咬合創傷在牙周炎發生發展中的作用及機制的研究進展

劉體倩 梁星 劉蔚晴 李曉虹 朱睿

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修復科 成都 610041

牙周炎是一種以菌斑生物膜為始動因子，以牙周支持組織破壞為特征的慢性炎癥性疾病,可導致牙槽骨吸收、牙齒松動甚至脫落，嚴重影響患者的身心健康，是成人失牙的首要原因[1]。

適宜的咬合力可以促進牙槽骨組織的再生和改建[2-3]。低咬合功能狀態下的牙槽骨骨密度降低，骨質結構變得疏松；牙周膜寬度縮窄且牙周膜纖維排列變得紊亂[4]。然而，超出牙周組織和牙齒適應能力的力量，即創傷性咬合力，舊稱過度咬合力，能夠打破生理性咬合力刺激下成骨—破骨細胞的骨穩態，可導致一系列的病變[5]。2017年，牙周病和種植體周病國際研討會首次就牙周健康的定義達成共識，并指出創傷性咬合力是影響牙周健康的因素之一。Fan等[6]將該會議的共識進一步綜述總結為：單純咬合創傷不會引起牙周炎或附著喪失，咬合創傷只有和牙菌斑同時存在時，才能促進牙周炎的發生發展。

本文將從炎癥促進、成骨抑制和破骨激活的3個方面，將炎癥狀態下咬合創傷在牙周炎發生發展中的作用的研究進行綜述。

1 炎癥狀態下咬合創傷的炎癥促進作用

1.1 牙周組織的炎癥反應

牙周組織始終暴露在口腔微生物群和其他物理刺激下。生理狀態下，局部免疫反應和微生物群之間處于動態平衡狀態。但當全身免疫低下或口腔局部環境發生改變時，牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.gingivalis） 等 核 心微生物群開始定植，損傷宿主的防御反應，使口腔微生物群的種類及其數量發生改變[7-8]?？谇痪号c宿主間的平衡被打破，引起免疫失調，失衡的微生物由原來的共生狀態轉變為致病狀態，從而誘導牙周組織的炎癥[9]。P.gingivalis等誘導牙周炎的核心微生物群過度激活免疫反應，釋放大量的免疫細胞，產生白細胞介素（interleukin，IL）如IL-6、IL-8、IL-1β、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF）-α、巨噬細胞集落刺激因子（ma-crophage-colony stimulating factor，M-CSF）、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）等一系列促炎因子，能抑制成骨細胞的活性，刺激破骨細胞的生成，加重牙槽嵴的吸收，促進牙周組織炎癥的發生發展[10-11]。

1.2 炎癥狀態下咬合創傷加重牙周組織炎癥

臨床研究發現，伴咬合創傷的牙周組織炎癥水平顯著高于單純的牙周炎者。祁海龍等[12]對104名慢性牙周炎患者的齦溝液進行檢驗的結果表明：伴咬合創傷的慢性牙周炎患者的齦溝液炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6、骨吸收指標Ⅰ型膠原交聯C端肽（ciguatoxin-1，CTX-1）和總Ⅰ型前膠原氨基末端肽（total procollagen type 1 amino-terminal propeptide，tPINP）的表達水平均高于不伴咬合創傷的慢性牙周炎患者。

Zhou等[13]檢查未經治療的慢性牙周炎患者的807顆患牙發現，合并高咬合力的患牙的牙周組織表現為更深的探診深度，更高頻的探診出血指數，以及更明顯的牙周膜間隙增寬，提示咬合創傷可進一步加重牙周組織的破壞。Iwata等[14]的研究表明：錯畸形所導致的咬合創傷可加重牙周附著喪失，進一步加深骨下袋的形成，從而加重牙周炎的發生發展。Inchingolo等[15]對伴有咬合創傷的牙周炎患者進行牙周夾板治療，結果表明：咬合調整可改變齦下菌斑生物膜的組成，減少牙周探診的深度，改善牙周出血，同時經治療后，重度牙周炎患者的牙周溢膿減少。

