肌成纖維細胞在糖尿病牙周炎牙周傷口愈合中作用的研究進展

陶朝宇，趙月萍

肌成纖維細胞在糖尿病牙周炎牙周傷口愈合中作用的研究進展

陶朝宇1,2，趙月萍1,2

1.暨南大學口腔醫學院，廣東廣州 510000；2.暨南大學附屬第一醫院口腔科，廣東廣州 510630

牙周炎導致牙周支持組織喪失，是成年人牙齒喪失的重要原因，嚴重影響人們的生活質量。目前臨床多通過牙周手術再生牙周組織或憑借種植手術恢復缺失牙，與單純牙周炎相比，糖尿病牙周炎由于其高炎癥及高血糖環境，常出現牙周手術和種植手術術后患者傷口愈合延遲。肌成纖維細胞作為傷口愈合的關鍵細胞，通過產生細胞外基質和介導物理收縮參與傷口愈合。本文主要對肌成纖維細胞在糖尿病牙周炎的牙周傷口愈合過程中的作用進行綜述。

肌成纖維細胞；糖尿病；牙周炎；牙周傷口愈合；糖基化終末產物

傷口愈合是一個復雜的過程，包括凝血、炎癥、增殖及傷口周圍組織的重塑四個階段。在第一階段，組織受到損傷時通過血小板的聚集、血管的收縮等使血液凝集。隨后，局部的炎癥環境促進炎癥細胞等浸潤，并刺激巨噬細胞分化，將細胞內的細菌和組織碎片吞噬分解，防止病原微生物在體內擴散。與此同時，炎癥環境促進成纖維細胞分化為肌成纖維細胞[1]，也意味著進入增殖階段。此時，傷口內由血小板、纖維蛋白及纖連蛋白組成臨時細胞外基質（extracellular matrix，ECM）并向上皮遷移，新的血管及膠原合成為最后傷口的重塑提供基礎。最后重塑階段，臨時ECM逐漸降解，并被由膠原蛋白、纖連蛋白及蛋白聚糖組成的新的ECM取代[2]。

皮膚與牙齦由于其具有相似的結構——角化上皮和下方的結締組織，在受到損傷時，其傷口愈合模式具有一定相似性[3]；但與皮膚相比，口腔環境中存在豐富的菌群、富含生長因子及細胞因子的唾液及牙齦成纖維細胞等，因此牙周軟組織傷口愈合更快[4]。

1 牙周炎與牙周傷口愈合

牙周炎由齦下生態失調的微生物群落與機體免疫之間的復雜相互作用引起。臨床證據表明，嗜中性粒細胞是炎癥組織破壞的主要細胞，它們的數量與牙周炎的嚴重程度呈正相關[5]。由于持續的炎癥刺激，慢性牙周炎患者口腔組織中的中性粒細胞比健康人口腔組織中的中性粒細胞壽命更長[6]。同時，齦下失調的微生物群直接或間接通過補體激活產物5激活中性粒細胞。中性粒細胞不僅與適應性免疫細胞（如B細胞、漿細胞和Th17細胞）相互作用，還可產生促炎細胞因子，后者通過減少基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）組織抑制劑的含量，增加MMP水平。這種不平衡增加ECM的降解，損害細胞遷移，并抑制成纖維細胞增殖和膠原蛋白合成[7]。而ECM的分解產物進一步促進炎癥，形成惡性循環[8]。通過種植術治療牙周炎相關的牙列缺損時，常因口腔衛生不佳、吸煙及老齡等因素加劇種植術后軟組織愈合延遲，臨床上多表現為牙周炎患者的種植療效不理想[9]。牙周炎的特殊口腔環境可能是延誤種植術后軟組織愈合進程的一個重要因素。

