整合素αvβ6與牙周炎關系的研究進展

王 博， 畢良佳

第四次全國口腔健康流行病調查報告顯示，我國各年齡組口腔健康比例很低，影響口腔健康的疾病以齲病和牙周病為主，口腔健康與全身情況密切相關，已經報道牙周炎與糖尿病、心腦血管疾病、阿爾茲海默癥等均存在一定的關聯。整聯蛋白參與細胞增殖、遷移、存活等多種細胞行為，在生長發育過程中扮演重要角色。在健康人的結合上皮中，整合素αvβ6高表達；在牙周炎患者的結合上皮中，整合素αvβ6的表達明顯下降，提示整合素αvβ6的表達與牙周炎存在某種關聯，因此，本文主要介紹整合素與牙周炎之間的關系。

1 整合素家族及其相關功能概述

整合素作為一種細胞表面受體，在哺乳動物的發育過程中發揮重要作用，其中整合素αvβ6與牙周組織的關系最為密切。

1.1 整合素的結構和功能

整合素是細胞表面受體，屬于細胞粘附分子家族，參與介導細胞與細胞和細胞與細胞外基質之間的相互作用。在細胞運動過程中提供粘附力和牽引力[1]，更重要的是，他們參與調節許多信號傳導途徑，如細胞增殖，遷移，細胞存活，分化，腫瘤侵襲和轉移，以此在細胞與其周圍環境之間實現雙向信號傳導[2]。整合素由兩個非共價連接的異二聚體α和β亞基組成。迄今為止，已發現18個α和8個β亞基，他們可以形成24種不同類型的整聯蛋白，具有不同的配體識別和組織分布特征[3]。在各種生命活動中扮演重要角色，比如已經證實整合素α11β1在小鼠切牙萌出期間起作用[4]。

1.2 敲除不同整合素基因的小鼠表現出不同的發育缺陷

整合素對于哺乳動物的發育至關重要，在實驗性小鼠模型中，敲除不同的整合素會導致相應的發育缺陷。例如，敲除整合素α3，α5，α6，αv，β1和β4的基因導致胚胎早期死亡，從而無法研究這些整聯蛋白在牙周組織發育或疾病表型中的作用[5]。敲除整合素β3和β5的小鼠存活，但是目前還沒有關于這些動物牙周的報道，只有敲除β6基因的小鼠表現出明顯的牙周病表型，包括牙周組織的炎癥、附著水平的喪失和牙槽骨的吸收[4]，因此下文我們主要介紹整合素αvβ6和牙周病的關系。

1.3 整合素αvβ6的位置及其結構

作為整合素家族的成員，整合素αvβ6是由兩個亞基αv和β6組成的異二聚體，兩個亞基的編碼基因位于人染色體的不同區域，但它們彼此接近。編碼αv亞基的基因(也稱為CD51)定位于2q31～q32，人整合素β6基因(ITGB6)已被證實存在于染色體2q24～q31中[6-7]。αv亞基可以與β1，β3，β5，β6和β8亞基結合，而β6亞基僅能與αv亞基結合，整合素αv亞基的主要功能是識別配體，而整合素β6亞基的主要功能是信號轉導，同時β6亞基是整合素αvβ6的限速亞基，在傷口愈合、炎癥控制和致癌方面起重要作用[2，8]。ITGB6的表達水平可以代表αvβ6的表達水平。同時，整合素β6尾部有其他任何整聯蛋白中未發現的C-末端11-氨基酸延伸，可能是整合素β6在許多方面具有獨特功能的原因[9]。

2 整合素αvβ6與抗炎因子的相互調節及影響整合素表達的因素

一般整合素αvβ6在成人上皮細胞中不表達，只在腫瘤轉移、胚胎發育、創傷愈合等特定情況下表達，但在健康結合上皮中整合素αvβ6高表達。ITGB6亞基敲除小鼠出現典型的牙周病表現。在牙周炎癥時，結合上皮中整合素αvβ6的表達下調，出現結合上皮退縮、牙周袋形成、牙槽骨吸收等典型癥狀。使用整合素αvβ6特異性抗體阻斷整合素αvβ6介導的抗炎因子轉化生長因子-β1(TGF-β1)活化可以導致牙周炎癥狀，恢復αvβ6的表達，炎癥是可逆的，同時，牙齦卟啉單胞菌可以有效抑制TGF-β1對αvβ6的刺激，使αvβ6表達下調，出現牙周炎癥表現。表明整合素αvβ6與TGF-β1的相互作用在維持牙周組織健康，防止牙周炎癥發生中發揮重要作用。

