自噬調(diào)節(jié)牙萌出骨改建機(jī)制研究進(jìn)展

鄧 晴 秦 晗

南京醫(yī)科大學(xué)連云港臨床醫(yī)學(xué)院口腔科，江蘇連云港 222002

牙萌出是發(fā)育中的牙胚在牙冠形成后向咬合平面移動(dòng)達(dá)功能位置的復(fù)雜過程，對(duì)牙列和頜面部正常發(fā)育至關(guān)重要。在牙萌出時(shí)牙胚冠破骨細(xì)胞分化參與牙萌出通道形成，同時(shí)牙槽窩底分化出成骨細(xì)胞產(chǎn)生新生骨質(zhì)作為推動(dòng)牙萌出的動(dòng)力，這一成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞作用協(xié)調(diào)構(gòu)建骨改建的動(dòng)態(tài)平衡是確保牙正常萌出關(guān)鍵[1]。自噬是真核生物細(xì)胞內(nèi)高度保守的物質(zhì)降解過程，其通過降解胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器、蛋白質(zhì)和大分子物質(zhì)隨后對(duì)分解代謝產(chǎn)物進(jìn)行能量物質(zhì)再循環(huán)，維持細(xì)胞的生存和正常生命活動(dòng)[2]。自噬與破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨重建密切相關(guān)，可通過與調(diào)節(jié)骨改建信號(hào)通路相互作用參與骨改建[3-6]。Pieles等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在牙萌出過程中自噬激活可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，提示自噬參與了牙萌出骨改建過程，具體機(jī)制不明。本文將調(diào)節(jié)牙萌出骨改建的主要信號(hào)通路Notch 信號(hào)通路、Wnt 信號(hào)通路、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/骨形態(tài)發(fā)生蛋白信號(hào)通路、Hedgehog 信號(hào)通路、NF-κB 受體激活蛋白配體（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL）/NF-κB 受體激活蛋白（receptor activator of NF-κB，RANK）/護(hù)骨因子（osteoprotegeri，OPG）信號(hào)通路與自噬的聯(lián)系作一綜述，以期為靶向自噬治療骨改建異常造成牙萌出障礙提供治療新方法和參考依據(jù)。

1 自噬通過Notch 信號(hào)通路參與骨改建

Notch 信號(hào)通路經(jīng)Notch1-4 受體和配體結(jié)合在骨改建中發(fā)揮多種功能，包括成骨細(xì)胞分化和礦化、破骨細(xì)胞募集和細(xì)胞融合及成骨細(xì)胞或破骨前體細(xì)胞增殖[8]。在牙萌出過程的成骨分化期間，Notch 信號(hào)被激活。Rao 等[9]通過體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高糖高脂飲食喂養(yǎng)下構(gòu)建的2 型糖尿病小鼠模型中成骨細(xì)胞自噬下降，導(dǎo)致Notch 信號(hào)傳導(dǎo)下調(diào)抑制成骨，造成糖尿病骨質(zhì)疏松。該研究提示自噬與Notch 信號(hào)通路在成骨分化調(diào)節(jié)呈正相關(guān)，由此推測(cè)在牙萌出時(shí)自噬與Notch 信號(hào)協(xié)同促進(jìn)成骨。Yoshida 等[10]敲除小鼠成骨細(xì)胞自噬負(fù)調(diào)節(jié)基因RUBCN/Rubicon 基因得到自噬特異性上調(diào)的成骨細(xì)胞標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞自噬上調(diào)可加速Notch 胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的降解，從而激活Notch信號(hào)通路傳導(dǎo)促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。此外，該研究進(jìn)一步提出調(diào)節(jié)自噬改變Notch 信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)成骨分化的藥物可用于治療與年齡相關(guān)的骨質(zhì)疏松和骨折。在牙萌出過程中，通過靶向自噬促進(jìn)Notch 胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域降解活化Notch 信號(hào)通路傳導(dǎo)而誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化，可作為因成骨分化異常造成動(dòng)力不足的牙萌出障礙的治療方法。