動物實驗的結果也表明，炎癥狀態下的咬合創傷可通過促進炎癥因子表達進一步加重牙周炎的發生發展。Yoshinaga等[16]通過局部應用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）構建大鼠牙周炎模型的研究結果表明：與單純牙周炎比較，牙周炎合并咬合創傷的核因子κB受體活化因子配體（receptor activator of nuclear factor kappa Beta ligand，RANKL）的表達明顯上調，牙槽骨吸收明顯。Nakatsu等[17]的研究也表明，咬合創傷可進一步損傷牙周炎小鼠的牙周組織膠原纖維，增加抗原的組織滲透性，導致免疫復合物形成區域擴大，促進局部炎癥反應，最終激活破骨細胞的分化，加重牙槽嵴的吸收。

此外，體外研究實驗結果還表明，炎癥狀態下，應力通過上調炎癥因子表達而進一步加重牙周炎的發生發展。Jia等[18]用LPS誘導人牙周膜成纖維細胞（human periodontal ligament fibroblasts，h-PDLFs）炎癥狀態后對其施加循環應力，結果顯示與單純的炎癥刺激相比，炎癥刺激伴循環壓應力顯著增加炎癥相關標志物單核細胞趨化蛋白（monocyte chemotactic protein，MCP） -1、TNF-α、IL-1β、IL-6、RANKL和M-CSF的表達。El-Awady等[19]收集慢性牙周炎患者的hPDLCs，并對其施加壓應力的研究結果表明，基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）、IL-6和IL-16等21個炎癥相關基因明顯上調，提示炎癥狀態下壓應力可顯著上調炎癥因子的表達，從而促進牙周炎的發生發展。R?mer等[20]將壓應力和炎癥共刺激下的hPDLCs與單純炎癥刺激的hPDLCs進行比較，結果顯示壓應力可顯著上調C環氧合酶（cyclo-oxygenase， COX） -2 和 RANKL 的 表 達 。 COX-2 是PGE2生成的關鍵酶，能夠促進PGE2的生成，從而加重牙槽嵴的吸收。

2 炎癥狀態下咬合創傷的成骨抑制作用

2.1 炎癥對成骨分化過程的抑制作用

炎癥狀態下，牙周組織中Runt相關轉錄因子2（Runt-related transcription factor 2，Runx2）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）、骨涎蛋白（bone sialoprotein，BSP）等的成骨關鍵因子表達水平和堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性顯著降低，成骨分化受到抑制[21]。

2.2 炎癥狀態下咬合創傷抑制成骨分化的相關機制

炎癥狀態下咬合創傷抑制成骨分化的相關機制主要包括以下4個通路。

2.2.1 IKK-核 因子 κB （nuclear factor kappa B，NF-κB）信號通路 IKK-NF-κB信號通路是經典的促炎反應信號通路，參與免疫應答、癌癥發生、成骨與破骨吸收多個方面的生理病理過程[22]。

研究[23]表明：對比未加力，MC3T3-E1細胞在周期性單軸壓應力和LPS雙重刺激下，IKK-NF-κB信號通路顯著激活，Runx2、BSP和OCN表達下降，ALP活性降低，提示成骨分化受到抑制；反之，使用IKK-2抑制劑Ⅵ阻斷NF-κB信號通路可減少炎癥因子的表達及骨吸收，提示NF-κB 信號通路參與伴咬合創傷牙周炎的免疫應答過程。

