中老年2型糖尿病牙周炎患者齦溝液抗菌肽水平及其與牙周臨床指標的相關性

張雅萌， 張惠媛， 阮世紅， 陳曉春， 甘雪琦， 于海洋

1.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床研究中心 四川大學華西口腔醫院，四川 成都（610041）；2.深圳市慢性病防治中心，廣東 深圳（518000）

抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPs）是一種幾乎存在于所有多細胞生物體內的小分子活性多肽。抗菌肽是先天免疫反應的重要組成部分，具有直接的抗菌活性和免疫調節作用［1］。在人類唾液和齦溝液（gingival crevicular fluid，GCF）中發現的抗菌肽主要包括組織蛋白酶抑制素和防御素，抗菌肽LL-37是迄今發現唯一人源性的組織蛋白酶抑制素家族成員［2］。人體內的防御素根據分子結構不同又可分為α防御素和β防御素。牙周炎是一種發生在牙周組織的破壞性炎癥疾病［3］。有研究表明抗菌肽人β 防御素-2（human beta defensins-2，HBD-2）基因組拷貝數低會增加患嚴重慢性牙周炎的風險［4］，唾液和齦溝液抗菌肽LL-37 水平與深袋牙和臨床附著喪失呈正相關［5］。抗菌肽HBD-2 和抗菌肽LL-37與牙周炎之間存在著密切聯系。

與牙周炎相關的一些全身危險因素（如吸煙、糖尿病、肥胖等）也會引起抗菌肽的表達失調［6］。糖尿病是一種以血糖水平升高，糖耐量降低為主要癥狀的代謝性疾病，其中具有胰島素抵抗的2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）發病機制與慢性炎癥反應密切相關，是牙周炎的重要危險因素之一［3］。體外實驗顯示高糖環境下角質形成細胞分泌HBD-2 顯著減少［7］。Arampatzioglou 等［8］發現糖尿病患者抗菌肽LL-37 表達降低與創面難以愈合和繼發感染相關。但是關于2 型糖尿病人群齦溝液中抗菌肽的變化規律研究尚不充分。本試驗研究牙周炎合并T2DM 患者齦溝液中抗菌肽LL-37、HBD-2 水平的變化及其與牙周臨床指標的相關性，旨在探討齦溝液中抗菌肽與T2DM和牙周炎之間的關系及其互相影響機制，為闡明糖尿病患者牙周破壞的致病機理、早期診斷提供基礎。

1 材料和方法

1.1 主要試劑和儀器

弗羅里達探針（Florida Probe，美國）；濾紙條（Whatman，英國）；酶聯免疫吸附法（ELISA）試劑盒Human BD-2/beta Defensin-2 ELISA Kit（Arigobio，中國），Human LL-37 ELISA Kit（HycultBiotech，荷蘭）；Multiskan FC 型酶標儀（Thermo，美國）。

1.2 研究對象

本研究選擇2019 年11 月至2020 年6 月到深圳市慢性病防治中心口腔科和內科就診的患者77人，平均年齡為（60.35 ± 8.87）歲。該研究獲得了深圳市慢性病防治中心倫理委員會批準（批準號：20181202），所有志愿者均在取樣和收集信息前簽署了書面知情同意書。

納入標準：年齡45～85 歲；受試者口內至少有20 顆牙齒。排除標準：患有T2DM 之外的任何全身性疾病；3 個月內使用過抗生素的患者；6 個月內接受牙周治療的患者。

分組標準：根據1999 年世界衛生組織提出的糖尿病診斷標準進行T2DM 診斷，按照美國牙周學會和歐洲牙周聯盟提出的2018 年牙周病和植體周病國際新分類［9］進行牙周炎診斷。根據參與者的全身和牙周健康狀況分為4 個研究組：全身健康并牙周健康對照組（健康對照組）22 人、全身健康牙周炎組19 人、T2DM 牙周健康組15 人、T2DM 合并牙周炎組21 人。

1.3 方法

1.3.1 牙周臨床指標收集 采用弗羅里達探針對每顆牙齒的頰（唇）、舌側分別在近中、中央、遠中6個位點進行探診檢查（除了第三磨牙和被牙齦覆蓋的殘根）。檢查內容包括探診深度（probing depth，PD）、臨床附著力喪失（attachment level，CAL）；根據探測30 s 內是否存在出血將探診出血（probing bleeding，BOP）分為陽性和陰性，記錄并計算探診出血陽性位點所占百分比（BOP%）。每位患者的PD、BOP%值為上述各部位的平均值，CAL 值為上述各部位的最大值。牙周檢查均由一位已進行培訓的口腔科醫生完成，并做標準一致性檢驗，Kappa ＞0.75。

1.3.2 齦溝液的收集 牙科三用槍清潔牙面上的軟垢后，棉卷隔濕患者的待檢測牙位，在四顆第一磨牙的近中、遠中及頰側齦溝或牙周袋內分別插入3 條2 mm×10 mm 濾紙條，并放置30 s。若第一磨牙缺失，則檢測該區第二磨牙。將同一受試者的12 條濾紙條一并放入1.5 mL 離心管中，并加入500 μL 的PBS 液并保存在-80 ℃冰箱中備用。

