糖尿病對牙髓組織增齡性改變的影響

陳小倩 高詩祺 張 益 田青鷺 鄭黎薇 周雅川

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院兒童口腔科，四川成都 610041；2.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院牙體牙髓科，四川成都 610041

糖尿病是因胰島素功能障礙和/或分泌缺陷導致的、以高血糖為特征的糖代謝紊亂疾病。據國際糖尿病聯盟報道，全球約10.5%的人患有糖尿病[1]，我國的糖尿病患病率約為12.8%[2-3]。糖尿病常合并血管和周圍神經病變[4]。糖尿病也是多種口腔疾病的危險因素，如牙周疾病[5]和灼口綜合征等[6]。臨床研究發現，40 歲以下人群中糖尿病患者發生牙髓炎的概率更高[7]；研究發現，糖尿病通過增加牙髓纖維化程度、髓腔鈣化及血管黏附性等方式促進牙髓退行性改變[8-10]。最新研究表明，糖尿病是通過激發氧化應激和炎癥反應加速牙髓老化[11-12]，而具有抗炎和抗氧化功效的藥物可緩解此進程[13-14]。因此，本文旨在針對糖尿病對牙髓增齡性病變的影響、潛在機制及治療方法作一綜述，以期為臨床中糖尿病患者的牙髓疾病治療提供理論基礎。

1 糖尿病引起牙髓組織的增齡性改變

1.1 膠原形成和礦化異常

牙本質形成主要經過細胞分泌有機基質及其礦化兩個過程，其中有機基質主要為Ⅰ型膠原蛋白，其具有控制礦物晶體方向和組織結構的功能。研究表明，高糖環境可直接或通過晚期糖基化終產物（advanced glycation end products，AGEs）下調Ⅰ型膠原蛋白的合成，影響牙本質形成和礦化過程[15-16]。而糖尿病患者牙髓髓核中，Ⅲ型膠原分泌增多，增加牙髓纖維化程度，加速其老化[17]。

髓石是位于牙髓中的退行性鈣化組織塊[18]。Moksha等[19]發現糖尿病患者被檢測出髓石的可能性更高。這與Bender 等[8]發現髓石和增厚的前牙本質在糖尿病大鼠中出現的頻率更高結果一致。高糖環境可通過骨橋蛋白和AGEs 激發牙髓細胞鈣化潛能，引起和加重牙髓病理性鈣化[9,20]。這些異常鈣化阻礙牙髓的營養運輸、信息傳遞，加劇牙髓壞死。髓石還會引發炎癥反應，進一步促進牙髓老化[18]。

1.2 血管和神經退變

糖尿病患者牙髓血管病變常與其他器官的并發癥同步發生，但由于牙髓被硬組織包裹無緩沖余地、缺少側支循環，更易發生血運障礙[19]。王曉麗等[21]觀察到糖尿病患者牙髓中毛細血管壁增厚、基底膜上負電荷位點減少和內皮細胞腫脹且結構紊亂，這可能是由于高血糖通過蛋白激酶C 上調血管內皮生長因子表達，進而增加血管通透性[22]。Orlando 等[16]還認為糖尿病引起的炎癥微環境會促進血管衰老，導致牙髓不可逆性壞死。

隨著年齡增加，牙髓中的神經疼痛敏感性降低。研究發現，糖尿病患者的牙髓組織中的神經纖維減少且結構雜亂[17]，這可能是高糖環境引起的過量活性氧（reactive oxygen species，ROS）通過ERK1/2/Akt/tuberin/mTOR/NF-κB 通路加速神經變性[23]。因此，糖尿病患者牙髓壞死的概率更高[7]。

2 糖尿病引起牙髓組織增齡性改變的機制

2.1 氧化應激反應

氧化應激是糖尿病并發癥的首要發病機制。糖尿病患者體內過量的AGEs 與其細胞表面受體的相互作用會導致ROS 的過度產生[24]，而其牙髓中白細胞介素8（interleukin-8，IL-8）升高，趨化多形核白細胞、T細胞，使之激活釋放水解酶，引起呼吸爆發，也產生大量ROS[22]。此外，高糖環境促進糖原合酶激酶3β 去磷酸化，激活線粒體通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP），引起牙髓細胞線粒體功能障礙，導致ROS 釋放[11,25]。這些多途徑產生的ROS打破了氧化與抗氧化平衡，引起氧化應激。

一方面，過量的ROS 發揮氧化毒性。ROS 通過激活神經磷脂酶、釋放神經酰胺攻擊膜磷脂，導致細胞死亡；直接破壞DNA 的氮堿和磷酸糖骨架；通過產生的氧化劑破壞大分子蛋白結構[26]。ROS 還會損傷線粒體等細胞器，降低線粒體膜電位并破壞其滲透性，減少能量產生，誘導細胞凋亡。另一方面，ROS 促進中性粒細胞和巨噬細胞浸潤，蛋白酶分泌增加，進而增大髓腔壓力，誘導炎癥微環境形成[27-28]。最新研究發現，ROS 通過MAPK/NF-κB/P65 信號通路促進巨噬細胞極化，即巨噬細胞促炎狀態（M1）與抗炎狀態（M2）的比例增加，加劇炎癥[29]。ROS 還可以通過激活炎癥小體NLRP3 促進炎癥發展[30]。