2.2.2 Wnt 信號通路 Wnt信號通路可分為經典的β-連環蛋白依賴性途徑和非β-連環蛋白依賴性途徑。經典Wnt信號通路在間充質干細胞體外成骨誘導、牙周組織的再生方面起到積極作用[24]。體外研究結果表明：循環壓力下β-連環蛋白下調,Wnt信號轉導被抑制，從而抑制成骨細胞分化和骨形成[23]。Wnt4是一種非經典Wnt信號通路典型的配體，具有抑制NF-κB信號轉導、破骨細胞分化和促進間充質細胞向成骨分化的作用[25]。Xu等[26]的研究結果表明：與單純LPS刺激相比，周期循環壓力和LPS共刺激能夠顯著抑制MC3T3-E1細胞中Rho相關卷曲形成蛋白激酶（Rho-associated coiled kinase，ROCK），從而阻斷Wnt4信號通路的激活，使Runx2表達下降，ALP活性下降，成骨細胞分化受到抑制，促炎因子RANKL。p-IκBα和P65上調，提示咬合創傷通過抑制Wnt4信號通路從而加重牙周組織炎癥的發生發展。

2.2.3 長鏈非編碼RNA （long-chain non-coding RNA，LncRNA）信號通路 LncRNA信號通路在調控細胞周期、分化以及表觀遺傳等生命活動中發揮重要作用。分化拮抗非蛋白編碼RNA（differentiation antagonizing non-protein coding RNA，Dancr）是近年來新發現的LncRNA，可抑制骨形成相關因子Runx2的表達以及人牙周膜干細胞向成骨細胞分化[27]。

研究[28]表明：對炎癥狀態下的MC3T3-E1細胞施加單軸循環壓應力可抑制Dancr信號通路，使Runx2表達降低，ALP活性下降，成骨細胞的活性受到抑制，但促炎因子如p-p65、p-IκBα顯著上升，上調Dancr可減輕循環應力所加重的炎癥反應。上述實驗結果提示，Dancr參與咬合創傷加重牙周炎發生發展的免疫應答。然而，由于物種之間基因的差別，小鼠Dancr信號通路可促進成骨細胞分化，而人體內Dancr的表達可抑制成骨分化[29]。因此，Dancr信號通路在人體中參與咬合創傷加重牙周炎炎癥的作用機制有待進一步研究。

2.2.4 細胞癌基因Fos 蛋白 （cellular oncogene fos，c-Fos）信號通路 c-Fos信號通路屬于Fos蛋白家族，具有調節細胞生長、增殖和分化的作用[30]。Wang等[31]將MC3T3-E1同RAW264.7 （單核巨噬細胞系）細胞共培養于含LPS的培養基并施加拉應力，結果表明：其炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β的表達水平顯著升高，ALP活性呈時間依賴性下降，提示成骨細胞的分化被抑制；同時，c-fos的表達隨時間延長呈4~10倍遞增，提示拉應力對成骨分化的抑制作用可能與c-Fos的表達上調有關。

3 炎癥狀態下咬合創傷的破骨激活作用

3.1 炎癥對破骨細胞生成的促進作用

P. gingivalis等誘發牙周炎的核心微生物激活機體免疫系統產生的多種細胞因子可以激活破骨細胞，引起骨吸收，從而促進牙周炎的發生發展。RANKL是破骨細胞分化的主要調節因子，其中IL-6、IL-1β和TNF-α可調節RANKL的分泌，促進牙周組織炎癥進展和破骨吸收。骨保護素（osteoprotegerin，OPG）作為RANKL的內源性抑制劑，與RANKL結合，可阻斷其與RANK 的相互作用，抑制破骨細胞生成[9,21]。因此，RANKL/OPG比值升高可作為牙周炎進展的潛在生物標志物[32]。

3.2 炎癥狀態下咬合創傷激活破骨吸收的相關機制

炎癥狀態下咬合創傷激活破骨吸收的相關機制主要包括以下2個通路。

3.2.1 Hippo-Yes相關蛋白（Yes-associated protein，YAP）信號通路 Hippo-YAP具有調節器官大小、組織穩態以及癌癥發展等功能[33]。YAP是Hippo信號通路中的主要下游效應因子，可調節成骨和破骨分化以及骨代謝。