2.1 在牙周炎中，整合素αvβ6與TGF-β1的相互作用

牙周病是一種慢性炎癥性疾病，大部分是由于細菌聚集在牙齒周圍形成牙菌斑后引起的，也與一些其他因素相關，比如糖尿病、高血壓、早產、吸煙、飲食結構、性激素水平、精神壓力等，會導致牙齦腫脹出血、疼痛不適，結合上皮丟失，牙槽骨吸收，牙齒松動移位甚至脫落[10-11]，在影響功能美觀的同時，增加患者的經濟負擔。此外，已證實牙周病與許多全身性疾病相關，如心血管疾病、腦血管疾病、風濕性關節炎、阿爾茲海默病甚至炎癥[12-13]。牙周病已經被醫學界定義為威脅人類健康的第三大殺手，僅次于癌癥和心血管疾病[14]，同時也是威脅口腔健康的第一大殺手，因此，口腔健康與人全身健康息息相關，應引起足夠的重視，進一步明確牙周病發病機制，尋求牙周病治療新方法對于提高人們生活質量至關重要。

已有研究表明整合素αvβ6在抑制炎癥方面發揮重要作用，可以抑制主要炎癥細胞因子如腫瘤壞死因子α(TNF-α)，白介素6(IL-6)的表達，促進抗炎細胞因子如轉化生長因子-β1(TGF-β1)和白介素-10(IL-10)的表達，起到控制炎癥的作用[15-17]。TGF-β1在控制炎癥，維持機體健康方面發揮重要作用，TGF-β1基因敲除小鼠在出生后幾周由于多器官淋巴細胞和巨噬細胞大量浸潤而死亡，表明TGF-β1對T細胞和巨噬細胞具有免疫檢測作用，從而控制炎癥[18]。整合素β6亞基失效小鼠出現明顯的皮膚和肺部炎癥，恢復ITGB6的表達后炎癥具有明顯的好轉，提示整合素αvβ6在抑制上皮組織炎癥中發揮重要作用。整合素αvβ6與潛在TGF-β1復合物的β1-LAP的精氨酸(Arg)-甘氨酸(Gly)-天冬氨酸(Asp)即(RGD)序列的結合產生細胞骨架介導的收縮力，導致LAP的構象變化和隨后的活性TGF-β1釋放[13，19]。整合素αvβ6對TGF-β1的激活取決于表皮生長因子受體途徑底物8(Eps8)的存在或不存在，該底物是肌動蛋白重塑，內吞作用和GTP酶活化的調節劑[20]。盡管TGF-β1可被多種機制激活，但整合素介導的途徑似乎在體內占主導地位。精氨酸(Arg)-甘氨酸(Gly)-天冬氨酸(Asp)序列(RGD)突變的LAP小鼠(αvβ6整合素配體)表現出與TGF-β1缺失小鼠相似的表型，說明αvβ6介導的TGF-β1的活化在保護牙周組織中起關鍵作用[21-22]。

除整合素αvβ6是TGF-β1的激活劑以外，TGF-β1也是維持上皮細胞中αvβ6表達所必須的。在牙齦角質形成細胞中，TGF-β1強烈增加了整合素ITGB6的mRNA的表達，并增加整合素αvβ6的細胞表面水平[21-22]。在Itgβ6啟動子處有正調節區域， TGF-β1在該調節區域增加整合素αvβ6的轉錄激活，從而增加整合素的表達[23]。抗TGF-β1抗體阻斷內源性TGF-β1信號轉導，使角質形成細胞中整合素αvβ6的mRNA的表達降低了50%，表明內源性TGF-β1在調節整合素αvβ6的基礎性表達中起主要作用[14]。除此之外，其他因子也會影響整合素αvβ6的表達，白介素-8(IL-8)可以通過受體CXCR1和CXCR2促進由αvβ6介導的細胞遷移，腫瘤壞死因子α(TNF-α)通過激活蛋白1(activator protein-1,AP-1)影響整合素αvβ6的表達[24]。白介素IL-32γ(IL-32γ)通過NF-κB途徑增加整合素αvβ6的表達[25]。整合素αvβ5向整合素αvβ6的轉化在角質形成細胞中CD9調節的細胞遷移和MMP-9活化中起關鍵作用[26]。