2 自噬通過Wnt 信號(hào)通路參與骨改建

Wnt 信號(hào)通路對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞系細(xì)胞的分化必不可少，且Wnt 信號(hào)通路可抑制破骨細(xì)胞分化[11]。在牙萌出時(shí)，Wnt 信號(hào)通路的激活可調(diào)節(jié)牙槽窩底成骨細(xì)胞分化形成新骨。包佳琦[12]以TNF-α 模擬炎癥微環(huán)境培養(yǎng)抑制成骨細(xì)胞自噬活性，通過對(duì)自噬及成骨各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞自噬抑制可下調(diào)Wnt 信號(hào)通路傳導(dǎo)抑制成骨分化，使用自噬誘導(dǎo)劑后該抑制作用減弱。由此可得，自噬與Wnt 信號(hào)通路在牙萌出成骨分化調(diào)控呈正相關(guān)。當(dāng)Wnt 信號(hào)下調(diào)可誘導(dǎo)破骨細(xì)胞前體細(xì)胞分化為破骨細(xì)胞，參與牙萌出通道形成。Chen 等[13]在體外使用脂多糖對(duì)前體成骨細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)脂多糖可激活前破骨細(xì)胞自噬活性，下調(diào)Wnt 信號(hào)通路，促進(jìn)前破骨細(xì)胞分化為破骨細(xì)胞，提示自噬可負(fù)向調(diào)控Wnt 信號(hào)參與牙萌出破骨細(xì)胞分化。牙萌出需成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞作用協(xié)調(diào)，Wnt/β-catenin 信號(hào)過強(qiáng)或過弱均影響牙萌出[14-15]。自噬誘導(dǎo)劑可促進(jìn)成骨分化用于牙槽骨丟失的治療，而自噬抑制劑適用于治療因破骨細(xì)胞能力增強(qiáng)而造成牙槽骨丟失的選擇，揭示調(diào)節(jié)自噬可成為潛在的用于成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞作用失衡造成牙萌出障礙的治療方法。

3 自噬通過TGF-β/骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信號(hào)通路參與骨改建

TGF-β 信號(hào)通路超家族成員由成骨細(xì)胞和其他骨細(xì)胞產(chǎn)生，大量存在于骨基質(zhì)中；BMP 是細(xì)胞外多功能信號(hào)傳導(dǎo)細(xì)胞因子和TGF-β 超家族的成員，這些多效性生長(zhǎng)因子可刺激骨細(xì)胞增殖、早期分化、成骨細(xì)胞譜系定型在促進(jìn)骨形成和重塑中至關(guān)重要[16]。在牙萌出過程中，TGF-β 信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)成骨分化非常重要。Zhang 等[17]研究表明，2 型糖尿病相關(guān)性骨質(zhì)疏松的病因?yàn)橐葝u素可上調(diào)TGF-β 信號(hào)通路抑制自噬和促進(jìn)過早衰老阻礙骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨。而Wan等[18]則證明了激活自噬可以抑制TGF-β1 在成骨細(xì)胞中的過度表達(dá)所引起的骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展，從而減輕骨關(guān)節(jié)炎的癥狀。以上研究結(jié)果提示，自噬與TGF-β 信號(hào)通路可在骨改建中相互調(diào)控。BMP 作為重要的骨形成促進(jìn)蛋白，在牙萌出時(shí)可與TGF-β 信號(hào)傳導(dǎo)相互作用參與成骨分化調(diào)控。BMP9 是一種強(qiáng)效骨誘導(dǎo)性BMP，Zhao 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，BMP9 可有效上調(diào)多個(gè)自噬相關(guān)基因在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中的表達(dá)，而使用自噬抑制劑氯喹時(shí)該現(xiàn)象則顯著抑制，說(shuō)明BMP 信號(hào)通路可協(xié)調(diào)自噬促進(jìn)成骨分化。王雅雯等[20]發(fā)現(xiàn)，低氧能激活成骨細(xì)胞自噬活性，上調(diào)TGF-β 和BMP2 表達(dá)，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，利于種植體骨結(jié)合，提示自噬可正調(diào)控TGF-β/BMP 信號(hào)通路促進(jìn)牙萌出時(shí)成骨分化。由此可見通過加強(qiáng)成骨細(xì)胞自噬，上調(diào)TGF-β/BMP 信號(hào)促進(jìn)成骨分化，可用于治療因骨量生成不足而導(dǎo)致的牙萌出障礙。

