沉默信息調節因子1調控牙周炎發生發展的機制

周豐 陳野 陳晨 張奕寧 耿瑞蔓 劉戟

1.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫學研究中心 四川大學華西口腔醫學院 成都610041；2.四川大學華西基礎醫學與法醫學院 成都610041

牙周炎是指發生在牙周組織的炎癥性、破壞性疾病，是目前全世界最常見的炎癥疾病之一[1]。病變從牙齦炎癥開始，逐漸波及深處的牙周組織，導致牙周膜的變性降解和牙骨質與牙槽骨的吸收破壞，以致牙齒松動、脫落[2]。在以上過程中，復雜的信號通路啟動免疫反應，促進組織修復，同時也會介導組織損傷。牙周炎也與全身多系統疾病如阿爾茲海默癥、心血管疾病等有一定聯系[3]。

沉默信息調節因子1（sirtuin 1，SIRT1）是去乙酰化酶sirtuin家族的一員，它在沉默基因、抵抗應激、凋亡/自噬、老化和炎癥等方面起到了重要作用[4]。它通過去乙酰化組蛋白、轉錄因子和協同活化因子，如Runt相關轉錄因子2、p53、叉頭蛋白轉錄因子O（forkhead box O，FOXO）等來發揮生理功能[5-7]。在炎癥反應中，SIRT1與氧化應激呈相互協調關系。一方面，SIRT1通過活化FOXO3轉錄因子，增加錳超氧化物歧化酶的表達，降低氧化應激水平[8]。另一方面，SIRT1也受到氧化應激的調控，隨著NAD+減少，SIRT1因其NAD+依賴的特性，活性下降，導致細胞內氧化應激水平失調，細胞加速衰老[9]。

牙周炎中重要的致病菌牙齦卟啉單胞菌的菌體成分脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和代謝產物可以提高胞內活性氧（reactive oxygen spe‐cies，ROS）的水平誘導炎癥反應[10]，而SIRT1可以明顯下調氧化應激，起到抗炎的作用。此外，研究顯示，SIRT1也可以通過調節FOXO通路、核因子（nuclear factor，NF）-κB通路和過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α/過氧化物酶體增殖劑激活受體γ通路來對抗炎癥的發生發展[11]。可見SIRT1在牙周炎的發生發展中扮演重要的角色，本文就SIRT1對牙周炎發生發展的作用作一綜述。

1 SIRT1調節牙周炎中的氧化應激

氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用的失衡，產生大量ROS的負面狀態。ROS主要指有高反應活性的具有含氧基團的化學物質，包括過氧化物、羥自由基和一些非自由基物質如過氧化氫、次氯酸和脂質過氧化物等[12]。牙菌斑引起的炎癥反應會誘導牙周組織產生ROS，雖然適量的ROS有抗菌作用，但過量的ROS不僅會破壞DNA與蛋白質，誘導細胞凋亡，而且會通過NF-κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）通路促進牙槽骨吸收[13-16]。細胞對活性氧的清除主要通過產生酶來完成。目前已發現的主要途徑是通過核因子-E2-相關因子2（NF-E2-re‐lated factor 2，Nrf2）、sirtuin和FOXO調節相關抗氧化蛋白轉錄而完成[17]。SIRT1作為sirtuin家族的重要一員，在牙周炎氧化應激中發揮著重要作用。

Park等[18]使用尼古丁和LPS模擬吸煙環境，共同作用于體外培養的人牙齦成纖維細胞（human gingiva fibroblast，HGF），發現HGF中氧化應激水平，環氧合酶-2和SIRT1的mRNA和蛋白質的表達均有所上升；而使用白藜蘆醇和編碼SIRT1的重組腺病毒（adenovirus encoding SIRT1，Ad-SIRT1）使SIRT1過表達，則可以明顯下調HGF中的氧化應激水平。進而，Corrêa等[19]構建了大鼠牙周炎模型，并使用香煙煙霧吸入來模擬吸煙環境，發現白藜蘆醇全身給藥組相比于安慰劑組牙槽骨吸收減少，組織內氧化應激水平降低，并在牙齦組織內檢測到了更高的超氧化物歧化酶和SIRT1的表達。以上兩個研究分別從體外和體內實驗的角度，提示提高SIRT1的表達可能可以通過下調牙齦組織內的氧化應激水平，來緩解牙周炎的發生發展，但并沒有深入地探討SIRT1調節牙周炎氧化應激的具體機制。

