RANKL_RANK_OPG系统与牙周病_徐岩

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综述 RANKL-RANK-OPG系统与牙周病徐岩 综述; 孙钦峰, 杨丕山 审校山东大学口腔医学院,山东济南(250012)摘要 细胞核因子 b受体活化因子配体-细胞核因子 b受体活化因子-护骨素(RANK L-RANK-OPG)系统是近年来发现的在调节破骨细胞形成和活化方面起关键作用的细胞因子,它在各类骨代谢性疾病发病中起着重要作用。

随着对RANKL-RANK-O PG系统研究的深入,发现该系统与牙周病牙槽骨吸收有密切关系,这有助于认识牙周病的发病机制,开辟牙周病的诊断和治疗的新途径。

关键词 细胞核因子 b受体活化因子配体; 细胞核因子 b受体活化因子; 护骨素; 牙周病中图分类号 R781.4 文献标识码 A 文章编号 1006-5245(2008)07-334-03近几年来,国内外学者对炎症性骨吸收机制的研究非常关注,发现细胞核因子 b受体活化因子配体-细胞核因子b受体活化因子-护骨素(receptor acti va tor of nuc lea r factor-b ligand-receptor ac tivator o f nuc l ear factor- b-osteoproger i n,RANKL-RANK-O PG)系统是骨组织改建、破骨细胞分化、激活和成熟的关键调节因子。

该系统将骨代谢、免疫系统和内分泌系统紧密地联系起来,并为骨质疏松、类风湿关节炎及癌症骨转移等骨破坏性疾病的治疗带来了新的思路。

牙周病也是以牙槽骨吸收为主要特征的炎症性疾病,笔者就RANKL-RANK-OPG在牙周骨组织调节中的作用以及对牙周病发病机制和治疗带来的影响做一综述。

一、RANKL-RANK-OPG的系统成员RANKL是在研究同族配体OPG中发现的,是肿瘤坏死因子(tu m or necrosis factor,TN F)配体超家族中的一员,又称肿瘤坏死因子相关激活诱导因子(TN F-related ac tivati on-i n-duced cy t ok i ne,TRAN CE)、破骨细胞分化因子(o steoc l ast d i-fferentiati on fac t o r,ODF)或护骨素配体OPG L(O S-teopro tege ri nli gand)。

RANK L有膜结合型(mRANK L)和可溶型(s RANK L)两种形式。

各种骨骼细胞和骨骼外细胞都可以表达RANKL,如成骨细胞、破骨细胞、骨膜间充质细胞、软骨细胞和上皮细胞等。

维生素D、糖皮质激素和核转录因子1(core b i nd i ng f ac t o r1,cbfa-1)是RANKL基因启动子反应元件。

一些破骨细胞因子如前列腺素E2(pro stag landi n E2,PGE2)、转移生长因子 等,可以协同RANKL诱导破骨细胞形成和激活[1]。

RANK是RANKL的功能性受体,同其他的TN F受体超家族成员一样,RANK是 型跨膜蛋白[1],有616个氨基酸。

破骨细胞的前体细胞、成熟破骨细胞、软骨细胞及乳腺上皮细胞内均有RANK表达[2]。

O PG属于肿瘤坏死因子受体(t umo r necro si s factor recep-tor,TNFR)超家族,无疏水跨膜区,是含有401个氨基酸残基的肝素结合分泌型糖蛋白。

O PG蛋白有单体和二聚体两种形式,主要以二聚体形式存在于细胞外基质中。

单体和二聚体具有相似的热、酸稳定性和抑制破骨细胞生成的功能。

O PG广泛分布于多种组织细胞内,如骨髓基质细胞、成骨细胞、成纤维细胞、主动脉平滑肌细胞,以及单核细胞、树突状细胞和B淋巴细胞等[2]。

二、RANK L-RANK-OPG系统在骨组织改建中的作用研究表明在骨吸收过程中,RANK L、RANK、OPG三者共同参与调节破骨细胞的分化和功能的发挥。

RANKL表达于成骨细胞、基质细胞表面,它与破骨细胞前体细胞表面的RANK结合,巨噬细胞集落刺激因子(m acrophag e co l ony st-i mu l a ti ng factor,M-CSF)与其受体c-Fm s结合,将信号传入细胞内,启动破骨细胞的活化。

RANK L的信号经过RANK传递给TNF受体连接因子6(TRA F6),再经TRA F6激活下游的多种信号分子,引起一系列信号反应和细胞生物学效应。

破骨细胞内与RANK相关的信号通路有RANK介导的核因子 B通路、丝裂原活化蛋白激酶通路、磷脂酰肌醇3激酶-丝氨酸苏氨酸蛋白激酶A kt(又名蛋白激酶B,prote i n k i nase B)通路和钙调磷酸酶-活化T细胞核因子通路,来调节破骨细胞的分化、功能和凋亡[3]。

另一方面,OPG与RANKL结合将阻断RANK L与RANK 的结合。

OPG能够直接与RANK L结合,竞争性地抑制RANK L与RANK结合,进而抑制破骨细胞的分化和功能的发挥。

同时,OPG还可与RANKL/RANK结合体形成三聚体,直接抑制RANK L/RANK的作用。

所以,OPG具有抑制RANK L诱导破骨细胞发生的能力[4]。

体内调控破骨细胞的多种因子和激素几乎都是通过影响O PG和RANKL的分泌,使RANK L/OPG比率失衡。

研究表明:在抑制骨吸收和促进骨形成的细胞因子(如TGF- 、TGF- 、IL-1 、IL-18、1,25-(OH)2D3及B M P-2)的刺激下,成骨细胞系中O PG的mRNA和蛋白表达明显升高;相反,在促进骨吸收和抑制骨形成的细胞因子和药物(如PGE2、糖皮质激素以及雌激素受体拮抗物ICI182,780)的作用下,O PG的mRNA和蛋白表达量降低。

