白細胞介素?18與慢性牙周炎相關性的研究進展

單超， 王婷婷， 趙今，3

1.新疆醫科大學，新疆維吾爾自治區 烏魯木齊（830011）； 2.新疆醫科大學第一附屬醫院（附屬口腔醫院）牙體牙髓科，新疆維吾爾自治區 烏魯木齊（830054）； 3.新疆維吾爾自治區口腔醫學研究所，新疆維吾爾自治區 烏魯木齊（830011）

慢性牙周炎（chronic periodontitis，CP）是一種以菌斑為始動因素的慢性感染性疾病，臨床上表現為牙齒支撐結構的不可逆喪失，導致周圍牙周組織的破壞，包括深牙周袋、附著喪失和牙槽骨喪失，最終導致牙齒的缺失，嚴重影響患者生活質量［1］。盡管牙菌斑作為慢性牙周炎的始動因素，但牙周菌斑產生的生物膜并不能完全解釋個體對牙周炎的易感性［2］。近年來，細胞因子參與引起的免疫與炎癥反應在慢性牙周炎的發病機制的研究中受到廣泛關注，其遺傳多態性也被證實與牙周炎的易感性和嚴重程度有關［3］；其中白細胞介素?1（in?terleukin?1，IL?1）與慢性牙周炎的發生發展關系最為密切［4］，而IL?18 作為IL?1 家族的一員，是近年研究較多的促炎和腫瘤抑制的細胞因子，已被證實與多種疾病相關。IL?18的上游受炎癥小體激活而成熟，因其在介導宿主防御系統的免疫應答中發揮重要作用，逐漸在牙周炎中備受關注，被視為參與慢性牙周炎的主要介質之一［5］。本綜述主要從IL?18的結構、功能以及與慢性牙周炎的相關性三個方面進行闡述，以期為后續的相關研究作參考。

1 IL?18 的結構

IL?18 最初作為干擾素受體誘導因子被發現，1995 年Okamura 等首次將其從小鼠肝臟中純化克隆，并更名為IL?18［6］。人IL?18 基因位于染色體11q22.2?22.3 上，由6 個外顯子和5 個內含子組成，全長約19.5 kb［7］；可由巨噬細胞、角化細胞、庫普弗細胞、活化的樹突細胞、腸上皮細胞、成骨細胞和腎上腺皮質等細胞分泌［8］。與其他細胞因子相比，IL?18 基因含RNA 的不穩定因素較少，表達非常穩定。IL?18 與IL?1 親和蛋白類似，在與Toll 樣受體（Toll?like receptor，TLR）以病原相關分子模式（pathogen?associated molecular patterns，PAMP）結合并激活核因子κB（nuclear factor kappa?B，NF?κB）通路后，可誘發IL?18 前體的轉錄程序。IL?18 基因編碼193 個氨基酸前體，最初合成為無活性的24 kda前體，其無信號肽，在細胞質中積累，需要在細胞內被半胱氨酸蛋白酶（caspase 1）加工成其成熟的18 kda 生物分子才具有生物活性［9］，caspase 1 可被屬于NOD 樣受體（nucleotide binding oligomerization domain like receptors，NLR）、AIM2 樣受體（AIM2?like receptors，ALRs）或三結構域（tripartite motif，TRIM）家族蛋白的各種典型炎性小體激活；其中被研究較多的炎性小體是NLRP?3 和AIM2，它們能感知各種危險信號，也是調控IL?18 分化與成熟的經典分子［10］。Caspase 1 的激活也可導致細胞死亡，稱為細胞焦亡，又稱細胞炎性壞死；caspase 1 誘導膜孔中IL?18 的釋放［11］，并在細胞外以活性形式發揮生物學作用。

成熟的IL?18 分子能與IL?18 受體的α 鏈（IL?18Rα）結合形成信號復合物，然而這種結合是低親和力的。細胞內的另一種共受體，稱為IL?18受體β鏈（IL?18Rβ），與IL?18 結合形成高親和力復合物。IL?18的完全激活則需要IL?18Rα與IL?18Rβ之間的相互作用［12］。大部分細胞表達IL?18Rα，僅部分細胞表達IL?18Rβ，如T 細胞與樹突細胞。研究表明，激活兩種IL?18 受體鏈表達的所需細胞水平需要10～20 ng/mL 甚至更高，這與IL?1 受體的激活所需細胞數量在納克甚至是皮克范圍內顯著不同［13］。