4 自噬通過Hedgehog 信號(hào)通路參與骨改建

在Hedgehog 信號(hào)通路中，Hedgehog 蛋白作為配體蛋白啟動(dòng)信號(hào)通路。Patched 蛋白是信號(hào)通路靶細(xì)胞細(xì)胞膜表面的直接受體，Smoothened 蛋白是信號(hào)通路靶細(xì)胞上的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，負(fù)責(zé)胞內(nèi)信號(hào)；Gli 蛋白作為胞內(nèi)信號(hào)分子是轉(zhuǎn)錄效應(yīng)器，負(fù)責(zé)啟動(dòng)效應(yīng)細(xì)胞內(nèi)靶基因的轉(zhuǎn)錄。Patched 蛋白通過抑制Smoothened 蛋白活性影響Gli 蛋白的轉(zhuǎn)錄，負(fù)調(diào)節(jié)Hedgehog 信號(hào)，而Smoothened 蛋白激活可誘導(dǎo)Gli 蛋白轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)Hedgehog 信號(hào)傳導(dǎo)[21]。在牙萌出過程中，Hedgehog 信號(hào)參與成骨細(xì)胞分化的調(diào)控影響骨改建，該信號(hào)傳導(dǎo)抑制牙囊干細(xì)胞成骨分化[22]。自噬和Hedgehog 信號(hào)通路是調(diào)節(jié)成骨分化的兩個(gè)重要因素，姚義興[23]研究發(fā)現(xiàn)自噬與Hedgehog 信號(hào)通路之間存在著相互調(diào)控作用，揭示了自噬與Hedgehog 信號(hào)通路可在牙萌出骨改建中相互調(diào)節(jié)。Hu 等[24]使用斑馬魚動(dòng)物模型對(duì)自噬與Hedgehog 信號(hào)通路之間調(diào)控成骨分化的機(jī)制進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)使用藥物抑制Hedgehog 信號(hào)通路可促進(jìn)自噬活動(dòng)，而敲除Hedgehog 負(fù)調(diào)節(jié)因子Patched 蛋白可激活Smoothened 蛋白，誘導(dǎo)Gli 蛋白轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)Hedgehog 信號(hào)傳導(dǎo)則抑制自噬，然而自噬的改變對(duì)Hedgehog 信號(hào)并無(wú)影響。該結(jié)果提示Hedgehog 信號(hào)可通過負(fù)調(diào)節(jié)自噬作用于牙萌出成骨分化，且Hedgehog 信號(hào)是成骨細(xì)胞自噬的上游調(diào)控信號(hào)。綜上所述，調(diào)節(jié)自噬不影響Hedgehog 信號(hào)通路介導(dǎo)的成骨分化，但使用藥物調(diào)節(jié)Hedgehog 信號(hào)通路活性反向調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞自噬活性，從而調(diào)節(jié)牙萌出過程中成骨分化不失為因成骨異常導(dǎo)致牙萌出障礙可行的方法。

5 自噬通過RANKL/RANK/OPG 信號(hào)通路參與骨改建

RANKL/RANK/OPG 信號(hào)傳導(dǎo)軸通過調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間的相互作用影響骨重建，RANKL和OPG 之間的平衡決定了骨吸收率[25]。在牙萌出過程中，RANKL/RANK/OPG 信號(hào)通路是成骨細(xì)胞系細(xì)胞實(shí)現(xiàn)對(duì)破骨細(xì)胞分化調(diào)控的重要信號(hào)。當(dāng)RANKL/OPG 比值下降，破骨細(xì)胞分化受抑制。Tong 等[26]研究表明，自噬可提高OPG 的表達(dá)，從而降低RANKL/OPG 比值，抑制破骨細(xì)胞的分化與骨吸收；當(dāng)RANKL/OPG 比值升高，則可誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化。Li 等[27]發(fā)現(xiàn)，壓力作用下激活自噬，可通過提高RANKL/OPG 比值促進(jìn)破骨細(xì)胞分化。因此，在牙萌出時(shí)自噬可通過RANKL/RANK/OPG 信號(hào)通路參與破骨分化的調(diào)控，確保牙萌出通道的形成。Qin 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞自噬可影響RANKL/OPG 比值，造成RANKL/RANK/OPG信號(hào)通路傳導(dǎo)異常，打破牙萌出過程成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞功能的平衡，并推測(cè)這可能是導(dǎo)致牙萌出障礙的原因，該項(xiàng)研究提示通過調(diào)節(jié)自噬將RANKL/OPG 比值穩(wěn)定在適當(dāng)水平利于牙萌出。使用自噬調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)RANKL/OPG 比值用于干預(yù)骨改建已有相關(guān)報(bào)道，Chen 等[29]研究表明，正畸力誘導(dǎo)下牙槽骨組織受壓側(cè)存在顯著的自噬，3-甲基腺嘌呤可通過上調(diào)RANKL/OPG 比值促進(jìn)破骨細(xì)胞分化而使骨密度下降；而雷帕霉素則可下調(diào)RANKL/OPG 比值使骨密度下降。綜上，調(diào)節(jié)自噬確可用于破骨細(xì)胞分化抑制，牙萌出通道未能形成造成的牙萌出障礙的治療。

6 總結(jié)與展望

自噬在牙萌出過程中可通過調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞分化與功能，以及成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞作用的動(dòng)態(tài)平衡，在牙萌出骨改建過程發(fā)揮重要作用。自噬異常導(dǎo)致牙萌出骨代謝的紊亂，往往造成牙萌出障礙。關(guān)于牙萌出障礙的臨床治療方法主要是牽引及正畸，但目前靶向自噬作為許多骨代謝異常疾病的新型藥物已被考慮用于臨床治療[30]。因此，調(diào)節(jié)自噬用于骨代謝異常導(dǎo)致牙萌出障礙，可作為一種潛在的治療方法。本文總結(jié)并推測(cè)自噬參與牙萌出骨改建的機(jī)制，為靶向自噬作為臨床治療牙萌出障礙提供理論依據(jù)。目前自噬在牙萌出骨改建機(jī)制中的研究還不夠全面和深入，期待未來(lái)有更多研究將自噬與牙萌出骨改建聯(lián)系起來(lái)，將自噬調(diào)節(jié)劑用于骨改建失衡所致的牙萌出異常治療中。

利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。