晚期糖基化終末產(chǎn)物對牙周組織的影響

郭曉雨 楊冬茹 李淑娟

作者單位：050017 石家莊，河北醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院（楊冬茹為通訊作者）

晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）在糖尿病患者體內(nèi)大量生成，其生成具有不可逆性，會隨著時間逐漸累積，因此AGEs在組織內(nèi)的含量可以代表糖尿病發(fā)展的程度與時間[1]。此外AGEs 與糖尿病及各種并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展有著密不可分的關(guān)系[2]。牙周炎是糖尿病的第六并發(fā)癥，糖尿病患者的牙周炎病情發(fā)展迅速，病損嚴(yán)重且治療較為困難。兩者的雙向影響關(guān)系已經(jīng)得到大量研究的支持[3]，近年研究顯示AGEs 在糖尿病患者牙周炎的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用，本文對近年的研究梳理后就AGEs 對牙周組織影響作一綜述。

一、AGEs 的理化特性及對機體的損傷機制

AGEs 是蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)等生物大分子游離氨基與還原糖的醛基或酮基在非酶促反應(yīng)下形成的一類穩(wěn)定的終末產(chǎn)物，此過程稱為糖基化反應(yīng)，具有穩(wěn)定性和不可逆性，一般采用熒光光譜法、酶聯(lián)免疫吸附法來測定濃度。

根據(jù)現(xiàn)階段的研究發(fā)現(xiàn)AGEs 對機體的損傷主要通過三大機制：①AGEs 對胰島β 細(xì)胞有直接的毒性作用。AGEs，也可通過多種途徑促進胰島β 細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致胰島素分泌量減少[4]。②AGEs 與蛋白質(zhì)交聯(lián)導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變。AGEs 通過共價鍵與蛋白質(zhì)結(jié)合，致使蛋白質(zhì)變性，影響組織器官的功能。如AGEs 可以與血管內(nèi)皮細(xì)胞外基質(zhì)的Ⅰ型膠原蛋白交聯(lián)改變蛋白的結(jié)構(gòu)，造成通透性增加和舒張功能障礙[5]。③AGEs 與相關(guān)受體結(jié)合激活信號通路。目前已知的AGEs 受體眾多，其中對晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（RAGE）的研究較為深入，RAGE 在多種細(xì)胞表面均有表達如內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等。AGEs 與細(xì)胞表面的RAGE結(jié)合后可以激活ERK、P38、JNK 和PCK 等激酶，通過這些途徑誘導(dǎo)許多氧化應(yīng)激或炎性反應(yīng)[6]。

二、AGEs 對牙周組織的影響

在以往研究中發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠的正常或炎癥的牙周組織中AGEs 的水平均高于非糖尿病大鼠，而且患有糖尿病的牙周炎患者其牙齦組織中的AGEs水平較高[7]。Takeda 進行了臨床研究后提出：AGEs的水平與牙周炎的活動性密切相關(guān)，可以作為糖尿病患者牙周炎活動性的指標(biāo)[8]。AGEs 在牙周組織內(nèi)的堆積會加重牙周組織炎癥[9]，而且在一項針對糖尿病恒河猴的實驗中發(fā)現(xiàn)牙周炎癥也能上調(diào)血清AGEs 的水平[10]，另外有炎癥的牙周組織RAGE 含量高，使其對AGEs 更敏感[11]。AGEs 對牙周組織的影響包括牙槽骨和軟組織兩方面，近年的研究多集中在細(xì)胞層面，現(xiàn)將AGEs 對牙周細(xì)胞的影響分述于下。

1.AGEs 牙周膜干細(xì)胞的影響

AGEs 可抑制牙周膜干細(xì)胞的增殖能力和骨向分化能力，刺激炎性因子的表達，此影響有濃度依賴性和時間依賴性[12]。增殖能力的減弱可能是由于在AGEs 刺激下人牙周膜干細(xì)胞的HSG 基因表達上升（HSG 調(diào)控細(xì)胞周期蛋白進而調(diào)控細(xì)胞的增殖）并且cylinD1 基因表達下降（cyclinD1 屬于細(xì)胞周期蛋白，調(diào)節(jié)細(xì)胞由G1 期向S 期轉(zhuǎn)換）。此現(xiàn)象提示AGEs 可能通過激活HSG 來抑制cylinD1 的表達，使細(xì)胞停滯在G0/G1 期，最終抑制了細(xì)胞的增殖[13]。干細(xì)胞的骨向分化能力可能是通過AGEs/RAGE/ROS途徑或激活Wnt 經(jīng)典通路被抑制，且能促進干細(xì)胞凋亡[14，15]。AGEs 還可以促進人牙周膜干細(xì)胞的脂向分化、牙周組織的脂肪化[16]。AGEs 對牙周膜干細(xì)胞的不可逆的損害，解釋了糖尿病患者牙周炎癥破壞嚴(yán)重且難以恢復(fù)的原因。

