表观遗传学在牙周病研究中的进展和展望

　　作者：宦鹏(综述)，沈艳华(审校) 作者单位：200040 上海，上海市静安区牙病防治所口腔科

　　【摘要】 牙周病是一种多因素引起的感染性疾病，主要表现为牙齿支持组织的炎症和破坏。已经有研究揭示：表观遗传能够影响某些细胞因子的产生，从而对炎症的发展起到促进作用。表观遗传通过改变染色质的结构发挥作用，也可以选择性的激活或者失活某些基因来决定它们的表达。表观遗传修饰作用于细胞后，细胞表达的一些细胞因子性状的改变，随后决定了许多感染性疾病的转归。本综述目的在于揭示表观遗传(例如过甲基化和低甲基化)对牙周病的发生、发展过程中起到的作用。相信不久的将来表观遗传学会在牙周病的诊断和治疗中发挥重要的影响。

　　【关键词】 表观遗传学;牙周病

　　【Abstract】Periodontitis is a multifactorial infection characterized by inflammation and destruction of tooth supporting tissues. Studies have demonstrated that epigenetic event could influence the production of cytokines, which would contribute to the development of the inflammation. Epigenetic events could make effect on the cell not only by changing the structure of chromatin, but also by activation or inactivation of genes. The epigenetic process, by inducing a change in cytokine profile, determine the outcome of may infectious disease. The purpose of the review is to show the evidence that epigenetic events had relationship with periodontal disease by such as hyper and hypomethylation of genes. Epigenetic events would play an important role in the diagnoses and treatment of periodontal diseases in the future.

　　【Key words】Epigenetics; Periodontal disease

　　牙周病起始于革兰阴性菌在龈沟内聚集，是一种多因素、多种细菌导致的感染性疾病[1]。牙周致病细菌在牙周组织中生存并代谢，导致牙周组织发生进行性炎症反应，由此产生牙周膜、牙槽骨的破坏吸收，最终发展成为牙齿的松动脱落[2，3]。牙周组织的破坏通常被认为是细菌对宿主易感组织侵袭的结果[4]。宿主对感染的应答主要取决于病源微生物的性质和其毒力。同时也受到宿主所处的环境和其本身遗传因子的影响。当牙周病处于急性炎症期，可观察到由细胞因子介导的牙周组织破坏非常活跃[4，5]。有研究显示当牙周炎处于活动期时，编码这些细胞因子的基因呈现出DNA甲基化的状态。这些研究成果将对牙周病的病因学研究提出更有力的证据。表观遗传是指DNA序列并不发生变化而基因表达却发生了可遗传的改变[6]。它主要通过对DNA和其相关的蛋白质进行化学修饰，从而改变了染色质的结构，并且选择性的使某些基因活化或失活，最终使得基因发生了可遗传的改变[6，7]。表观遗传现象种类很多，但DNA甲基化和组蛋白修饰是两种在人类细胞中主要表观遗传现象的机制[8]。DNA甲基化是指S-腺苷蛋氨酸提供的甲基集团在DNA甲基化转移酶的作用下，共价结合到CpG岛二核苷酸的胞嘧啶5′碳位上的过程。组蛋白修饰包括：甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化和ADP2糖基化等。组蛋白乙酰化受到组蛋白乙酰基转移酶(HATs)和去乙酰化转移酶(HDACs)共同调节，主要激活基因的表达。在动物实验中发现，HDAC抑制剂能抑制IL-1、IL6的表达，有较强的抑制炎症的效果。相对而言，组蛋白乙酰化修饰不够稳定，而DNA甲基化和组蛋白甲基化修饰则比较稳定，可遗传给后代[9，10]。近些年来随着科研人员对表观遗传地深入研究，发现表观遗传通过影响细胞因子的表达，从而改变炎症性疾病的转归[6，11，12]。牙周病作为机体炎症性疾病的一种，也受到多种参与炎症反应的细胞因子的调控。然而表观遗传对这些细胞因子的影响在牙周病中的作用还没有研究的十分透彻。所以本文旨在综述各项相关研究成果后阐明表观遗传对牙周病的发生、发展产生的作用。

　　1表观遗传修饰和炎症相关细胞因子

　　DNA甲基化是最早被发现的表观遗传现象之一。主要表现为在DNA甲基转移酶(DNMT1、DNMT3a、DNMT3b)的作用下，CpG二核苷酸胞嘧啶被选择性地添加甲基基团[13]。甲基化后DNA转录通常被阻遏，引起基因沉默。人类基因组中约60%至90%的CpG都被甲基化，而未被甲基化同时又富含CpG的区域称为CpG岛。CpG岛一般位于结构基因的启动子及转录起始位点，与联合转录起始结构有关[13]。而甲基化的DNA又促进了组蛋白去乙酰化反应(HDAC)。HDAC移除组蛋白的乙酰基，使染色质的结构发生改变并且阻断了各个转录因子间的联系。于是，由于DNA的甲基化导致基因不能表达，细胞的功能发生了转换。