關于SIRT1調節牙周炎氧化應激的具體機制，Tamaki等[20]通過構建大鼠牙周炎模型，發現口服白藜蘆醇可以通過SIRT1/AMP依賴的蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate-activated protein ki‐nase，AMPK）和Nrf2/抗氧化通路使誘導型一氧化氮合酶表達下降進而減少氧化應激，并且起到減少炎癥細胞因子白介素（interleukin，IL）-1β、IL-6和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）表達的作用。雖然他們將SIRT1/AMPK通路的抗氧化作用解釋為抑制炎癥因子的釋放從而間接減少氧化應激，但近年來已有研究在HepG2細胞和HEK293細胞中發現AMPK可直接磷酸化Nrf2，啟動抗氧化通路，達到減少氧化應激的效果，說明SIRT1/AMPK與Nrf/抗氧化通路在牙周炎中很可能有密切的交互作用[21]。

牙周炎除了會引起局部組織的氧化應激外，其與全身的氧化水平的關系也值得關注。臨床研究顯示，血漿活性氧代謝物（reactive oxygen me‐tabolite，ROM）可作為代替血漿循環ROS的檢測指標，反映全身氧化應激水平，并且有學者[22]發現健康者與牙周炎患者（均無系統性疾病，慢性牙周炎與侵襲性牙周炎均包含在內）之間的ROM水平存在顯著差異。有項在日本長崎的臨床調查研究[23]顯示，ROM與牙周炎患者（均無系統疾病）的附著喪失具有正相關關系，說明血漿氧化水平可能可以作為反映牙周炎患者先前病情進展情況的參考之一。以上臨床研究說明牙周炎可能會造成循環ROS水平上升，進而提高全身氧化應激水平，增加患者罹患系統性疾病的風險。

而在牙周炎相關的全身氧化應激水平改變中，SIRT1可能起到了一定作用。Cueno等[24]發現將牙菌斑產物丁酸鹽注入大鼠牙齦組織，部分進入血液，會導致血液中NADPH相關氧化應激水平的上升和SIRT1表達的下降。丁酸鹽是牙周菌斑釋放的毒力因子之一，具有很強的破壞牙齦上皮細胞間連接，誘導細胞焦亡的作用[25]。同樣在動物實驗中，Tamaki等[20]還關注了口服白藜蘆醇對牙周炎大鼠循環ROS水平的影響，以尿液中8-羥基脫氧鳥苷和雙酪氨酸作為反映循環ROS的標志物，發現相比于正常大鼠，牙周炎大鼠血液中循環ROS的水平明顯上升，而口服白藜蘆醇可以顯著逆轉這一變化。以上的臨床研究和動物實驗均說明牙周炎與循環ROS升高有相關性，可能會引起牙周炎患者全身氧化應激水平升高，而SIRT1可能可以作為牙周炎患者改善全身氧化應激的治療靶點。除了作為可能的治療靶點，目前在牙周炎的臨床治療中，Caribé等[26]通過臨床研究指出牙周炎患者（均無系統性疾病）非手術治療后，血漿SIRT1濃度有所升高，有望作為生物指標檢測非手術治療對牙周炎全身氧化應激狀況的改善程度，但其臨床價值尚需進一步的研究證實。

綜上所述，目前SIRT1對牙周炎局部氧化應激的調節機制研究尚少，其中SIRT1/AMPK和Nrf2/抗氧化通路已有初步的研究證實具有下調氧化應激的作用。此外，牙周炎與全身氧化應激的失調也有一定的聯系，提高SIRT1的表達有利于改善全身氧化應激反應，而SIRT1在臨床上作為全身氧化應激水平的生物學指標和作為治療靶點的相關應用尚待進一步探討。

