和GCF 相比，含有的細胞因子水平較低。有研究者表示，在以往的研究中沒有發現血清和牙周組織中TNF-α 蛋白水平之間的相關性，Górska 等[7]的研究也表示牙周炎患者中炎性細胞因子(包括TNF-α)并非系統性增加，但Iacopino等[10]卻在研究時發現牙周炎癥發生時，TNF-α 含量的增加不僅表現在局部的牙周組織和齦溝液中，還可能表現在患者的外周血中，且隨著疾病的炎癥程度的增加而增加。實驗表明，在排除吸煙對血清中TNF-α 含量造成影響的前提下，慢性牙周炎患者血清中TNF-α 的濃度水平明顯高于正常組，且經過牙周基礎治療或手術治療后，在患者牙周臨床癥狀有所減輕時，測得血清中的TNF-α 濃度相較于之前有明顯降低[11]。而血清中TNF-α 的含量與心血管疾病的發生密切相關，大量的研究顯示慢性牙周炎能誘發和加重心血管疾病[12]，但二者之間關聯的模式及密切程度尚不完全清楚。這也間接成為了支持牙周炎患者外周血中TNF-α 系統性增加的證據。

3.TNF-α 對牙周組織的主要影響

TNF-α 產生于機體對細菌及細菌產物的反應過程中[13]，對先天性和適應性免疫系統中的一系列細胞具有免疫調節作用，而且作為重要的炎癥因子，能夠促進炎癥反應的發生，導致牙周組織的破壞，并同時抑制其修復，如表1 所示。細胞去殺滅細菌微生物，充分發揮其免疫調節作用以抵御侵襲。當宿主防御功能足夠強大并得到了適當的治療時，牙周組織病變停止或修復，慢性牙周炎在發病初期即能得到良好的控制。

3.2 軟組織破壞 最初確診慢性牙周炎的最重要的臨床特征即為牙周袋的產生，這也是慢性牙周炎最重要的病理改變之一。牙周袋的產生意味著牙齦結締組織中膠原纖維和基質的溶解破壞。

在活動性牙周炎期間，牙齦連接組織(主要是膠原蛋白)的降解主要是由于炎性細胞和駐留細胞如成纖維細胞和上皮細胞或內皮細胞原位表達MMPs 增加所致。MMPs 是一個金屬依賴性細胞外蛋白酶的大家族，負責細胞外基質的組織重塑和降解，包括膠原蛋白、彈性蛋白、明膠、基質糖蛋白和蛋白多糖。在慢性牙周炎患者的齦溝液、牙齦組織中可檢測到MMPs 水平有顯著升高[14]。Wang[15]、Ohta[16]、Ozg?ren[17]等人的實驗研究均能夠證明TNF-α 可以誘導MMPs 的產生，即炎癥發生時，炎性細胞因子TNF-α 能夠上調MMPs的表達，加速組織破壞。

TNF-α 還可誘導VEGF 的產生。在慢性牙周炎患者組中所提取的齦溝液中，TNF-α 和VEGF的含量都是顯著高于單純齦炎組及健康人群組[18]。VEGF 是發炎組織(包括牙齦)內血管系統增殖的重要因子[19]。VEGF 在Th1 介導的炎癥期間被誘導

表1 TNF-α 在慢性牙周炎中的主要功能

3.1 免疫調節 當菌斑微生物及其代謝產物對牙周組織產生刺激時，可引發機體的免疫反應。在反應初期，局部較低濃度的TNF-α 能夠協同刺激抗原提呈細胞和T 細胞的活化，促進B 細胞增殖和分泌抗體，參與招募白細胞到炎癥組織并激活白并且增加血管大小、數量和表面積，它可以通過增強抗原致敏作用將炎癥部位的先天免疫和適應性免疫聯系起來，導致Th2 型細胞因子的產生和慢性炎癥的形成，因此它可能是牙齦炎癥嚴重程度的關鍵因素。Oyama 等[20]證實了TNF-α 可誘導人類牙周韌帶細胞中的VEGF 表達，尤其是患有牙周炎的牙齦組織，通常伴有腫脹、水腫、滲出和重度新生血管形成，TNF-α 作為一種有效的VEGF 誘導劑，通過VEGF 促進異常血管的產生和其增加血管通透性的能力，進而助于炎癥的增加和擴展，這可能會加重牙周病損傷。

