细胞黏附分子在牙周炎中作用的研究进展

细胞黏附分子在牙周炎中作用的研究进展作者：毛学理综述 凌均 审校    作者单位：中山大学光华口腔医学院口腔医学研究所 广东 广州 510055    【摘要】  细胞黏附分子（CAM）是位于细胞表面或游离于细胞周围环境的蛋白分子，在细胞之间以及细胞与胞外基质之间的结合及信号传递过程中发挥着重要的作用。在牙周组织的炎症和免疫等病理活动中，大量细胞黏附分子参与了这个过程。本文就细胞黏附分子的结构、分布、功能及其在牙周炎发生发展过程中的作用作一综述。    【关键词】  细胞黏附分子； 牙周炎； 整合素； 选择素    AAdvancement of cell adhesion molecules in periodontal diseases  MAO Xue-li, LING Jun-qi. （Research Institute of Stomatology, Guanghua School of Stomatology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510055, China）    [Abstract]  Different populations of cells are involved in the activity of inflammatory and immune responses. Cell adhesion molecules are proteins which locate on cell surface or in the surrounding of cell and mediate the contact of cell-cell or cell-matrix. In this review we summarized the structure, distribution, and function of cell adhesion molecules involved in the periodontal diseases.    [Key words]  cell adhesion molecules； periodontitis； integrin； selectin    细胞黏附分子（cellular adhesion molecules，CAM）是位于细胞表面或游离于细胞周围环境中的蛋白分子，除了作为胞外基质与细胞骨架的连接桥梁外，细胞黏附分子还参与了胞外及胞内的信号传导，参与并调节细胞生长、增殖、空间结构的组织、迁移、分化等生理活动以及炎症、创伤愈合及肿瘤的侵袭转移等病理活动。在这一系列生理及病理活动中，细胞黏附分子产生及传递机制还不太明确，在牙周疾病的发生发展过程中，细胞黏附分子如何介导细菌及免疫细胞的黏附以及传递信号分子并激活相应的信号通路是目前的研究热点。1  细胞黏附分子的结构和分类    细胞黏附分子主要有4个大类：整合素（inte-grin）、选择素（selectin）、免疫球蛋白超家族（im-munoglobulin）以及相应的可溶性细胞黏附分子（soluble cellular adhesion molecules）。绝大多数细胞黏附分子均具有如下特征：由不同功能域组成的蛋白复合体；通过与其他细胞或胞外基质中1个或多个配体的结合来发生作用；参与穿膜信号传递；在其他细胞因子或细胞活动的影响下，不断地接受信号调节以适应不同的细胞生理活动。    1.1  整合素    在细胞黏附分子中，对整合素的研究最为深入。整合素是广泛并大量表达的大多数细胞的黏附受体，由α链和β链非共价结合的异二聚体球蛋白，其中α和β亚单位都是具有疏水胞外端和与细胞骨架相连的胞内端，通过阳离子依赖与具有特定氨基酸序列的配体识别并结合。大多数细胞可以表达几种不同的整合素，这些整合素介导细胞与胞外基质以及细胞与细胞之间的黏附。研究发现，大多数整合素可以特异性识别广泛存在于fibrinogen、vitronectin、fibronectin及osteo-pontin等胞外基质蛋白中的RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）结构。