2 SIRT1調節牙周炎中的炎癥因子與炎癥通路

牙菌斑及其毒性產物激活宿主的防御系統，引起免疫反應產生多種炎癥因子，介導繼發的組織損傷，成為牙周炎中組織破壞的一項重要因素。炎癥細胞因子主要包括IL、TNF-α、前列腺素E2以及干擾素-γ等，對于牙周炎中免疫反應的雙重作用具有重要影響。

2.1 SIRT1直接參與牙周炎中的炎癥通路

高遷移率族蛋白B1（high-mobility group box 1，HMGB1）是一種促炎因子，在慢性炎癥如風濕性關節炎和動脈粥樣硬化過程中有重要作用。而牙周炎患者齦溝液會出現正常人中沒有的HMGB1[27]。Kim等[28]發現HMGB1經SIRT1-磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/Akt-絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated pro‐tein kinase，MAPK）-NF-κB通路使人牙周膜細胞（human periodontal ligament cells，hPDLCs）內破骨因子如IL-1β、TNF-α和RANKL的表達增加。而使用siRNA抑制SIRT1的表達可以在hPDLCs中抑制HMGB1/RANKL通路，抑制破骨細胞活化細胞因子表達，減少牙槽骨的吸收。

Park等[29]發現LPS或者尼古丁刺激hPDLCs之后，SIRT1的蛋白質和mRNA水平增加，SIRT1對LPS引起的級聯反應具有調節作用，SIRT1抑制劑sirtinol或使用siRNA敲除SIRT1均會抑制LPS誘導的Akt、p38 MAPK、細胞外調節蛋白激酶（extra‐cellular signal regulated kinase，ERK）和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）磷酸化，以及IκBa的降解和p65（NF-κB的亞單位）的核易位，從而減少炎癥因子IL-17和IL-23的表達，進而促進成骨標志物的表達和抑制破骨標志物的表達。

這些研究顯示，SIRT1直接參與牙周炎中hP‐DLCs的炎癥通路，說明SIRT1可能對炎癥反應有正向促進作用。在其他研究中也有相似的結論，Kim等[30]發現sirtinol可以通過PI3K/Akt通路抑制低氧誘導因子-1的表達，導致血管內皮生長因子的表達減少，從而減輕氣道炎癥和氣道高反應性；同樣在Liu等[31]研究中發現，sirtinol可以抑制炎癥介質的表達，從而減輕肝創傷性出血后炎癥所致的肝損傷。但牙周炎發展過程中，自身的免疫反應往往會加速組織的破壞，引起牙槽骨吸收等負面效應。近年來有許多研究顯示高表達SIRT1可以抑制炎癥通路，減少炎癥因子表達，起到改善牙周炎癥狀的作用，下面將對此作一總結。

2.2 SIRT1抑制牙周炎中的炎癥通路

體外實驗[32]表明，Toll樣受體4（Toll-like re‐ceptor 4，TLR4）可以介導革蘭陰性菌的LPS引起的hPDLCs的炎癥反應以及牙槽骨的破壞，通過質粒轉染上調SIRT1的表達可以通過降低TLR4表達以及抑制JNK/NF-κB通路來緩解由LPS引起的hP‐DLCs的炎癥反應，敲除SIRT1則會起到促進細胞凋亡。

Park等[18]通過白藜蘆醇和Ad-SIRT1使SIRT1過表達，從而抑制了HGF中環氧合酶-2的產生進而抑制前列腺素2的產生。除此之外，白藜蘆醇和Ad-SIRT1 還 抑 制 了LPS 和 尼 古 丁 誘 導 的IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-9 和IL-17的表達。實驗中發現過表達的SIRT1通過蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）-PI3K-MAPK-NF-κB途徑，抑制了尼古丁和LPS 介 導 的PKC、PI3K、p38MAPK、ERK、JNK和NF-κB的磷酸化激活，起到抗炎和細胞保護作用。