　　2Th1/Th2细胞分化及其相关细胞因子

　　炎症发生时，相应部位将聚集CD+4T辅助细胞(Th)。Th对炎症的发生、发展起到主导作用。CD+4T前体细胞(Th0)在抗原递呈细胞的作用下，分化为Th1和Th2细胞。在正常生理情况下Th1和Th2细胞处于动态平衡状态[10，14，15]。但是当机体处于炎症状态，Th1和Th2细胞之间的平衡被打破。根据炎症发展所处的不同阶段，Th1和Th2细胞分别占据优势。其中，Th1细胞主要与炎症的发生有关，产生TNF-α、IL-2等细胞因子。Th2细胞主要与消炎作用有关，产生IL-4、IL-5、IL-13等细胞因子[16]。而Th1和Th2细胞分化以及各自特征性的细胞因子的表达，都依赖表观遗传的修饰。例如Th1特征细胞因子IFN-γ基因的启动子出现甲基化，基因表达沉默，IFN-γ水平降低，导致Th0细胞向Th2细胞分化，Th2细胞在Th1/Th2平衡中占优势，局部组织处于消炎状态[17，18]。而Th0向Th1细胞的分化，受Th2的特征细胞因子IL-4、IL-5和IL-13基因位点的表观遗传调控作用影响。由此看见，表观遗传修饰某些细胞因子的基因位点，来控制细胞因子的表达，最终影响甚至决定了许多相关疾病的转归，尤其是感染性炎症。由于微生物感染，使机体产生免疫应答，炎症反应[19，20]。故研究、了解表观遗传修饰对感染性炎症的发生、发展的影响机制，对我们治疗感染性炎症有着重要帮助。

　　3表观遗传与牙周病

　　牙周病的本质是由于多种细菌在龈沟内定植后，细菌及细菌的代谢产物引起局部炎症后所产生一些组织学变化。如上所述，某些细胞因子的基因位点经过表观遗传修饰后，直接影响到这些细胞因子的表达。而这些细胞因子的表达与否又与炎症的发生发展密切相关。同样，在牙周的局部炎症环境中，促炎和抗炎细胞因子在牙周炎的不同病程阶段，扮演着各自不同的角色，决定了牙周炎的转归。比如，有研究显示在成人牙周炎患者的牙周组织中，IL-α、IL-β、TNF-α、IL-6、IL-10和IL-4这些细胞因子都过度的表达。对重度牙周病患者的研究发现，IL-6在病变局部呈高表达状态[1，2，21]。而IL-6又是与牙槽骨吸收密切相关的一种重要的细胞因子。进一步研究显示，慢性的炎症状态和细菌感染会使细胞内的DNA片段发生甲基化。这些表观遗传修饰，使得编码IL-6的基因高度表达，大量的IL-6被分泌到病变局部组织中[22]。因此，表观遗传修饰，控制着炎性相关细胞因子的表达，细胞因子又决定了牙周病的转归，由此可见表观遗传在牙周病的病因、病理研究和诊疗方面有着重要的作用。然而，这种表观遗传修饰的发生是缘于细菌对组织的直接作用还是宿主对细菌产生免疫应答后的结果，至今还没有定论，还需要更多的研究去揭示[23]。

　　4影响表观遗传的因素

　　一项针对单卵双生的双胞胎的研究显示，当双胞胎年龄较小时，两者的DNA甲基化状态非常接近。然而当双胞胎成年后两者的相似度有明显的改变[24]。这提示了环境因素会通过表观遗传修饰，诱导DNA的不同表达，最终影响到人体的健康[13]。表观基因组能被多种因素修饰改变，比如，所处环境中的有毒物质，摄入的营养，烟草、酒精和各种感染等[25]。已有研究发现吸烟和某些DNA片段的甲基化密切相关，而相关基因的甲基化又被发现和恶性程度较高的肺癌联系紧密[26，27]。值得我们思考的是吸烟是牙周病的一个重要致病因素。评价吸烟如何通过表观遗传修饰来影响牙周病的发生、发展，也许是我们可以努力的方向。再者，年龄也是使DNA甲基化的重要因素。对老年人研究显示，甲基化状态提高导致相关基因的静默，直接影响很多慢性病的发生[28]。 临床可见牙周病的发病率随着年龄的增加而显著增加，虽然牙周病的发生是多因素作用的结果，但是年龄引起的某些相关基因的静默是否对牙周有重要影响也值得我们探究。特别是已经有研究发现编码牙周韧带的相关基因collagen-α1会随着年龄的增长而出现甲基化状态提升[29]。最后重要的一点，表观遗传不仅影响真核生物，同时也调节原核生物的代谢。在口腔菌群中，DNA腺嘌呤甲基化酶被证实与细菌的毒力表达密切相关。有研究报道，伴放线放线杆菌的侵袭性需要DNA的甲基化介导[30]。伴放线放线杆菌又是牙周病的主要致病菌，由此可见对细菌这一层面的表观遗传研究同样重要，同样有意义。虽然现在的研究已经显示表观遗传修饰与多种因素有关。然而影响表观遗传改变的信号通路至今没有深刻揭示。这方面的研究可能需要投入更多的精力。

　　5结论

　　表观遗传修饰效应同时对口腔中的病原微生物和人类宿主细胞发生作用，这可能是人类对病原微生物产生免疫应答的重要调节中介。对于多因素造成的牙周病来说，我们有理由相信，表观遗传修饰在牙周病的发生和发展过程中扮演着重要的角色。通过前人的努力，我们了解到表观遗传修饰对炎症性疾病有着重要的影响。然而在牙周炎领域，尚未有很多研究来揭示表观遗传对牙周炎的发生、发展的作用。所以在通过这样新的理念来探索牙周病，也许会让我们对牙周病有新的认识。

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