2.AGEs 對成纖維細(xì)胞的影響

Li 等人發(fā)現(xiàn)AGEs 可以通過RAGE 途徑誘導(dǎo)牙周成纖維細(xì)胞凋亡[17]。有文獻報道發(fā)現(xiàn)AGEs 可促進牙周膜成纖維細(xì)胞內(nèi)部自噬體數(shù)量增加，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞自噬[18]。AGEs 還能通過AGEs/RAGE/NF-κB 途徑抑制細(xì)胞中Ⅰ、Ⅱ型膠原的合成并增加基質(zhì)金屬蛋白酶-1 的表達[19]。

3.對牙齦上皮細(xì)胞的影響。

糖尿病狀態(tài)下牙齦中AGEs 含量增加[1]，AGEs通過RAGE，MAPK 和NF-κB 信號通路增加口腔上皮細(xì)胞中IL-6 和LCN2（Lipocalin 2，是一種抗菌肽和炎癥相關(guān)因子）的表達，分泌的LCN2 能影響牙周組織的病理變化[20]。現(xiàn)階段AGEs 對牙齦上皮細(xì)胞影響的研究較少，其具體影響仍需探索。

4.AGEs 對骨細(xì)胞的影響

骨細(xì)胞可以通過調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的生成來調(diào)節(jié)骨代謝，骨細(xì)胞也因此被稱為骨重塑的“指揮官細(xì)胞”，有實驗證實AGEs 不僅可以直接誘導(dǎo)骨細(xì)胞凋亡，還可以通過降低破骨細(xì)胞分化因子RANKL 的表達來抑制骨吸收，此過程雖然抑制了骨吸收但也抑制了骨代謝，最終結(jié)果會導(dǎo)致糖尿病患者的骨轉(zhuǎn)換率降低，骨更新減少，皮質(zhì)骨退化[21]。除了RANKL 途徑，AGEs 也通過RAGE 激活ERK1/2，P38 和STAT3 信號通路，促進骨細(xì)胞凋亡的同時還促使骨細(xì)胞釋放白細(xì)胞介素6（IL-6）和血管內(nèi)皮生長因子A（VEGF-A）加重炎癥反應(yīng)，有實驗還發(fā)現(xiàn)單獨使用AGE2 或AGE3 處理骨細(xì)胞均可抑制RANKL 水平，但高糖加AGE2 或高糖加AGE3 處理骨細(xì)胞無任何效果，說明高糖環(huán)境可以抑制AGEs對骨細(xì)胞的作用[22]，但在糖尿病患者體內(nèi)的高糖環(huán)境中AGEs 對骨細(xì)胞是否產(chǎn)生影響還有待進一步研究。

5.AGEs 對破骨細(xì)胞的影響

破骨細(xì)胞數(shù)量和功能與骨吸收強弱密切相關(guān)，AGEs 對破骨細(xì)胞的作用仍存很大爭議。一些研究報道認(rèn)為AGEs 對骨吸收有促進作用，也就是高濃度AGEs 能促進破骨細(xì)胞對骨的吸收活動，使骨陷窩數(shù)量增多、面積擴大[23]，但也有報道提出異議如Valcourt 等人的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)AGEs 通過影響破骨細(xì)胞的融合對骨吸收活動起抑制作用。此結(jié)果得到李子卿實驗團隊的認(rèn)可，其團隊發(fā)現(xiàn)AGEs 可全面抑制破骨細(xì)胞對骨和骨基質(zhì)的吸收功能，其機制可能是因為破骨前體細(xì)胞的定向分化能力、細(xì)胞融合能力及破骨細(xì)胞的遷移黏附能力被AGEs 抑制[24]，也可能是由于AGEs 通過抑制了質(zhì)子泵V-ATPase a3 及氯離子通道ClC-7 的表達，從而影響了破骨細(xì)胞的泌酸功能[25]。無論哪種觀點都明確的指出AGEs對破骨細(xì)胞的功能有影響，無論促進骨吸收還是抑制骨吸收都影響了骨改建，對骨代謝都是不利的。

6.AGEs 對成骨細(xì)胞的影響

動物實驗顯示AGEs 可以顯著降低成骨細(xì)胞相關(guān)分子（如Ⅰ型膠原，骨鈣蛋白和成骨細(xì)胞特異轉(zhuǎn)錄因子Cbfa1）的mRNA 表達，降低了骨鈣蛋白的蛋白質(zhì)水平并且增加了IL-1β 的水平，抑制成骨細(xì)胞中堿性磷酸酶的活性，減少骨結(jié)節(jié)的形成[26]。但有文獻指出單獨的使用AGEs 不會對成骨細(xì)胞造成影響，只有在和高糖環(huán)境的共同作用下才能抑制成骨細(xì)胞生成和功能，這個原因可能是由于葡萄糖誘導(dǎo)RAGE 表達增加來額外或協(xié)同抑制成骨細(xì)胞的礦化能力。高糖環(huán)境對骨髓基質(zhì)細(xì)胞的成骨能力和礦化能力也有抑制作用[27]。