同樣在HGF中，Chin等[33]發現，類似于白藜蘆醇，四羥二苯乙烯苷也可以通過激活AMPK來誘導HGF中SIRT1的表達，并且抑制NF-κB，減弱牙齦卟啉單胞菌LPS誘導的促炎細胞因子的表達。并且在牙周炎大鼠模型中，四羥二苯乙烯苷也展現出抑制牙槽骨吸收的效果。

然而，雖然許多研究支持SIRT1可以介導白藜蘆醇的抗炎作用，但是在體外培養的牙齦上皮細胞中，對于SIRT1的抑制或者敲除都不能抵消白藜蘆醇的抗炎作用[34]。因此，白藜蘆醇對于牙齦上皮細胞的抗炎效應是獨立于SIRT1發生的，其詳細機制尚不明確。

綜上所述，SIRT1作為LPS級聯反應的上游調節因子，上調牙周膜細胞的促炎因子以及破骨基因的表達，具有抵御病原體的積極作用。此外，抑制SIRT1表達則會通過下調TLR4，抑制NF-κB通路等方式抑制炎癥通路，從而對自身免疫反應引起的組織破壞有保護作用。在以上得出矛盾結果的研究中，實驗對象與處理方式都有著較大的差異，因此SIRT1在其中扮演著何種角色尚需進一步研究。

3 SIRT1 參與牙周炎相關的胰島素抵抗與胰島素分泌不足的癥狀

流行病學調查[35]顯示，已經有43種系統性疾病與牙周炎有關，如糖尿病、阿爾茲海默癥等。目前有相關假設提出，牙周菌斑通過潰瘍的牙齦上皮和深牙周袋釋放細菌和局部組織產生的炎癥因子入血使牙周炎成為系統性疾病的危險因素之一，但對此仍有爭議[36-37]。

Nakajima等[38]發現牙周炎模型小鼠中附睪組織SIRT1的表達下降，口服巴西蜂膠雖然并不能改善牙槽骨吸收的程度，但附睪脂肪組織中與胰島素敏感性有關基因，例如SIRT1的表達有所增加。SIRT1對胰島素敏感性的調控作用主要體現在抑制線粒體解偶聯蛋白2促進胰島β細胞ATP的合成，進而促進胰島素的釋放；SIRT1調控的FOXO1通路可以促進NeuroD和MafA基因的表達來提高組織細胞對胰島素的攝取能力[39]。以上研究說明牙周炎可能與脂肪組織胰島素敏感性下降有關，而SIRT1在其中可能可以起到提高脂肪組織攝取胰島素能力的作用，成為改善牙周炎患者胰島素分泌不足以及胰島素抵抗狀況的重要靶點。

盡管現在牙周炎和系統性疾病之間作用機制依然缺乏明確研究和直接證據，但在牙周炎臨床治療上對其他系統性疾病的關注已成為共識。SIRT1在其中的具體作用機制和應用前景也尚需研究探討。

4 小結和展望

近年來許多研究發現，SIRT1可以起到緩解牙周炎癥狀的作用，但總體上相關研究不多，深入探討其中具體機制的研究較少。此外在SIRT1調控炎癥反應的部分中出現了直接矛盾的結果，筆者認為這可能與藥物濃度和作用時間等處理因素的不同，實驗對象的不同和牙周環境中慢性炎癥反應機制有關，尚待進一步研究。

除了SIRT1調控牙周炎發生發展的具體機制之外，圍繞如何影響SIRT1的表達也有許多研究開展。目前雖然白藜蘆醇是最常用的SIRT1激動劑之一，但也有文獻指出白藜蘆醇對牙周炎的緩解作用可能與SIRT1關系不大；此外有研究指出牙周膜干細胞可以通過旁分泌下調microRNA-155-5p的外泌體，上調攝入外泌體的CD4+T細胞中的SIRT1表達，使Treg/Th17比值增大，從而調節免疫反應[40]。以上研究或許可以為臨床藥物的選用，干細胞干預療法提供一定的參考。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。