2 糖尿病與傷口愈合

糖尿病傷口愈合可能與氧化應激、晚期糖基化終末產物（advanced glycation end product，AGE）及細胞免疫有關。高糖暴露通過影響低氧誘導因子-1α快速羥基化和翻譯后的降解來干擾其穩定性。這種變化導致糖尿病創面在軟組織缺血時無法上調血管內皮生長因子，導致血管生成和創面愈合受損。Chen等[10]也通過動物實驗證明改善缺氧環境有利于糖尿病小鼠皮膚傷口的愈合。活性氧（active oxygen，ROS）是傷口愈合階段的關鍵調節劑，低水平的ROS有利于傷口愈合[11]。然而在慢性高血糖環境下，ROS的產生及持續存在會嚴重抑制各種組織中的抗氧化酶和非酶抗氧化劑，進一步加劇氧化應激，導致氧化-還原失衡，這是導致糖尿病傷口無法愈合的主要原因[12]。Kido等[13]通過動物實驗證明高糖誘導的氧化應激可引起成纖維細胞增殖和遷移受損，以損害大鼠腭側牙齦傷口愈合過程。

高血糖通過美拉德反應誘導蛋白質糖基化，導致AGE產生。目前已有動物實驗證明AGE的形成及其與晚期糖基化終末產物受體（advanced glycation end product receptor，RAGE）的相互作用也與糖尿病傷口愈合受損有關[14]。AGE與RAGE結合，增加促炎細胞因子如白細胞介素（interleukins，IL）-1β、IL-6和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的表達，增強某些細胞的氧化應激活性，并交聯膠原蛋白和纖維連接蛋白等ECM蛋白，在ECM上積累并削弱ECM的結構[15]。

糖尿病傷口還涉及幾種失調的細胞功能，如T細胞免疫缺陷、白細胞趨化性、吞噬作用和殺菌能力缺陷及成纖維細胞和表皮細胞的功能障礙。這些缺陷是導致糖尿病患者細菌清除不足、修復延遲或受損的原因[16]。研究表明，似乎存在相似的機制導致糖尿病皮膚傷口與牙周傷口的愈合延遲。

此外，牙周炎與糖尿病一直是互相影響的關系，牙周炎會導致相關細胞胰島素抵抗，從而惡化血糖控制，對糖尿病產生負面影響[17]。另外，咀嚼可導致牙周炎患者牙周病原體及其代謝產物的全身傳播[18]，引起內毒素血癥或菌血癥，升高糖尿病相關炎癥介質如IL-6、纖維蛋白原和C反應蛋白的血清水平。糖尿病患者的免疫細胞功能改變，與非糖尿病患者相比，糖尿病患者牙周組織中的AGE水平升高，導致促炎細胞因子的產生增加，加劇牙周組織的破壞并減少牙周病原體的消除[19]。基于此，可推測糖尿病在一定程度上參與延遲牙周傷口愈合的進程。

3 肌成纖維細胞與傷口愈合

肌成纖維細胞最初被Gabbiani等[20]發現，因具有收縮能力被命名為“肌成纖維樣細胞”，過去的研究表明肌成纖維細胞在創面的修復及器官的纖維化中發揮著重要作用。肌成纖維細胞內含具有收縮特性的α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）、非肌球蛋白和波形蛋白，同時能夠分泌ECM，包括纖維連接蛋白和纖維性膠原，被稱為傷口愈合中的關鍵細胞。它在健康、成熟的結締組織中少見，多見于受損的組織，往往由其他細胞活化而來，如成纖維細胞、周細胞、平滑肌細胞、脂肪組織細胞、間充質干細胞[21]。目前已發現影響肌成纖維細胞活化及功能的因素很多，其中包括微RNA、生長因子、細胞因子、ECM、ECM調節蛋白、膜結合蛋白等[22]。

