中性粒细胞在牙周组织炎症中的调节作用

2020年8月10日 中国实用口腔科杂志

    牙周炎是人类最常见的炎症性疾病之一,会引起牙周软、硬组织进行性破坏,从而最终导致牙齿移动和脱落。中性粒细胞也称多形核白细胞,来源于骨髓干细胞,是先天性免疫抵抗感染的第一道防线。已有研究表明,牙周袋内的中性粒细胞与牙周炎症的进展密切相关。成熟的中性粒细胞集中在牙周组织的龈沟液中,是口腔牙周炎症介导细胞,可引起广泛的组织损伤。本文旨在对中性粒细胞在牙周组织炎症中的调节作用做一综述。

    1.中性粒细胞的稳态

    在多种细胞因子的作用下,中性粒细胞在机体中的数量处于较为稳定的动态平衡,被称为中性粒细胞的稳态。中性粒细胞的稳态涵盖其从骨髓的成熟与释放,再募集到炎症部位的整个过程。中性粒细胞起源于骨髓中的多能造血祖细胞(MPPs)或粒细胞-单核祖细胞(GMPs),它们在粒细胞集落刺激因子(G-CSF)的调控下,可转化为未成熟的中性粒细胞。未成熟的中性粒细胞受两种趋化因子受体(CXCR2和CXCR4)的调控而保持在骨髓中,一旦成熟,便可以脱离调控离开骨髓进入血液循环。成熟的中性粒细胞在血液循环中的寿命通常为6~8h。但在牙周组织炎症发生时,细胞寿命会延长以保证牙周组织炎症区域的中性粒细胞数量。

    血液及龈沟液中的中性粒细胞可通过白细胞黏附级联过程被动员到牙周组织炎症部位。中性粒细胞常受内源性上皮衍生和血清来源的趋化因子的刺激从而迁移进入牙周组织,同时菌斑产生的外源趋化信号也可刺激中性粒细胞的迁移。研究发现,基质细胞衍生因子-1(SDF-1α或CXCL12)导致了大量中性粒细胞进入牙周袋。

    白细胞介素(IL)-17是牙周组织主要的促炎症细胞因子之一,可通过调节G-CSF和趋化因子和(或)抑制白细胞黏附级联来协调中性粒细胞募集。IL-17与IL-23、G-CSF等一系列细胞因子一起,组成了经典的负反馈回路,维持着中性粒细胞的稳态。与此同时,一些口腔病原体会产生毒性因子,抑制中性粒细胞进入牙周组织,缩短白细胞寿命或抑制中性粒细胞的细胞毒性,从而影响中性粒细胞的稳态。

    2.中性粒细胞凋亡

    每天有超过1011个循环中性粒细胞在人体内发生细胞凋亡。细胞凋亡的控制和凋亡细胞的清除对维持中性粒细胞的稳态非常重要。在死亡受体[如浸润的巨噬细胞释放的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)]诱导下,中性粒细胞会在炎症部位被杀死从而触发细胞凋亡,然后凋亡的中性粒细胞会被专业的吞噬细胞(如巨噬细胞)识别、吞噬和安全清除,从而维持中性粒细胞数量的平衡。

    中性粒细胞凋亡不仅有助于调节细胞本身的数量,而且其在炎症部位的自发性凋亡也促进了炎症的消退。有研究证实,牙龈卟啉单胞菌等病原菌的刺激会延迟中性粒细胞凋亡,并在病原菌的刺激下产生大量的组织破坏因子,从而引起牙周组织的破坏。

    3.中性粒细胞和牙周病原体的相互作用

    中性粒细胞用于对抗牙周炎症感染的机制包括:吞噬作用、呼吸爆发作用、脱颗粒作用、中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)的形成。牙周病原菌通过各种方式逃避或抑制中性粒细胞的这此些机制,从而加重牙周组织炎症。

    3.1吞噬作用

    吞噬作用是一种基本的细胞过程,对免疫进程至关重要,担负着协调口腔微生物杀灭、先天免疫激活和抗原呈递的功能。中性粒细胞是快速有效的吞噬细胞,在结合受体后(如Fcγ受体、C型凝集素等),其胞膜吞噬颗粒或口腔微生物,随后颗粒与吞噬体融合并释放抗菌肽和蛋白,以及活性氧(ROS)来杀死入侵的病原微生物。

    在吞噬过程中释放出的细胞溶解物和氧化产物,也会导致组织或其他细胞的损伤。牙龈卟啉单胞菌具有菌株异质性,可影响中性粒细胞识别和吞噬细菌能力,从而逃避其吞噬作用。有文献报道牙龈杆菌可通过抗体和补体降解以及侵入吞噬细胞来避免吞噬作用。

    3.2呼吸爆发作用

    中性粒细胞在吞噬病原微生物后或者受刺激而活化时,短时间内耗氧量会显著提高,呼吸爆发是中性粒细胞发挥杀菌作用重要机制之一。呼吸爆发利用NADPH氧化酶产生过氧化氢(H2O2),H2O2再经髓过氧化物酶(MPO)催化,生成具有高度生物学活性的ROS分子。

    研究表明,中性粒细胞能够在氧浓度低至1%~3%的牙周袋中产生ROS。ROS与口腔致病菌的核酸以及蛋白质发生氧化还原反应,造成其损伤和死亡。但是呼吸爆发产生的大量ROS除杀伤有害细菌外,也会导致机体正常细胞产生不可逆的损伤,加重牙周组织破坏。