可见,在体内骨吸收和骨形成的平衡关系中,RANKL/O PG比率是一个重要的杠杆[2]。

近年来,一些研究发现免疫反应和骨骼系统之间有很密切的关系。

RANK L不仅可以由成骨细胞和骨髓基质细胞产生,而且也可以由T、B淋巴细胞产生[5-7]。

同时,RANK L可阻止树突状细胞凋亡、促进T淋巴细胞增殖,这些作用可被O PG阻断,而激活的T细胞表达的RANKL可直接促进破骨细胞生成,这都提示RANKL-RANK-O PG系统可能是联系骨代谢与免疫系统之间的桥梁,而RANKL和活性T细胞是这个桥梁的两个重要支点[2]。

三、RANKL-RANK-OPG系统与牙周病之间的关系1.RANKL-RANK-OPG在牙周组织中的表达将牙周组织不同细胞进行体外培养,发现许多细胞均能表达RANKL-RANK-O PG。

在体外培养鼠的成牙细胞株和牙髓细胞株发现:牙体组织和牙间充质细胞系从mRNA水平和蛋白分子水平,都可以检测到OPG和RANKL的表达[8]。

牙周组织中很重要的牙周韧带细胞,经体外培养,能够产生RANKL、OPG,且O PG的量大于RANKL。

将其与骨髓细胞共培养,无抗酒石酸酸性磷酸酶阳性多核细胞(ta rtrate-resistant aci d phosphatase-positi ve mu lti nuc l eated cell s,TRAP(+)MNC)形成。

只有当同时加入1,25二羟维生素D3[1,25-(OH)2D3]、地塞米松(dexa m e t hasone,D ex)和抗OPG抗体时,能诱导大量的TRA P(+)M NC产生,且这些TRAP(+) M NC具有骨吸收活性。

这就证明,牙周韧带细胞所产生的O PG能够抑制自身产生的RANKL,只有当OPG被抗OPG抗体完全中和后,牙周韧带细胞产生的RANKL才能发挥作用[9]。

杨雁琪等[10]通过RT-PCR的方法,从mRNA的水平也证明人的牙周膜细胞表达O PG和RANKL,且人牙周膜细胞存在OPG和RANK L这两种因子;在正常的状态下,O PG 表达较RANKL明显增强。

因此,不利于破骨细胞生成,也就能够维护牙周内环境的稳定。

在慢性牙周炎患者的牙龈组织和龈沟液中,RANKL的浓度在患病位点升高,RANKL阳性细胞明显分布在炎症牙龈的结缔组织[11],OPG的表达则比正常人群要低,并且RANKL和OPG水平及RANKL/OPG的比值与牙周组织的骨破坏明显相关。

提示GCF中RANKL、OPG及RANKL/O PG 的比值可作为慢性牙周炎牙槽骨组织破坏的一项较敏感和客观的指标[12-13]。

K aw ai等[14]研究亦表明,吸烟在调节牙周组织的基因表达和对牙周炎的影响中,可能也是通过调节RANKL/OPG的比值来实现的。

2.RANKL-RANK-OPG系统与牙周病病因学研究近年来,牙周病病因学的研究集中在炎症激活免疫系统导致的骨吸收方面,从而对其发病机理有了新的认识。

特异性抗原T细胞的克隆[15]和特异性抗原B细胞继承性转移[16]研究证明:在接受了特异性抗原淋巴细胞动物的牙槽骨中能够产生多种细胞因子,并诱导破骨细胞的生成,导致牙槽骨的吸收。

而且牙周病原菌如牙龈卟啉单孢菌,也可以通过激活鼠的淋巴细胞产生RANKL,从而引起破骨细胞的产生[17]。

众多学者研究表明,能够导致牙周病牙槽骨吸收的RANKL 主要来自活性T[5,7,18]、B淋巴细胞[6,14]和巨噬细胞[19]。

在慢性牙周炎患者中,大量的RANKL主要是由CD4+T淋巴细胞分泌[7,20-21],并且病变组织中的T淋巴细胞能够提高RANKL的mRNA水平,同时降低OPG mRNA的水平[18]。

Brunetti等[22]也证实,T淋巴细胞在牙周病患者体内,可以通过RANK L和TNF- 的过表达来刺激破骨细胞的发生。

Bo stanci等[23]发现:经免疫抑制的牙周病患者与未经免疫抑制的牙周病患者相比,其RANKL和OPG的水平要低。

这就充分表明在牙周组织中,免疫应答与RANKL的表达水平紧密相关,T、B淋巴细胞在诱导牙周骨吸收中扮演着重要的角色,而且机体的免疫反应在牙周病的发病中起着重要的作用。

3.RANK L-RANK-OPG系统在牙周病治疗中的研究目前牙周病的常规治疗通常是依赖机械操作,却忽略了免疫细胞的作用。

新的治疗方法旨在那些影响牙周骨吸收的主要的免疫细胞上,通过干扰T和B淋巴细胞的活性,降低s RANKL的释放或是抑制RANKL的分泌和表达,就有可能影响牙周骨组织的吸收,有利于改善牙周骨组织的吸收以及阻止牙周疾病的发展[24]。

因此,针对RANKL-RANK-O PG 系统的治疗方法得到了极大的关注,例如OPG、RANKL-F c (由Ig G的F c片段与RANK L融合重组形成)、抗RANK L抗体的使用、调节细胞内RANK的信号传导途径、RANKL疫苗研究[25]以及干扰淋巴细胞对RANK L的表达等[26]。