在牙周傷口愈合過程中，肌成纖維細胞參與新生組織的形成和重塑這兩個階段。在新生組織形成階段，肌成纖維細胞分泌膠原蛋白、纖連蛋白等，參與臨時ECM的形成，從而封閉傷口，防止微生物在更深處的結締組織處定植[23]。同時，膠原纖維的再生將覆蓋于牙根的牙骨質與牙齦和牙槽骨連接起來，在牙周結締組織結構和功能的恢復中發揮關鍵作用[24]。在組織重塑階段，肌成纖維細胞表達α-SMA，增強ECM的收縮和重塑。隨著時間的推移，傷口處組織硬度增加，進一步增強肌成纖維細胞活化，促進非炎癥性傷口的愈合[25]。但過大的基質硬度也可能導致過度纖維化，形成瘢痕。

肌成纖維細胞在皮膚傷口與牙周傷口愈合中的表現不全相同。與皮膚相比，口腔上皮細胞中的轉化生長因子-β1（transforming growth factor，TGF-β1)表達較低，導致肌成纖維細胞活化減少，α-SMA表達下調。此外，在三維培養下，牙齦成纖維細胞中與ECM重塑相關的基因表達量更高[3]，這或許可解釋牙周傷口與皮膚傷口相比，愈合瘢痕較小且愈合速度更快。

與其他部位相比，牙周傷口中炎癥性傷口更多見，且傷口愈合緩慢。傷口愈合的各個階段有時會相互影響[23]。與非炎癥性傷口相比，炎癥性傷口的炎癥階段似乎持續時間更長，傷口處浸潤的炎癥細胞、炎癥細胞因子也更多，直接影響肌成纖維細胞的分化[26]。另外，炎癥還可通過抑制肌成纖維細胞的活化因素間接影響傷口愈合。

4 肌成纖維細胞在糖尿病牙周炎牙周傷口愈合中的作用

肌成纖維細胞在傷口愈合中發揮著重要的作用，而糖尿病會改變傷口愈合反應，鑒于牙周炎與糖尿病的相互作用，目前學者多聚焦于糖尿病牙周炎是否通過肌成纖維細胞的參與影響傷口愈合。

Retamal等[27]通過動物實驗揭示糖尿病大鼠牙周傷口愈合過程中肌成纖維細胞參與的顯著變化，即在增殖階段開始時延遲它們的募集，且肌成纖維細胞在稍后的時間點仍然存在。Tobalem等[28]通過大鼠實驗發現高血糖會導致傷口收縮減少和愈合延遲，這可能與肌成纖維細胞的形成受到抑制有關。肌成纖維細胞募集或分化是由組織中的活性TGF-β1及在愈合過程中逐漸僵硬的組織所驅動的[29]。TGF-β1刺激多種細胞內通路，包括Smad信號蛋白和c-Jun正端蛋白激酶，這兩種信號通路都可能有助于牙齦肌成纖維細胞的分化[30]。此前，已有研究表明糖尿病口腔傷口中TNF增加，而TNF等炎癥細胞因子可能與TGF-β1相互作用，并可能抑制牙齦肌成纖維細胞的分化[31]。TGF-β1是角質形成細胞遷移的有效誘導劑，在正常情況下，叉頭框轉錄因子O1（forkhead box O1，FOXO1）與TGF-β1結合啟動子并上調其表達，但FOXO1的這種能力在糖尿病條件下降低[32]。不僅如此，高葡萄糖還刺激FOXO1向趨化因子配體和IL-36γ啟動子的募集增加，它們可干擾角質形成細胞的遷移，顯著阻礙黏膜傷口的愈合[33]。

糖尿病牙周炎還能通過抑制成纖維細胞分化為肌成纖維細胞，從而影響傷口愈合。Shephard等[34]提出在傷口愈合早期炎癥階段，成纖維細胞表型占主導地位，當傷口環境中促炎作用減弱時，表皮-真皮細胞相互作用，調節角質形成細胞增殖速率，驅動傷口愈合反應，成纖維細胞被α-SMA、ECM分子和基質修飾酶誘導分化為肌成纖維細胞。角質形成細胞的誘導機制需要內源性TGF-β激活，且可被角質形成細胞衍生的或外源性的IL-1拮抗[34]。而角質形成細胞生長因子信號通路可能在糖尿病中發生改變[35]。