    3.3脱颗粒作用

    脱颗粒是由口腔病原微生物等刺激激活中性粒细胞,触发颗粒的释放。中性粒细胞包含4种类型的颗粒,并被归类为过氧化物酶阳性(初级)颗粒、过氧化物酶阴性颗粒(次级颗粒和三级颗粒)和分泌囊泡。分泌囊泡和三级颗粒在中性粒细胞黏附期间释放,抗菌作用不明显,而初级和次级颗粒则在到达感染部位后释放,起主要的抗菌作用。

    除了抗菌功能外,这些颗粒成分也参与了牙周组织的炎症反应。三级颗粒通过释放基质金属蛋白酶(MMP)介导的基底膜降解能够破坏牙周软组织的大部分成分,不仅包括胶原和胶原衍生肽,还包括牙槽骨的有机成分、纤维蛋白原、纤维连接蛋白等。

    3.4中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps,NETs)

    NETs是中性粒细胞活化时释放的胞外网状结构,由于其丝氨酸蛋白酶含量高,易降解细菌毒力因子从而杀死细菌。微生物产物所引发的中性粒细胞比从骨髓中新释放的中性粒细胞更容易形成NETs。NETs对牙周炎症的作用是把“双刃剑”。一方面,NETs捕获病原体的网状结构由染色质组成,其能限制病原体的移动从而防止病原体的扩散;此外NETs富含高浓度的抗菌肽和活性酶,它们可杀灭破坏口腔病原微生物;集中的抗菌肽和酶具有协同杀菌作用,可极大增强NETs的抗菌能力。另一方面,NETs也富含促炎因子和自身抗原,威胁着牙周组织的健康;NETs产生的过量抗菌肽和酶,会引起牙周组织损伤。

    组织学研究证实,牙周炎患者的脓性渗出液中,可见大量的中性粒细胞聚集,并观察到NETs活跃。ROS、脂多糖(LPS)和CXCL8可能是牙龈缝隙中NETs的诱导物。牙周袋是一个非常活跃的炎症部位,有学者发现,慢性牙周炎病例的龈沟液中存在大量的NETs,提示NETs和牙周炎关系密切。

    4.中性粒细胞的免疫调节功能

    越来越多的证据表明,中性粒细胞不仅参与了细胞外口腔病原体的杀灭,而且通过与其他免疫细胞(如树突状细胞、淋巴细胞)的复杂相互作用,有助于对细胞内病原体和病毒的免疫应答。中性粒细胞可以正向或负向地调节树突状细胞的存活、成熟状态和功能。它的存活与效应活性也可以通过交互的方式被树突状细胞调节。自然杀伤(NK)细胞也可以在特定的条件下诱导中性粒细胞凋亡。中性粒细胞通过产生前列腺素或ROS等方式调节NK细胞的存活、增殖、细胞毒活性和干扰素(IFN)-γ的产生。

    另外IL-17—NK细胞—粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GMCSF)轴对调节中性粒细胞杀真菌活性至关重要。中性粒细胞也有免疫抑制作用,可以通过NO依赖的机制抑制IFN-γ产生的T细胞增殖。T细胞衍生的细胞因子,特别是IFN-γ、GM-CSF和TNF-α,也能够在次级刺激下极大地增强中性粒细胞应答。这些免疫调节对维持口腔牙周组织健康,杀灭口腔尤其是牙周病原体至为重要。

    5.中性粒细胞的异质性和可塑性

    中性粒细胞的亚群表型尚未发现很好的表征。现常被分为低密度中性粒细胞(LDN)、正常密度中性粒细胞(NDN)和未分级的中性粒细胞(UN)。LDN同时具有促炎和免疫抑制能力,在牙周炎、自身免疫性疾病和癌症中常见,而NDN和UN目前的研究仅限于免疫抑制方面。除异质性外,中性粒细胞也表现出一定的可塑性。在牙周炎症环境下的中性粒细胞可分化为其他类型的骨髓细胞,如巨噬细胞,可通过吞噬凋亡细胞等方式参与牙周炎症的调控。中性粒细胞的异质性与可塑性与牙周炎症的稳态密切相关。

    6.结语

    中性粒细胞是牙周袋的主要吞噬屏障,在牙周组织炎症中既有保护作用,也有破坏作用,主要原因是其同时参与了维持牙周组织稳态和诱导炎性骨丢失的过程。缺乏中性粒细胞会导致严重的牙周炎,而过量的中性粒细胞也会在炎症介导下导致骨质流失等牙周组织破坏。牙周组织炎症是研究中性粒细胞与微生物相互作用极为合适的模型。首先,牙周组织炎症容易获得,可以直接从患病的牙周袋中获得宿主细胞和组织,以及致病微生物样品,从而便于进行研究。

    其次,中性粒细胞是牙龈缝隙和牙周袋中最丰富的白细胞,其数量和分布在维持口腔健康和稳态方面发挥重要作用。由于在牙周袋内起主要防御作用的是中性粒细胞,因此牙周组织对中性粒细胞功能或数量的变化特别敏感。中性粒细胞的浸润也是牙周病的常见特征,以牙周组织为模型研究中性粒细胞,既是极为方便的途径,也同时为牙周组织炎症的研究和治疗提供了思路。

阅读原文阅读  9219 投诉
写留言