7.AGEs 通過其他途徑對牙周組織產(chǎn)生損傷

AGEs 對除了對牙周各細(xì)胞產(chǎn)生直接損傷外，還可以通過硬化蛋白途徑或炎癥因子途徑將牙周各細(xì)胞聯(lián)系起來，對牙周產(chǎn)生不利影響。

（1）硬化蛋白是SOST 基因的產(chǎn)物，由成熟的骨細(xì)胞產(chǎn)生，硬化蛋白可以抑制成骨細(xì)胞成骨、促進破骨細(xì)胞生成、提高破骨細(xì)胞活性并通過RANKL 途徑來協(xié)助骨分解[28]，是骨量和成骨細(xì)胞分化的負(fù)調(diào)節(jié)產(chǎn)物。臨床實驗發(fā)現(xiàn)牙周病患者齦溝液中的硬化蛋白水平明顯高于健康患者[29]，糖尿病牙周炎大鼠硬化蛋白陽性骨細(xì)胞數(shù)量均高于單純牙周炎的大鼠[30]，而硬化蛋白可引導(dǎo)牙槽骨分解。其中AGE3 通過上調(diào)骨細(xì)胞中TGF-β 的含量來促進骨細(xì)胞中硬化蛋白表達和細(xì)胞凋亡[31]。AGEs 對骨的影響還可以通過干擾Wnt/LRP5/β-catenin 途徑來影響骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞骨向分化，降低骨量[32]。

（2）AGEs 通過介導(dǎo)炎癥因子的表達對牙周組織造成損傷。據(jù)報道在糖尿病牙周炎患者的齦溝液中，炎癥因子IL-6、IL-1β、TNF-α 和鈣衛(wèi)蛋白（S100A8）等炎癥因子水平高于非糖尿病牙周炎患者。Nonaka 發(fā)現(xiàn)AGEs 可以通過RAGE、MAPK 和NF-κB 等途徑增加牙齦成纖維細(xì)胞中IL-6 和ICAM-1 的表達[33]。AGEs 通過NLRPs 信號途徑激活牙周膜成纖維細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[34]。此外，AGEs 通過NOD2，NLRP1-炎性體和NLRP3-炎性體促進MDP的炎癥反應(yīng)。這些因子的釋放導(dǎo)致炎癥反應(yīng)增加，氧化應(yīng)激反應(yīng)增強，進一步加重牙周組織炎癥。

三、AGEs 抑制劑研究現(xiàn)狀及前景

對AGEs 的致病機制研究的不斷深入，其抑制劑也成了目前研究的一個熱點。目前研究較多的抑制劑可以分成三種類型：AGEs 生成抑制劑、AGEs交聯(lián)斷裂劑和受體阻斷劑。①AGEs 生成抑制劑包括氨基胍、吡哆胺、二甲雙胍和Lalezari-Rahbar（LR）等，臨床上發(fā)現(xiàn)使用二甲雙胍3 個月后，人體內(nèi)AGEs 含量會明顯減少；②AGEs 交聯(lián)斷裂劑有PTB和ALT-711，其中ALT-711 已進入Ⅱ期臨床實驗；③受體阻斷劑被認(rèn)為是治療糖尿病晚期并發(fā)癥的重要物質(zhì)，有人在動物實驗中發(fā)現(xiàn)使用硬化蛋白中和抗體有利于減少骨流失，且破骨細(xì)胞的活性明顯受到抑制[35]。同樣在健康人類受試者中進行Ⅰ期臨床試驗的報告顯示，靜脈注射或皮下注射硬化蛋白中和抗體可以觀察到骨形成標(biāo)記物Ⅰ型前膠原N 肽原（P1NP）、骨特異性堿性磷酸酶（BAP）和骨鈣素的含量增加，以及骨吸收標(biāo)記物血清C-端肽（sCTx）的含量減少[36]；現(xiàn)在成品的受體阻斷劑藥物有他汀類藥物和 FPS-ZM1， 這些藥物可以阻斷AGEs-RAGE 軸或調(diào)節(jié)Wnt 信號傳導(dǎo)通路，以保護牙周膜干細(xì)胞骨向分化的能力。

四、展望

糖尿病患者的牙周炎癥發(fā)展迅速，程度嚴(yán)重且不易控制，由于糖尿病患者在控制血糖的過程中抗生素的應(yīng)用受限，使得臨床上對糖尿病伴牙周炎患者的治療極為困難。現(xiàn)已了解糖尿病患者的牙周組織中AGEs 不斷積累可以加重牙周組織的炎癥，對牙周組織中AGEs 致病途徑研究的不斷深入不僅有助于加深對該疾病的了解，更有助于發(fā)現(xiàn)新的治療途徑。