在牙齦炎癥時，牙齦組織和齦溝液中γ干擾素（interferon-gamma，IFN-γ）轉錄和翻譯的表達升高，同時與晚期牙周病和病變進展有密切關系[36]。研究表明IFN-γ對肌成纖維細胞的分化及特征蛋白的表達有抑制作用[37]，基于此，可以猜想IFN-γ或許是牙周炎傷口愈合的影響因素之一。有趣的是，在Santos等[38]的實驗中觀察到，與血糖控制不佳的慢性牙周炎兼2型糖尿病患者相比，控制良好的受試者的IFN-γ水平升高，這可能與2型糖尿病患者慢性牙周炎部位的促炎性輔助性T細胞（helper T cell，Th）1或Th17細胞因子占優勢有關[38]。

5 總結與展望

肌成纖維細胞在傷口愈合中意義重大，其產生膠原纖維、纖連蛋白等ECM成分，介導物理收縮，促進傷口愈合。然而，在高糖、低氧、氧化應激的微環境中，因炎癥因子的存在，肌成纖維細胞募集或分化受到一定抑制，這可能是糖尿病牙周炎傷口愈合延遲的影響因素之一。提示可通過促進正向影響因素或抑制負向影響因素來加快糖尿病牙周炎的牙周傷口愈合，并將其運用于臨床治療。

在材料學領域中，已有學者構建了一種新型負載超氧化物歧化酶（superoxide dismutase ，SOD）的抗氧化水凝膠，該水凝膠在糖尿病傷口愈合中表現出高活性的SOD持續釋放[39]，通過加速上皮再形成和增加膠原沉積來促進糖尿病傷口的愈合。但未有研究將這種負載抗氧化劑的水凝膠運用于口腔傷口。另外，肌成纖維細胞還受ECM剛度的影響。暴露于高應力或ECM硬化的傷口中肌成纖維細胞前體激活增多且應力纖維形成增加，使傷口處收縮性增強并加速細胞遷移至損傷部位，提示改變傷口周圍的基質硬度或許有助于傷口愈合[40]。在口腔3D材料日益發展的現在，這或許是一個新方向。

目前來說，肌成纖維細胞在糖尿病牙周炎傷口愈合的研究仍然有限，還需要進一步深入研究闡明相關的機制，為促進糖尿病牙周炎傷口愈合找到新的著力點。

[1] 李文殊, 許宇餃, 卓雅婷, 等. 成纖維細胞在皮膚創傷修復中的作用研究進展[J]. 藥學研究, 2021, 40(3): 191–195.

[2] ROGNONI E, PISCO A O, HIRATSUKA T, et al. Fibroblast state switching orchestrates dermal maturation and wound healing[J]. Mol Syst Biol, 2018, 14(8): e8174.

[3] NIKOLOUDAKI G, CREBER K, HAMILTON D W. Wound healing and fibrosis: A contrasting role for periostin in skin and the oral mucosa[J]. Am J Physiol Cell Physiol, 2020, 318(6): C1065–C1077.

[4] IGLESIAS-BARTOLOME R, UCHIYAMA A, MOLINOLO A A, et al. Transcriptional signature primes human oral mucosa for rapid wound healing[J]. Sci Transl Med, 2018, 10(451): eaap8798.

[5] DUTZAN N, KONKEL J E, GREENWELL-WILD T, et al. Characterization of the human immune cell network at the gingival barrier[J]. Mucosal Immunol, 2016, 9(5): 1163–1172.

[6] LAKSCHEVITZ F S, ABOODI G M, GLOGAUER M. Oral neutrophil transcriptome changes result in a pro-survival phenotype in periodontal diseases[J]. PLoS One, 2013, 8(7): e68983.