IL?18 水平也由可溶性IL?18 結合蛋白（IL?18BP）調控。IL?18BP 是一種組成性分泌蛋白，對IL?18 具有極高的親和力，該蛋白是IL?18 的天然抑制劑。在生理條件下，血漿中IL?18BP 的濃度比IL?18 高，可阻止IL?18 與其受體結合，并降低γ?干擾素（interferon?γ，IFN?γ）和其他促炎細胞因子的產生，抑制感染觸發的自身免疫反應［14］。已有研究指出，IFN?γ 可增加IL?18BP 的基因表達和合成，因此，可以認為IFN?γ 促進IL?18BP 的生成，從而降低IL?18 活性并反向調節IFN?γ 的水平［15］。

2 IL?18 的生物學功能

2.1 IL?18 參與適應性免疫

IL?18 參與各種T 細胞群的激活和分化，其調節免疫反應主要是通過刺激IFN?γ 的產生，這與微環境中IL?12 或IL?15 的共同存在有關［16］。IL?12/IL?15 能增加IL?18Rβ 的表達，其在IL?18 信號轉導中至關重要［17］。IL?18 可與自然殺傷細胞（natural killer cell，NK）中的IL?12 協同作用于CD4+T 細胞、CD8+T 細胞，誘導IFN?γ 的產生，并激活巨噬細胞和樹突狀細胞，引起Th1 細胞反應［18］。在IL?12 或IL?15 缺失的情況下，IL?18 不能誘導IFN?γ 的形成，但可誘導幼稚T細胞向Th2細胞分化，產生IL?4、IL?10 和IL?13 刺激過敏性炎癥，誘導前列腺素E2 的產生，并介導Th2 型免疫反應［19］。同時IL?18 也能直接上調NK 細胞和CD8+T 細胞中穿孔素與FasL 依賴性的細胞毒性。FasL 被認為是巨噬細胞激活的關鍵介質，Fas 與FasL 的相互作用與細胞凋亡有關［20］。Lim 等［21］對小鼠實施IL?12p40 和IL?18 的雙基因敲除后發現IL?18 在已極化的Th17 細胞中可以激活并增強IL?17 的生成，并與IL?23 協同作用，證實IL?18 也在誘導Th17 細胞應答中發揮作用。研究發現，在牙周炎患者的牙齦組織中發現Th17細胞含量增加，Th17 細胞也被視為參與牙周病的發病機制［22］。

2.2 IL?18 的促炎作用

IL?18 能刺激中性粒細胞遷移和增強破骨細胞活性，在病原體和病毒的清除中起重要作用；但其造成的局部炎癥反應又不可避免地成為牙周炎的病理基礎。除了調節Th1 細胞的發育和分化，誘導Th1 細胞分泌各種細胞因子引發炎癥反應，IL?18還可啟動細胞因子的級聯放大效應，釋放一系列炎癥標記物如IL、趨化因子、基質金屬蛋白酶（ma?trix metalloproteinases，MMPs）等［23］，這些因子均在慢性牙周炎的發生發展中起到重要作用。研究表明，IL?18 可能是通過IL?1 受體（IL?1R）等因子，激活NF?κB 信號通路，并引起炎癥級聯反應［24］。Yo?shinaka 等［25］通過轉基因小鼠提高小鼠體內IL?18的轉錄水平后發現，IL?18 是通過CD4+T 細胞產生核因子κB 配體受體致活劑（receptor activator ofnu?clear factor kappa?B ligand，RANKL），RANKL 是破骨細胞發育和激活的關鍵刺激因子，其加重了炎癥反應引起牙槽骨喪失，導致牙周炎的發生。有研究者指出IL?18 可通過磷脂酰肌醇3?激酶（phos?phatidylinositol 3?kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）和細胞外調節蛋白激酶（extracellu?lar regulated protein kinases，ERK）途徑誘導巨噬細胞產生單核細胞趨化蛋白?1（monocyte chemoattrac?tant protein?1，MCP?1），MCP?1 可以加速炎癥部位的特異性T 細胞免疫反應，在炎癥調解中起著關鍵作用。有研究者通過分析牙周病患者的齦溝液與血清內IL?18 和MCP?1 的水平，證實IL?18 可以單獨通過誘導巨噬細胞中MCP?1 的產生，以能募集和激活隨后出現在炎癥部位的白細胞數量，促進牙周炎的炎癥反應［26］。Lana 等［27］研究IL?18 對體內對破骨細胞活性影響，結果發現，當用不同濃度IL?18進行富含成骨細胞的細胞培養時，隨著IL?18 濃度的下降，骨吸收活性降低。然而Nold?Petry 等［28］在沉默了小鼠IL?18Rα 基因之后發現IL?18 的炎癥反應增加，表現為IFN?γ、IL?1、IL?6、CD40L 等炎癥因子水平的增加，這與現有的結論相矛盾，由此推測另一種來自IL?1 家族的配體可能利用IL?18Rα 傳遞抑制信號，缺失IL?18Rα，該配體無法觸發其抑制機制，進而加劇了炎癥反應。IL?18 及其相應配體介導的炎癥反應機制仍需進一步研究。