3.3 骨吸收 牙槽骨吸收是慢性牙周炎特征性的臨床癥狀之一。慢性牙周炎發生時，牙周組織中的巨噬細胞、成纖維細胞等受抗原刺激產生大量TNF-α，激活破骨細胞，導致牙槽骨出現吸收，長期的牙周抗原刺激使牙槽骨出現持續性吸收，最終難以為患牙提供足夠的支持力，導致牙齒松動、脫落。

據報道TNF-α 可在體外誘導骨髓巨噬細胞形成破骨細胞[21]。破骨細胞是由單核細胞/巨噬細胞譜系的前體細胞融合形成的多核巨細胞，是體內骨吸收的唯一原因，其分化受核因子κB 受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κB ligand,RANKL)和核因子κB 受體活化因子(receptor activator for nuclear factor-κB,RANK)調 節，TNF-α 通過激活PI3K/Akt 信號傳導協同促進RANKL 誘導的破骨細胞形成[22]，另有數據表明[23]，當RANKL 水平沒有升高時，TNF-α 也可直接作用于破骨細胞前體以加強RANKL 誘導的破骨細胞生成。

PG 是一種在環氧化酶(cyclooxygenase，COX)作用下產生的花生四烯酸的代謝產物，同樣與慢性牙周炎中的骨喪失密切相關，TNF-α 可誘導COX穩態蛋白的產生，進而增加PGE2的分泌[24]。因此，TNF-α 與PGE2的生物合成有十分重要的聯系。在牙周組織中，PGE2主要是由巨噬細胞和成纖維細胞產生，它可通過刺激骨母細胞、基質細胞或直接刺激破骨細胞祖細胞(前體破骨細胞)來影響炎癥誘導的破骨細胞生成[25]，刺激炎癥因子增加，進而加速慢性牙周炎的骨吸收。

另外，TNF-α 可產生SAA，SAA 是各種全身性疾病中研究最多的生物標志物之一，主要響應于炎癥或感染的釋放。Ardila 和Guzmán[26]的報告顯示，慢性牙周炎患者中的SAA 水平明顯高于未患有牙周炎的人群。慢性牙周炎與類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)是具有相似病理特征的慢性炎性病癥[27]，SAA 可在RA 的促炎過程中發揮重要的致病作用，致使患者出現軟骨及骨組織的破壞，其在慢性牙周炎的骨吸收過程中同樣發揮作用。近年來，在對克羅恩病的研究中，TNF-α 的高表達，也直接證明了TNF-α 與破骨細胞的關系及對骨吸收的影響[28]。

3.4 抑制牙周組織修復 在患有慢性牙周炎的個體中，牙周組織的修復與破壞是同時存在的，當牙周炎處于活動進展期時，即使是很嚴重的病變，牙周也同樣存在愈合的跡象，但是愈合重建的過程會受到各種炎癥因子不同程度的抑制，導致牙周組織整體表現為破壞大于愈合，疾病呈現進展的狀態。

TNF-α 除了本身可以介導炎癥反應，誘導破骨細胞參與骨吸收之外，還可以通過降低牙周膜纖維細胞堿性磷酸酶的活性來抑制牙周膜細胞向成骨細胞的功能轉化，抑制骨形成。另外，TNF-α 可通過促進runt 相關轉錄因子2(runt-related transcription factor 2,RUNX2)mRNA 的降解，作用于成骨細胞以抑制RUNX2 的轉錄，而RUNX2 是成骨細胞分化的主要轉錄因子。TNF-α 還可抑制絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)介導的osterix(與成骨細胞分化和骨形成有關的轉錄因子)表達和啟動子活性，增加Fas(與細胞凋亡有關的膜表面分子)表達，并誘導細胞凋亡[21]。