1.3.3 抗菌肽的檢測 保存待測的齦溝液樣本與試劑盒常溫放置30 min，加入緩釋液離心后，保留上清液，使用ELISA 試劑盒Human BD-2/beta Defensin-2 ELISA Kit 和Human LL-37 ELISA Kit 檢測齦溝液中HBD-2 和LL-37 濃度。

1.4 統計學分析

采用SPSS 23 進行統計學分析。Shapiro-Wilk檢驗顯示數據均不服從正態分布，數據用中位數（第一四分位數，第三四分位數）表示，多組間比較使用Kruskal-WallisH檢驗，兩組間比較使用Mann-WhitneyU檢驗；Spearman 相關檢驗分析抗菌肽與臨床牙周參數之間的相關性。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 全身健康組與T2DM 組牙周臨床指標比較

如表1 所示：T2DM 牙周健康組與健康對照組的PD、CAL、BOP 牙周臨床指標值差異不明顯（P＞0.05）；T2DM 合并牙周炎組的PD 值大于全身健康牙周炎組（P＜0.05）。

表1 全身健康組與T2DM 組牙周臨床指標比較Table 1 Comparison of the periodontal clinical indexes between the healthy group and T2DM group Median（IQR）

2.2 各組齦溝液中抗菌肽水平比較

比較各組齦溝液中抗菌肽HBD-2 和LL-37 的水平，如表2 所示，全身健康牙周炎組HBD-2 和LL-37 水平均高于健康對照組（P＜0.05）；T2DM 牙周健康組HBD-2 水平低于健康對照組（P＜0.05）；T2DM 牙周健康組HBD-2 和LL-37 水平低于全身健康牙周炎組（P＜0.05）；T2DM 合并牙周炎組HBD-2水平低于全身健康牙周炎組（P＜0.05）；其余組間差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表2 各組齦溝液中抗菌肽水平Table 2 Antimicrobial peptide levels in gingival crevicular fluid of each group Median（IQR）

2.3 牙周炎齦溝液中抗菌肽水平與牙周臨床指標的相關性

對全身健康牙周炎組和T2DM 合并牙周炎組的齦溝液中抗菌肽水平與牙周臨床指標進行Spearman 相關性分析。如表3 所示，全身健康牙周炎組中HBD-2 與PD 呈正相關（P＜0.05），HBD-2 與CAL 呈正相關（P＜0.05），HBD-2 與BOP%的相關性無統計學意義（P＞0.05）；LL-37 與PD、CAL 呈正相關（P＜0.05），LL-37 與BOP%的相關性無統計學意義（P＞0.05）。如表4 所示，T2DM 合并牙周炎組齦溝液中抗菌肽HBD-2、LL-37 與牙周臨床指標相關性無統計學意義（P＞0.05）。

表3 全身健康牙周炎組齦溝液中抗菌肽水平與牙周臨床指標的相關性Table 3 Correlation between the antimicrobial peptide levels in the gingival crevicular fluid and the periodontal clinical indicators in systemically healthy controls in the periodontitis group

表4 中老年T2DM 合并牙周炎組齦溝液中抗菌肽水平與牙周臨床指標的相關性Table 4 Correlation between the antimicrobial peptide levels in gingival crevicular fluid and the periodontal clinical indicators in elderly patients with T2DM periodontitis

3 討 論

3.1 全身健康人群齦溝液中抗菌肽水平

牙周組織抵御微生物侵犯的第一道防線包括了牙齦上皮的物理屏障作用和其分泌的抗菌物質（如抗菌肽、溶酶體酶等）所形成的化學屏障［10］。齦溝液為牙齦上皮滲出液，內含牙齦上皮分泌的抗菌物質［11］。本研究發現，與健康對照組相比，全身健康牙周炎組齦溝液中的抗菌肽（包括HBD-2和LL-37）水平升高。Sidharthan 和?ztürk 等［12-13］發現牙周炎患者齦溝液中HBD-2 水平明顯高于牙齦炎患者和牙周健康人群，Soldati 等［14］發現牙周炎齦溝液中LL-37 的水平明顯上升，吸煙會導致齦溝液中LL-37 降低。但Yilmaz 等［15］發現牙周炎時唾液中僅LL-37 升高而HBD-2 與牙周健康對照組無差異，這種不一致可能因為其采集的樣本為唾液而非齦溝液，HBD-2 由上皮細胞分泌較多，齦溝液局部環境表達濃度較高，但唾液的稀釋作用導致了差異減小，或因為在受炎癥影響的牙周組織中，蛋白水解酶活性顯著升高，其對HBD-2 的降解限制了組織中的HBD-2 向唾液的分泌。當牙周致病菌入侵，脂多糖等毒素直接刺激上皮細胞分泌抗菌肽，同時活化單核巨噬細胞分泌白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β），IL-1β 升高可以刺激活化中性粒細胞，中性粒細胞也可以分泌抗菌肽。HBD-2、LL-37 均為誘導性表達的抗菌肽，LL-37 主要由中性粒細胞表達，HBD-2 更多由上皮細胞分泌［5］。帶正電荷的抗菌肽除了靜電吸引直接殺菌作用外，還是重要的免疫調劑。抗菌肽作為趨化因子同時誘導其他趨化因子的產生，可抑制脂多糖誘導的促炎細胞因子的產生，調節樹突狀細胞或T 細胞，是先天免疫與獲得性免疫的橋梁。Yang 等［16］發現LL- 37 促進角質細胞自噬作用，可減少胞內牙周致病菌。還有研究表明，抗菌肽相關基因的改變也可能與牙周炎癥有關，如抗菌肽HBD-2 基因組低拷貝會增加嚴重慢性牙周炎的風險［4］。不同牙周狀態下抗菌肽的變化也提示了抗菌肽作為牙周炎生物標志物的可能性。