Pan等[34]的研究結果表明：咬合創傷可激活Hippo-YAP 途徑，而且與炎癥共刺激時更加顯著地促進牙周組織及成骨細胞中YAP和IL-6、TNF-α的表達，加劇牙周組織的炎癥反應以及牙槽骨破壞。Wei等[35]的研究結果顯示：伴有咬合創傷的慢性牙周炎患者的Yes蛋白顯著高于單純慢性牙周炎患者，抑制YAP可阻礙該蛋白與Jun氨基末端激酶（Jun N-terminal kinases，JNK）促炎通路因子的串聯作用，減輕咬合創傷所加劇的炎癥反應和骨吸收。上述研究結果均提示，Hippo-YAP信號通路參與咬合創傷加重慢性牙周炎的炎癥反應及骨吸收。

3.2.2 細胞焦亡 細胞焦亡是近年來新發現的一種由半胱天冬酶-1（cysteinyl aspartate-specific proteinase-1，caspase-1）所介導的程序性細胞死亡，以細胞裂解并釋放大量促炎因子，擴大炎癥反應為主要特征[36]。其中，NOD樣受體蛋白3（NOD-like receptor pyrin domain containing protein 3，NLRP3）是caspase-1的上游因子。研究[36-37]報道，缺氧環境下P.gingivalis可通過激活Caspase-1加重牙周組織的炎癥。

Jiang等[38]通過構建牙周炎伴咬合創傷的動物模型的研究結果表明：伴咬合創傷牙周炎的牙槽骨吸收顯著高于單純牙周炎者，其原因是咬合創傷可激活NLRP3/caspase-1/IL-1β信號通路，上調RANKL/OPG比值，促進破骨細胞的生成，加重牙周組織的炎癥反應，提示細胞焦亡參與咬合創傷促進牙周炎發展。

4 成骨抑制和破骨激活加重牙周炎發生發展機制之間的關聯性

咬合創傷可通過炎癥促進、成骨抑制和破骨激活三方面串聯加重牙周組織的炎癥；同時，這三者之間相互串擾共同影響牙周炎癥反應。如P.gingivalis合并創傷性咬合可激活成骨細胞中NF-κB信號通路，促進β-連環蛋白的降解，抑制經典的Wnt信號通路，阻礙成骨分化和骨形成[23]。循環壓力在抑制Wnt信號通路后,除直接激活IKK-NF-κB信號通路，還可抑制Wnt4信號通路進而間接激活IKK-NF-κB信號通路，抑制成骨相關因子的表達,阻礙成骨細胞的分化[26]。咬合創傷可抑制Dancr信號通路并上調促炎因子p-p65和p-IκBα，同時間接激活NF-κB信號通路[27]。YAP過表達會加劇NF-κB 途徑所介導的炎癥反應[39]。此外，Wnt信號通路與Hippo-YAP信號通路之間也存在相互關聯，如抑制間充質細胞中YAP會增強Wnt信號轉導和Runx2活性，促進成骨細胞的形成[40-42]。

5 結束語

牙周炎是全球第六大常見疾病，病變晚期可導致患者牙齒松動和脫落，影響患者的美觀和咀嚼功能。生理狀態下的咬合力有利于牙周組織之間的改建和重塑，而在炎癥狀態下咬合創傷可通過炎癥促進、成骨抑制和破骨激活從而加重牙周炎的發生發展，這三者之間相互串擾加重牙周組織炎癥：咬合創傷可激活IKK-NF-κB信號通路，抑制Wnt信號通路，減少成骨細胞的生成；咬合創傷激活Dancr信號通路可促成破骨細胞的生成；同時，Dancr可促進IKK-NF-κB信號表達相關的促炎因子生成，抑制成骨細胞的生成。在咬合創傷的刺激下Hippo-YAP信號被激活后，可促成破骨細胞的生成，加重牙槽骨的吸收，并通過抑制Wnt信號通路減少成骨細胞的生成。然而，牙周組織如何感知咬合創傷以及牙周炎協同咬合創傷可進一步促進牙槽骨吸收的機制研究尚未完全明確，仍需進一步探討。因此，深入全面地探索咬合創傷在牙周炎發生發展中的作用，闡明相關分子機制，有望為牙周炎的防治提供新的思路。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。