[7] TAKEICHI O, HABER J, KAWAI T, et al. Cytokine profiles of T-lymphocytes from gingival tissues with pathological pocketing[J]. J Dent Res, 2000, 79(8): 1548–1555.

[8] ZHAO R, LIANG H, CLARKE E, et al. Inflammation in chronic wounds[J]. Int J Mol Sci, 2016, 17(12): 2085.

[9] POLITIS C, SCHOENAERS J, JACOBS R, et al. Wound healing problems in the mouth[J]. Front Physiol, 2016, 7: 507.

[10] CHEN H, CHENG Y, TIAN J, et al. Dissolved oxygen from microalgae-gel patch promotes chronic wound healing in diabetes[J]. Sci Adv, 2020, 6(20): eaba4311.

[11] DUNNILL C, PATTON T, BRENNAN J, et al. Reactive oxygen species (ROS) and wound healing: The functional role of ros and emerging ros-modulating technologies for augmentation of the healing process[J]. Int Wound J, 2017, 14(1): 89–96.

[12] Cano-Sanchez M, Lancel S, Boulanger E, et al. Targeting oxidative stress and mitochondrial dysfunction in the treatment of impaired wound healing: A systematic review[J]. Antioxidants, 2018, 7(8): 98.

[13] Kido D, Mizutani K, Takeda K, et al. Impact of diabetes on gingival wound healing via oxidative stress[J]. PLoS One, 2017, 12(12): e0189601.

[14] HUIJBERTS M S, SCHAPER N C, SCHALKWIJK C G. Advanced glycation end products and diabetic foot disease[J]. Diabetes Metab Res Rev, 2008, 24 Suppl 1: S19–S24.

[15] GURAV A, JADHAV V. Periodontitis and risk of diabetes mellitus[J]. J Diabetes, 2011, 3(1): 21–28.

[16] MI Q, RIVIèRE B, CLERMONT G, et al. Agent-based model of inflammation and wound healing: insights into diabetic foot ulcer pathology and the role of transforming growth factor-beta1[J]. Wound Repair Regen, 2007, 15(5): 671–682.

[17] WEINSPACH K, STAUFENBIEL I, MEMENGA-NICKSCH S, et al. Level of information about the relationship between diabetes mellitus and periodontitis--results from a nationwide diabetes information program[J]. Eur J Med Res, 2013, 18(1): 6.

[18] GURAV A N. Periodontal therapy--an adjuvant for glycemic control[J]. Diabetes Metab Syndr, 2012, 6(4): 218–223.

[19] MEALEY B L, OATES T W. Diabetes mellitus and periodontal diseases[J]. J Periodontol, 2006, 77(8): 1289–1303.

[20] GABBIANI G, RYAN G B, MAJNE G. Presence of modified fibroblasts in granulation tissue and their possible role in wound contraction[J]. Experientia, 1971, 27(5): 549–550.

[21] IWASAKI K, KOMAKI M, AKAZAWA K, et al. Spontaneous differentiation of periodontal ligament stem cells into myofibroblast during ex vivo expansion[J]. J Cell Physiol, 2019, 234(11): 20377–20391.

[22] HINZ B, PHAN S H, THANNICKAL V J, et al. Recent developments in myofibroblast biology: paradigms for connective tissue remodeling[J]. Am J Pathol, 2012, 180(4): 1340–1355.

[23] GURTNER G C, WERNER S, BARRANDON Y, et al. Wound repair and regeneration[J]. Nature, 2008, 453(7193): 314–321.

[24] SMITH P C, MARTíNEZ C, MARTíNEZ J, et al. Role of fibroblast populations in periodontal wound healing and tissue remodeling[J]. Front Physiol, 2019, 10: 270.

[25] XU H, HE Y, FENG J Q, et al. Wnt3α and transforming growth factor-β induce myofibroblast differentiation from periodontal ligament cells via different pathways[J]. Exp Cell Res, 2017, 353(2): 55–62.