這些研究提示，糖尿病產生的過量ROS 主要通過自身的氧化毒性和引起炎癥反應兩個方面影響牙髓細胞結構和功能，最終引起牙髓組織增齡性病理變化。

2.2 慢性炎癥與免疫反應

高糖環境使組織長期處于慢性低度炎癥狀態，這是引起糖尿病并發癥的重要發病機制[12]。糖尿病積累的AGEs 以濃度依賴性方式促進免疫細胞釋放腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α），激發炎癥反應。AGEs 又通過MAPK 信號通路釋放IL-1β，促進炎癥進展[31]。高糖環境還可直接激活免疫細胞表面的Toll 樣受體，它和TNF-α 均可通過NF-κB 通路進一步激活免疫細胞內的NLRP3[30]，造成多種不良后果。NLRP3 通過胱冬肽酶-1 促進IL-1β 和IL-18釋放，進而刺激免疫細胞產生IL-6，繼而促進肝細胞合成C-反應蛋白、纖溶酶原激活物抑制劑-1 及纖維蛋白原，激活內皮細胞表達黏附分子[32]，最終引起血管的炎癥反應。活化的NLRP3 進一步促進免疫細胞增殖，提高血清中TNF-α 濃度[33]，同時抑制抗炎調節性T 淋巴細胞活化[34]，誘導牙髓細胞凋亡[35]，在惡性循環中級聯放大炎癥效應。

巨噬細胞是牙髓中主要的免疫細胞。高糖環境下增多的游離脂肪酸、ROS 和炎癥微環境均促進巨噬細胞向M1 狀態極化[36]，M1 巨噬細胞常分泌炎癥因子IL-1β、TNF-α 和IL-6。IL-1β 上調黏附分子的表達，從而募集淋巴細胞，并且激活繼發性炎癥介質，共同放大炎癥；TNF-α 激活中性粒細胞和淋巴細胞，使血管內皮細胞通透性增加，并調節其他細胞因子的合成和釋放；IL-6 除上述刺激血管炎癥發生外，還誘導B細胞、T 細胞活化，促進炎癥發展。M1 巨噬細胞通過激活煙酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸氧化酶系統產生ROS，進一步加重牙髓組織氧化應激。M1 巨噬細胞分泌的一氧化氮通過激活殺傷細胞、單核細胞損傷DNA發揮細胞毒性[37]。

綜上，免疫炎癥反應長期存在于牙髓中，并在損傷和修復中影響牙髓組織增齡性病變。臨床上糖尿病患者雖未出現牙髓疾病癥狀，但牙髓中可能已經存在慢性低度持續性的炎癥微環境，加速牙髓的增齡性病理改變，導致牙髓慢性壞死。

3 糖尿病相關的牙髓疾病潛在治療方法

3.1 抗氧化與抗炎藥物

由于氧化應激與炎癥相互伴隨、彼此促進，因此針對糖尿病引起的牙髓退行性變的藥物常具有抗氧化與抗炎雙重作用。動物研究發現，白藜蘆醇和槲皮素均可通過降低ROS 活性、增加超氧化物歧化酶活性發揮抗氧化功能，從而改善牙髓組織中的氧化應激和炎癥微環境[13,38]。N-乙酰半胱氨酸或環孢菌素A 可阻斷mPTP 開口，緩解線粒體功能障礙[11]。紫杉葉素通過碳酸酐酶Ⅸ減緩牙髓干細胞（dental pulp stem cells，DPSCs）在炎癥環境中的凋亡[39]。替格列汀抑制高糖環境中DPSCs 的JNK/AP1/NF-κB 信號通路，降低TNF-α、IL-1β 和IL-6 水平，起到抗炎和抗氧化作用[40]。而煙酰胺磷酸核糖轉移酶抑制劑FK866 則是通過逆轉ROS 誘導的NF-κB/p65 活化和DPSCs 衰老，延緩牙髓組織老化[41]。

3.2 二甲雙胍

二甲雙胍是治療Ⅱ型糖尿病的一線處方藥。體外培養DPSCs 發現，二甲雙胍可通過AMPK/mTOR 信號通路下調衰老相關蛋白的表達[42]、促進DPSCs 成牙本質向分化[43]，使用含有二甲雙胍的新型樹脂材料或鈣磷水門汀培養DPSCs 均可顯著提高其礦化效率[44-45]，二甲雙胍同時促進牙髓血管生成[14]。以上研究表明，二甲雙胍可緩解糖尿病引起的牙髓老化并恢復其功能，但二甲雙胍在糖尿病引起的牙髓增齡性病變中的作用機制及其在組織工程應用中的潛在價值還需要進一步的臨床試驗研究。

3.3 維生素C、D

維生素C 具有抗氧化功能，能夠恢復糖尿病大鼠牙髓組織中的血流速率[46]，緩解糖尿病引起的牙髓增齡性改變。維生素D 參與牙本質礦化過程并發揮重要作用。Uzunoglu-Ozyurek 等[47]研究發現，補充維生素D后可大大恢復糖尿病動物的DPSCs 成牙本質向分化潛能。而將維生素D 加入到三氧化礦物凝聚體材料中用于哺乳動物蓋髓治療可取得更好的效果[48]，因此，維生素D 可參與牙髓再生治療，適用于糖尿病患者。

4 小結

糖尿病是一種全球流行的內分泌代謝紊亂疾病，隨著人口老齡化的發展，糖尿病在未來可能帶來沉重的社會和經濟負擔。糖尿病通過微血管和周圍神經病變引起多種并發癥，也是多種口腔疾病的危險因素。越來越多的研究者發現糖尿病加速了牙髓組織增齡性病變，如髓腔內異常鈣化、牙髓纖維化、血管和神經退行性變等。其中的機制研究主要集中在氧化應激反應和牙髓組織內的炎癥微環境。而相應的治療方法包括抗氧化抗炎藥物、二甲雙胍等，但是距離臨床應用還需要更多的研究證據支持。