3 IL?8 與牙周炎的相關性

3.1 IL?18 水平與慢性牙周炎

一項基于6 項研究的meta 分析表明，血漿IL?18 水平升高與牙周病成正相關性，特別是在亞洲人群中表現明顯［29］。趙西珍等［30］檢測牙周炎組血清NLRP3、IL?18 和IL?1β mRNA 的相對表達量均高于健康對照組，且患者的菌斑指數、出血指數、牙周袋深度和附著喪失也均高于健康對照組，說明血清中IL?18 水平可能與牙周炎及其嚴重程度成正相關。Johnson 最先發現齦溝液的IL?18 水平與局部牙周破壞程度之間的關系，IL?2、IL?4、IL?6、IL?10 和IL?18 在探診深度為4～6 mm 部位的濃度顯著大于探診深度≤3 mm 部位的濃度，而在探診深度＞6 mm 的活檢部位的僅有IL?6、IL?18 濃度增高具有顯著性，表明IL?18 的濃度與牙周炎的嚴重程度存在相關性。Thirumalai 等［31］比較了慢性牙周炎患者（n= 18）、侵襲性牙周炎患者（n= 12）和健康志愿者（n= 9）的齦溝液中IL?18 水平，并未發現顯著性差異；Esfahrood 等［32］比較了慢性牙周炎患者與健康對照組共32 例唾液和齦溝中的IL?18 水平與牙周炎嚴重程度的關系，也未發現任何相關性；以上結果與之前的研究結果相矛盾。分析其原因可能與納入病例的診斷標準不同和樣本量過低有關，IL?18 局部水平與慢性牙周炎的關系仍需進一步大樣本量研究。

3.2 IL?18 的基因多態性與慢性牙周炎

Folwaczny 等［33］首先將IL?18 作為慢性牙周炎的候選基因來研究基因多態性和牙周炎易感性之間的關系，選取包括啟動子區及5’非翻譯區共6個的單核苷酸多態性（single nucleotide polymor?phism，SNP）位點進行分析，結果表明牙周炎的易感性可能并不受IL?18 基因多態性的影響。其中IL?18 啟動子區的兩個SNP 位點，607C＞A 與137G＞C，分別為胞嘧啶向腺嘌呤的轉變破壞了環腺苷酸反應元件結合蛋白（cyclic?AMP response binding protein，CREB）的一個結合位點，以及鳥嘌呤向胞嘧啶的轉變影響了人組蛋白H4 基因特異性轉錄因子?1 的結合位點，這兩個SNP 可能位于轉錄因子結合元件內，影響IL?18 啟動子基因的轉錄。Noack等［34?35］針對高加索人慢性牙周炎與侵襲性牙周炎的兩項研究中均未發現IL?18 基因多態性與慢性牙周炎相關，這與Folwaczny 等［33］的研究結果一致；Tanaka 等［36］的研究結果表明，IL?18 607C＞A 的CC基因型與日本產后年輕女性患牙周病的風險降低顯著相關；Tsuneto 等［18］研究發現巴西人的IL?18 607C＞A 與137G＞C 位點均與牙周炎的易感性成正相關。IL?18 候選基因研究結果的差異性可能來源于多個因素，例如納入研究樣本量過低、不同人種間最小等位基因頻率不同、疾病的定義標準、是否排除吸煙等，這些因素均可能造成研究結論的假陽性或是假陰性。

4 展 望

目前，唾液、齦溝液樣本和血清中各種潛在的生物標記物的研究目前受到廣泛關注，早期診斷并評估多種生物標志物的水平可能更有助于確定牙周病的炎癥狀態；不少基礎研究將IL?18 的轉錄水平作為反映牙周炎狀態與程度的重要標志物。如何在臨床研究中量化IL?18 的水平并將其應用于診斷工具是未來研究的重點；檢測IL?18 的基因多態性新方法（全基因組關聯研究，組學研究）甄別出的新位點在不同人群中的進一步驗證也將加深對IL?18 致病機制的認識，為未來的精準醫療和制定個性化方案提供新思路。

【Author contributions】Shan C wrote the article. Wang TT collect?ed the references. Zhao J reviewed the article. All authors read and ap?proved the final manuscript as submitted.