牙周炎中TNF-α 的高表達會對人牙周膜細胞和牙齦細胞的增殖活性及細胞周期蛋白的表達產生不定程度的抑制。膠原纖維是構成牙周結締組織的主要成分，它能夠經由成纖維細胞分泌的膠原蛋白分子相互結合形成，而TNF-α 通過調節成纖維細胞的合成代謝，抑制膠原和纖維連接蛋白的產生，使得炎癥狀態下的牙周組織的整個修復過程受到阻礙，進而使得牙周炎癥狀不斷加重。

4.TNF-α 的臨床意義

臨床研究顯示，慢性牙周炎組患者齦溝液內的TNF-α 水平明顯高于單純齦炎組及健康對照組，且經過手術或非手術手段治療后，慢性牙周炎的臨床癥狀及指征明顯好轉，同時TNF-α 的水平也有明顯下降[29]。盡管在GCF 中TNF-α 水平與不同類型的牙周炎之間沒有相關性[30]，但其分子水平與牙周破壞的嚴重程度卻密切相關，因此可用于比較不同階段的牙周炎。但是當TNF-α 用于監測治療后的牙周愈合時，臨床記錄的改善卻是相互矛盾的，這些差異可能與TNF-α 從牙周組織到GCF的動力學和/或流通相關，但此前的研究并未能明確牙周韌帶對GCF 的組成有何種實際影響。并且通過Newcastle-Ottawa 量表對病例對照研究和應用Jaddad 量表對臨床試驗風險偏差進行評估，結果也顯示納入的25 項研究(12 項病例對照，6 項臨床試驗和7 項隨機對照試驗)中，大多數病例對照研究顯示牙周病患者的GCF 中TNF-α 濃度增加；已經證明TNF-α 水平與慢性退行性變化的表現之間沒有相關性，如牙齦指數，斑塊指數或探查深度，而臨床試驗和隨機對照試驗表明，牙周干預后TNF-α 水平沒有一致的改變，即在常規治療后，未能證實TNF-α 的持續減少[31]。因此可以得到的結論是：目前的數據支持使用GCF 中的TNF-α作為診斷牙周病的潛在生物標志物，但不可用其監測治療后的愈合狀態。

由于目前對TNF-α 在慢性牙周炎中的作用進行了一定了解，臨床上可以利用TNF-α 抑制劑調節TNF-α 水平作相關輔助治療，但在TNF-α 抑制劑的應用管理上包括用藥劑量、方法都需要做進一步的探索及研究。

5.TNF-α 基因研究及展望

慢性牙周炎是一種多因素疾病，在基因水平上，不同個體產生細胞因子的基因能夠表現出多態性，這可以改變促炎細胞因子的合成使蛋白質表達產生變化，進而使牙周炎呈現不同的臨床表現，這決定了不同人群對牙周炎的易感性。TNF-α 基因位于人的第6 號染色體的短臂上，主要編碼由巨噬細胞分泌的多功能促炎細胞因子。有相關學者對啟動子區TNF-α 基因多態性進行了研究，結果顯示，其中一些基因多態性與牙周炎的嚴重程度有關；此外，還有大量學者旨在研究不同種族和不同人群中TNF-α 基因多態性的相關性[32,33]。然而不同TNF-α 基因型對表型細胞因子產生的影響至今尚不完全清楚。TNF-α 基因啟動子多態性對牙周病嚴重程度和臨床結果可能產生的影響仍有待闡明。已有相關學者對不同人群中TNF-α 啟動子多態性與牙周炎之間的關系進行了研究[34]，雖然結果顯示TNF-α 相關基因多態性增加了人群患慢性牙周炎的風險，但這仍然是一個存在爭論性的話題。

對于TNF-α 的研究不僅有助于更加深刻了解慢性牙周炎，輔助其診斷和治療，對其他與慢性牙周炎具有相似發病機制及病理改變的疾病，如種植體周圍疾病(分為種植體周圍黏膜炎和種植體周圍炎)的研究也有重要的指導意義，目前還沒有足夠的研究來證明TNF-α 在種植體周圍疾病進展中的作用[35]，本文也可為其臨床的進一步研究提供一定的理論基礎，但具體機制仍有待深入探究。