整合素αvβ6和TGF-β1兩種分子之間存在相互正反饋環，因此，αvβ6和TGF-β1平衡失調可能是許多整合素αvβ6相關疾病的病因學基礎[27-28]。除此之外，整合素αvβ6的功能與FOXO家族有關。FOXO是叉頭框蛋白家族，在細胞增殖、分化、凋亡、生長發育過程中發揮重要作用，可以調節多個基因的表達，在維持機體平衡方面發揮重要作用，其中FOXO1，FOXO3a與炎癥相關的[29-32]牙周病的主要致病菌牙齦卟啉單胞菌裂解液能以上調FOXO3a的方式下調ITGB6的轉錄，使細胞中整合素ITGB6的mRNA和蛋白水平下降[33]。

2.2 影響整合素αvβ6表達的因素及其表達情況對牙周組織的影響

整合素αvβ6是一種完全的上皮整合素，通常不在成人的上皮細胞中表達，在毛囊、腸上皮和牙齦上皮中表達有限[3]，但在成釉細胞和健康結合上皮中有基礎性表達[34]。在健康牙周組織中，結合上皮的作用是將牙齦密閉在牙釉質上，從而防止細菌進入牙齦組織[35]。在牙周病時，整合素αvβ6在結合上皮中的表達強烈下調，小鼠中單個基因ITGB6的無效突變可引發慢性牙周炎的所有典型癥狀，包括附著喪失、炎癥和晚期牙槽骨吸收，結合上皮轉化為典型的口袋上皮，在一些樣本中延伸至根長度的50%以上，在結締組織內部也可見上皮入侵，形成充滿單核細胞的膿腫樣病變，而野生型小鼠結合上皮結構正常并且粘附位置仍為釉牙本質界[14，36]。同時，患主動脈粥樣硬化的概率也明顯增高[37]。用體外培養的口腔生物膜提取物處理人工培養的牙齦上皮細胞，抑制了整合素αvβ6的表達，促進了促炎細胞因子白介素-1β(IL-1β)，白介素-6(IL-6)的表達。此外，具有β6整聯蛋白SiRNA降低的牙齦上皮細胞顯示IL-1β表達增加，TGF-β1表達下降，表明牙周病中的炎癥反應至少部分是由于牙周病原體或細菌生物膜誘導的ITGB6表達下調而抑制整合素αvβ6介導的TGF-β1信號傳導引起的[15，38]。已經有報道ITGB6功能喪失的患者釉質發育缺陷，并且有晚期牙周病表現[38-39]。具有Kindlin-1突變的患者患有侵襲性牙周炎，Kindlin可以與整聯蛋白結合并充當該受體的細胞內活化劑，也提示了整合素αvβ6與牙周炎的關系[16，40-42]。

除了炎癥外，創傷也會影響整合素αvβ6在結合上皮中的表達。牙齦組織容易在咀嚼或刷牙的時候受到創傷，整合素αvβ6在非傷口標本的結合上皮中強烈表達，在剛剛創傷后的結合上皮中無表達，在創傷后1 d的傷口中可以檢測到低水平表達的整合素αvβ6，在創傷后3 d的傷口中，αvβ6的表達變為強陽性，并且在之后的研究過程中保持不變，這說明在結合上皮的修復過程中，快速地修復了整合素αvβ6的表達[3]。

3 整合素αvβ6在治療牙周病中的展望

牙周炎作為人類口腔疾病的第一大殺手，給人們的生活帶來極大的困擾，現在臨床上常用的治療方法各有其局限性，因此尋找一種新的有效的治療方法很有必要。整合素αvβ6在結合上皮中表達的情況與牙周炎癥變化密切相關，已經證實整合素αvβ6介導的TGF-β1活化在預防慢性炎癥性牙周炎中起關鍵作用，缺乏αvβ6的上皮細胞驅動炎癥過程，最終導致骨吸收和牙齒脫落。整合素αvβ6與抗炎細胞因子TGF-β1的相互正反饋調節及αvβ6在牙周炎癥前后的變化提示αvβ6在抑制牙周炎癥方面發揮重要作用。通過特異性識別RGD序列的整合素靶向治療癌癥已有一定研究[41-42]，并且現在已提出通過控制炎癥來抑制牙周炎，提高患者生活質量，因此，通過靶向控制整合素αvβ6的表達來控制牙周炎癥成為可能。雖然有必要對整合素αvβ6表達與牙周炎進展的相關性及其分子機制進行更詳細的研究，但整合素αvβ6研究的進展注定會促進牙周病治療的分子工具的開發。