因此，RGD结构作为配体广泛应用于组织工程支架材料的表面改性研究中，促进整合素与材料的结合，在细胞与组织工程支架黏附的过程中起着非常好的促进作用。    整合素的黏附受体包含了与胞外黏附配体相结合的胞外端以及与胞内蛋白结合的胞内端。这种作用方式对细胞在生理或病理过程中的黏附以及锚定依赖性的信号反应有重要的作用。研究显示，整合素胞内端尾部αⅡb/β3参与了信号传导，并推测其直接与细胞骨架蛋白以及信号分子作用。以血小板的黏附过程为例，血小板被激活后，诱导整合素αⅡb/β3改变为具有高亲和力的纤维蛋白原受体，与纤维蛋白原结合后，激活酪氨酸磷酸酶通路，并在αⅡb/β3胞内端附近募集大量的细胞因子参与富含丝状肌动蛋白的细胞骨架的组装。阻断纤维蛋白原与αⅡb/β3胞外端的结合能有效地阻止冠状动脉形成术后富含血小板血栓的形成[1]。另有研究发现，在大鼠牙周炎牙正畸移动早期，牙周膜和牙槽骨骨髓腔内有整合素β3 mRNA高表达，提示整合素在牙周骨的重建过程中可能参与破骨细胞前体向破骨细胞转化及破骨细胞迁移和黏附[2]。通过对正畸移动后大鼠牙周炎实验动物模型发现，在牙的移动过程中，整合素β1 mRNA在牙周组织破骨细胞上有强表达，提示其在牙齿移动过程中，与牙周组织的稳定和改建有关[3]。    1.2  选择素    选择素得名于其选择性分布并且具有外源凝集素氨基末端，从结构上分，选择素主要由3个部分组成，即外源凝集素域、类内皮细胞生长因子结合域和补体结合域。从功能上分，主要有L-选择素（CD62L）、E-选择素（CD62E）以及P-选择素（CD62P）。    作为细胞黏附分子，选择素能结合碳水化合物并介导白细胞与内皮细胞之间的黏附作用。E-选择素和P-选择素通过识别细胞表面特异性的碳水化合物受体，钙离子依赖性作用于血小板及内皮细胞表面的外源性凝集素从而调节白细胞的黏附，参与炎症反应过程[1]。    E-选择素包含有6个蛋白样补体结合域，表达于被细胞因子激活的内皮细胞。在炎症过程中，E-选择素在将白细胞募集至损伤部位这个过程中起着非常重要的作用。损伤细胞释放的白介素-1（interleukin-1，IL-1）和肿瘤坏死因子（tumor ne－crosis factor，TNF）诱导局部血管内皮细胞过度表达E-选择素，血管中的白细胞表达相应的配体与E-选择素低亲和力结合，导致白细胞沿着血管内壁不断滚转黏附；随着炎症的进展，更多的化学因子从损伤部位释放出来并进入血管内壁，激活紧密结合于内皮细胞表面的白细胞，使之开始移行进入受损组织[4]。    P-选择素包含有9个蛋白补体结合域，存在于被激活的血小板及内皮细胞颗粒中。炎症过程中，是诱导白细胞早期聚集至损伤部位必不可少的因素。当内皮细胞被组胺及凝血酶等因子激活后，P-选择素从胞浆内移出并表达于细胞表面。研究表明，凝血酶是诱导P-选择素释放的重要的细胞因子之一，钙离子依赖的信号通路也参与了这个过程。同时，嗜酸性及中性粒细胞表面与P-选择素结合的配体有明显的区别，提示了在炎症反应早期，白细胞激活并募集的过程中，P-选择素和E-选择素分别发挥着不同的作用，其机制还有待进一步研究[5]。    L-选择素由多个功能域组成：1个对应于同源的外源凝集素，1个能与内皮生长因子相结合，其余2个C3/C4结合蛋白具有高度同源性。当白细胞穿过小静脉的内皮细胞进入二级淋巴组织时，L-选择素相当于白细胞的自导受体（homing recep-tor）。白细胞表面的L-选择素与表达于内皮细胞表面的配体结合[6]。    牙周炎的严重程度与血浆中血小板的浓度密切相关。作为血小板激活因子，可溶性P-选择素的表达与牙周炎的发生发展有着重要的关系。研究显示，在牙周炎活动期，血液中可溶性P-选择素的浓度显著增高[7]。另有研究表明，经过序列牙周治疗后，血液中S-选择素的浓度显著下降[8]。    1.3  免疫球蛋白超家族    免疫球蛋白超家族是1组参与了细胞及外源微粒的识别、结合及黏附过程的同源蛋白分子。