[26] SMITH P, MARTíNEZ J. Differential up a expression by TGF-β1 in gingival fibroblasts[J]. J Dent Res, 2006, 85(2): 150–155.

[27] RETAMAL I, HERNáNDEZ R, VELARDE V, et al. Diabetes alters the involvement of myofibroblasts during periodontal wound healing[J]. Oral Dis, 2020, 26(5): 1062–1071.

[28] TOBALEM M, LéVIGNE D, MODARRESSI A, et al. Hyperglycemia interacts with ischemia in a synergistic way on wound repair and myofibroblast differentiation[J]. Plast Reconstr Surg Glob Open, 2015, 3(7): e471.

[29] HINZ B. The role of myofibroblasts in wound healing[J]. Curr Res Transl Med, 2016, 64(4): 171–177.

[30] SMITH P C, CáCERES M, MARTINEZ J. Induction of the myofibroblastic phenotype in human gingival fibroblasts by transforming growth factor-beta1: role of Rhoa-Rock and c-Jun N-terminal kinase signaling pathways[J]. J Periodontal Res, 2006, 41(5): 418-425.

[31] ARANCIBIA R, OYARZúN A, SILVA D, et al. Tumor necrosis factor-α inhibits transforming growth factor-β- stimulated myofibroblastic differentiation and extracellular matrix production in human gingival fibroblasts[J]. J Periodontol, 2013, 84(5): 683–693.

[32] ZHANG C, PONUGOTI B, TIAN C, et al. FOXO1 differentially regulates both normal and diabetic wound healing[J]. J Cell Biol, 2015, 209(2): 289–303.

[33] XU F, OTHMAN B, LIM J, et al. Foxo1 inhibits diabetic mucosal wound healing but enhances healing of normoglycemic wounds[J]. Diabetes, 2015, 64(1): 243–256.

[34] SHEPHARD P, MARTIN G, SMOLA-HESS S, et al. Myofibroblast differentiation is induced in keratinocyte- fibroblast co-cultures and is antagonistically regulated by endogenous transforming growth factor-beta and interleukin-1[J]. Am J Pathol, 2004, 164(6): 2055–2066.

[35] PENG Y, WU S, TANG Q, et al. KGF-1 accelerates wound contraction through the TGF-β1/Smad signaling pathway in a double-paracrine manner[J]. J Biol Chem, 2019, 294(21): 8361–8370.

[36] GEMMELL E, SEYMOUR G J. Immunoregulatory control of Th1/Th2 cytokine profiles in periodontal disease[J]. Periodontology, 2000, 2004, 35(1): 21–41.

[37] SOBRAL L M, MONTAN P F, MARTELLI‐JUNIOR H, et al. Opposite effects of TGF‐β1 and IFN‐γ on transdifferentiation of myofibroblast in human gingival cell cultures[J]. J Clin Periodontol, 2007, 34(5): 397–406.

[38] SANTOS V R, RIBEIRO F V, LIMA J A, et al. Cytokine levels in sites of chronic periodontitis of poorly controlled and well‐controlled type 2 diabetic subjects[J]. J Clin Periodontol, 2010, 37(12): 1049–1058.

[39] ZHANG L, MA Y, PAN X, et al. A composite hydrogel of chitosan/heparin/poly (γ-glutamic acid) loaded with superoxide dismutase for wound healing[J]. Carbohydr Polym, 2018, 180: 168–174.

[40] HINZ B, MASTRANGELO D, ISELIN C E, et al. Mechanical tension controls granulation tissue contractile activity and myofibroblast differentiation[J]. Am J Pathol, 2001, 159(3): 1009–1020.

R781.42

A

10.3969/j.issn.1673-9701.2023.01.027

廣東省自然科學基金項目（2114050001679）

趙月萍，電子信箱：2466774225@qq.com

（2022–06–21）

（2022–12–08）