3.2 中老年T2DM 患者齦溝液中抗菌肽水平

本研究結果顯示中老年T2DM 合并牙周炎組的HBD-2 顯著低于全身健康的牙周炎組，LL-37 雖呈降低趨勢但無明顯統計學差異。有體外研究顯示，高葡萄糖濃度下角質細胞功能受損，HBD-2 的表達明顯下調［17］，免疫細胞分泌LL-37 顯著減少［18］。牙周炎時T2DM 患者唾液中HBD-1，2，3 明顯低于全身健康人群［15］。目前關于T2DM 患者齦溝液內LL-37 水平的信息有限。人源陽離子抗菌肽-18（human cationic antimicrobial peptide-18，hCAP-18）是LL-37 的前體，可通過外界刺激脫去保守片段成為LL-37 活性片段。研究發現糖尿病患者牙齦組織中hCAP18 的表達水平上調［19］，另有研究表明糖尿病會引起中性粒細胞功能障礙［8］，如趨化功能受損，這可能是導致T2DM 患者牙周組織中hCAP18 上調但齦溝液中LL-37 活性片段分泌并沒有增加的原因。抗菌肽在牙周炎患者齦溝液中會發生降解，特別是在存在牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.g）的位點，而T2DM 人群的口腔P.g檢出率明顯高于無系統性疾病的人群［20］。P.g對抗菌肽的降解作用也可能是T2DM 患者齦溝液中抗菌肽下調的原因之一。

3.3 齦溝液中抗菌肽水平與牙周臨床指標相關性

牙周臨床指標PD 值和CAL 值能直接反映牙周炎的破壞程度，本研究顯示全身健康牙周炎組HBD-2 、LL-37 與CAL 顯著正相關，這與Ramamoorthy 等［21］研究結果相似，提示炎癥刺激了抗菌肽上調進而發揮其抗菌、免疫調節等作用。體外試驗顯示β 防御素還可以促進人類間充質干細胞、成骨細胞和角質形成細胞的增殖［22］。Peng 等［23］發現β防御素可促進骨再生和防止感染。有研究表明抗菌肽LL-37 可增加牙齦成纖維細胞產生基質金屬蛋白酶-1 的組織抑制劑，可調節成纖維細胞在牙周組織重建的反應［24］。Yu 等［25］發現LL-37 可通過P2X7 受體和MAPK 信號通路減弱脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）對成骨的抑制作用。以上體外試驗均從機制層面解釋了HBD-2 和LL-37 的牙周保護作用。此外，人工合成抗菌肽可用于治療糖尿病足、牙周炎感染［26］。有研究發現激光照射誘導LL-37 和HBD-2 的表達，可促進組織愈合和清除P.g［27］，這也提示了HBD-2 和LL-37 在牙周組織中，尤其是細菌入侵、炎癥反應時產生的保護作用。與全身健康牙周炎組不同，T2DM 合并牙周炎組HBD-2 和LL-37 與牙周臨床指標的相關性沒有統計學意義，這可能是因為糖尿病對抗菌肽的抑制作用使得牙周炎癥反應時抗菌肽無法升高至正常濃度發揮其牙周保護功能，導致了T2DM 患者牙周破壞的進一步加重。

綜上，全身健康人群患牙周炎時，抗菌肽參與到免疫調節中，對牙周病原微生物有明顯的抑制和消滅作用，牙周破壞加重時，抗菌肽會進一步升高起到牙周保護作用。中老年T2DM 患者齦溝液中抗菌肽HBD-2 的減少可能是牙周感染加重的原因之一。抗菌肽LL-37 與中老年T2DM 患者牙周健康的關系還需更大樣本量的臨床試驗進一步驗證。

【Author contributions】Zhang YM performed the experiments and wrote the article. Gan XQ and Yu HY revised the article. Zhang HY，Ruan SH and Chen XC designed the study. All authors contributed to the article and approved the submitted version.