这组蛋白最显著的特征是均具有1个有二硫化物封闭连接的多肽链。免疫球蛋白超家族的成员主要包括细胞间黏附分子（intercellular adhesion mole-cules，ICAM）及血管细胞黏附分子（vascular cellular adhesion molecules，VCAM）。    ICAM-1（CD54）也是1种细胞表面糖蛋白，以可溶性及膜性2种形式表达于正常人体组织中，常见表达于血管内皮细胞、支气管上皮细胞、胸腺上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞以及一些淋巴组织中的树突状细胞等细胞中。与其同源配体结合，激活并募集免疫细胞至炎症部位。与ICAM-1识别结合的配体有α1β2、α2β2以及鼻病毒识别受体。通过这些不同的识别域的结合，ICAM-1介导和参与了一些病毒或细菌感染的过程。目前大量学者致力研制特异性ICAM单克隆抗体，应用于炎症治疗中，以期减轻或阻断炎症反应。Tamai等[9]发现，ICAM-1介导了中间密螺    旋体进入人牙龈上皮的过程。进入人龈上皮细胞（human gingival epithelial cells，HGEC）的中间密螺旋菌在接种后2 h数量达到高峰，同时感染的HGEC中有大量的ICAM-1表达。通过RNA干扰敲除ICAM基因的HGEC能明显抑制中间密螺旋菌的入侵。这些研究提示了ICAM-1在慢性牙周炎的早期及进展阶段起了重要的作用。VCAM-1（CD106）激活的血管内皮细胞表达血管黏附分子，与单核细胞和淋巴细胞结合，从血管内壁移行至炎症部位，释放一些细胞因子和酶，促进炎症的进展。动物研究显示，降低VCAM-1的表达可以显著减轻炎症反应。如何有效抑制VCAM-1的表达，从而控制炎症反应是目前炎症治疗的热点。    研究发现，重度牙周炎患者的龈沟液总量增加，可溶性细胞间黏附分子-1（soluble intercellular adhesion molecules-1，sICAM-1）浓度也增加。提示了sICAM-1与牙周的炎症关系密切。通过对侵袭性牙周炎患者外周血的检测，发现相对于治疗前，血清中黏附分子ICAM-1、VCAM-1及E-选择素的浓度显著下降，表明了这类黏附分子与牙周炎的发展中起重要的作用[10]。2  细胞黏附分子在正常牙周组织中的分布及与牙周炎的关系    研究显示，正常牙龈沟内上皮中，ICAM-1的表达呈阴性，而在结合上皮中则阳性表达。而牙龈炎症状态下，延伸至结缔组织的上皮钉突中ICAM-1的表达明显低于与牙附着连接部位细胞中ICAM-1的表达。一些病例发现，ICAM-1的表达强度随着病变的严重程度发生变化。侵袭性牙周炎中，ICAM-1在牙周袋内壁表层细胞的表达明显高于深层细胞[11]。    牙周炎的进展伴随着牙槽骨的破坏与吸收。破骨细胞分化成多核巨细胞参与了这一病理过程。体外研究显示，整合素αⅤβ3参与并调节了破骨细胞的初始黏附活动。通过RGD序列与整合素αⅤβ3配体的结合，从而抑制其对破骨细胞的调节作用，能有效阻断破骨细胞黏附与骨组织的表面[12]。整合素αⅤβ3是如何调节破骨细胞的活动从而导致牙槽骨破坏值得深入探讨。    以往的研究显示，牙周炎患者患心血管疾病的风险显著增高。细胞黏附分子ICAM-1，VCAM-1以及E-选择素作为血管内皮细胞功能失常的促进因子，在这两类疾病的发生发展中起了重要的作用[13]。系统牙周治疗后，外周血中这些细胞黏附分子显著下降。随访研究显示，6个月后内皮细胞的功能明显得到改善[4]。    牙周组织作为牙齿的附着装置，其功能的实现是其中不同来源的组织之间相互协调的结果。在牙周疾病以及牙周病相关性的全身性疾病的发展中细胞黏附分子起了重要的作用[14]，进一步明确各类黏附分子在牙周生理及病理状态下的作用，具有非常重要的临床意义。   【参考文献】[1] Ruggeri ZM, Mendolicchio GL. 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