β—防御素—3及其与牙周炎和糖尿病的关系

[摘要]β-防御素-3的表达与牙周炎和糖尿病密切相关，而后两者间亦关系密切。研究显示，β-防御素-3在牙周炎患者龈沟液中的表达明显降低；且当炎症越重，致病菌种类越多时，β-防御素-3的表达越低。格氏链球菌、血链球菌和非典型韦荣菌等牙周非致病菌轻微上调β-防御素-3的表达，具核梭杆菌和中间普雷沃菌等橙色复合体细菌可强烈地诱导β-防御素-3分泌，齿垢密螺旋体、牙龈卟啉单胞菌和福赛斯拟杆菌等红色复合体细菌则会抑制β-防御素-3的产生。β-防御素-3在健康牙周组织中的表达相对于炎症牙周组织较高，有利于维持牙周组织的稳定。β-防御素-3与牙周有关的生物学功能主要包括抗菌活性、免疫调节作用和促进细胞增殖生长等。在糖尿病状态下，机体的免疫防御功能受损，β-防御素-3在糖尿病感染伤口组织表达降低。目前，有关β-防御素-3的可能的不良反应、生物学功能、在感染性疾病中的具体作用机制还有待进一步研究。

[关键词]β-防御素-3；牙周炎；糖尿病

[中图分类号]Q 51 [文献标志码]A [doi]10.7518/gjkg.2015.03.022

牙周炎是一种以细菌为始动因素的慢性感染性疾病，宿主的防御因素与微生物的相互作用决定了疾病的发展过程。糖尿病是一种胰岛素分泌不足或功能障碍引起的以血糖代谢紊乱为特点的内分泌代谢紊乱性疾病，宿主的免疫调节在其发病机制中也发挥着重要的作用。糖尿病和牙周病看似是独立的疾病，然而两者间却存在密切的关系。防御素是一组带正电荷的小分子多肽，对多种微生物具有杀伤能力。防御素是机体在对抗外界病原菌的天然免疫应答中产生的，而其存在反过来又构成了机体抵御外界刺激的一道保护屏障。防御素根据分子内半胱氨酸残基的位置和二硫键连接方式的不同，分为α、β-防御素。迄今为止，已发现多种β-防御素，β-防御素-3是其中结构和功能较独特的一种。

1.β-防御素-3

人β-防御素-3始见于银屑病患者的皮肤病损中。人β-防御素-3在皮肤、扁桃体有较强表达，在呼吸道、生殖道、食道、骨骼、口腔黏膜以及成年人心脏和女性胸腺中也可检测到。人β-防御素含有36-45个氨基酸残基，富含半胱氨酸和精氨酸。6个半胱氨酸残基形成1-5、2-4、3-6三对二硫键，在空间上形成稳定的3个β片层和一个α螺旋结构。人β-防御素-1-4所含氨基酸数目和带电荷不同，其中人β-防御素-3成熟肽含有45个氨基酸，带+11的净电荷；较人β-防御素-1（36个氨基酸，+5的电荷）和人β-防御素-2（41个氨基酸，+7的电荷）要多。

2.β-防御素-3与牙周炎

2.1β-防御素-3在牙周组织中的表达

β-防御素-3在牙龈上皮中有较高表达，而在炎症牙龈中表达明显降低。如研究发现：β-防御素-3在健康人的龈沟液中高表达，在牙周炎患者龈沟液中的表达明显降低；且当炎症越重，致病菌种类越多时，β-防御素-3的表达越低。Ebrahem等在比较了20名侵袭性牙周炎患者和20名牙周健康者龈沟液中β-防御素-3的表达后发现，β-防御素-3在前者的表达明显低于后者；且这20名侵袭性牙周炎患者接受牙周非手术治疗3个月后，β-防御素-3的表达上升。这说明，β-防御素-3的适量表达对维持牙周的稳态非常重要。

2.2诱导β-防御素-3表达的牙周细菌及细胞因子

2.2.1牙周常见菌对β-防御素-3的诱导作用 β-防御素-3能够被多种因素诱导表达。牙龈卟啉单胞菌是牙周常见的致病菌，其毒力因子包括有胰蛋白酶样蛋白质和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）。牙龈卟啉单胞菌的胰蛋白酶样蛋白质能降解β-防御素-3蛋白。LPS根据脂质A结构的不同可分为4-酰化LPS（LPSl435和LPSl449）和5-酰化LPS（LPS1690），LPS1435和LPS1449会下调β-防御素-3 mRNA的表达，而LPS1690则与之相反。齿垢密螺旋体被认为是一种牙周致病菌，但齿垢密螺旋体却不能诱导β-防御素-3的表达。Shin等认为，齿垢密螺旋体是通过抑制肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）-2轴来抑制B-防御素-3产生的；且活的齿垢密螺旋体会抑制β-防御素-3的表达，而灭活的齿垢密螺旋体则会轻微上调β-防御素-3的表达。他们推测，活的齿垢密螺旋体胞体可能包含有TLR-2抑制剂。除了单种细菌的作用之外，细菌之间的相互作用也会影响β-防御素-3的表达。shin等发现，齿垢密螺旋体会削弱具核梭杆菌诱导的β-防御素-3表达增高。

Ji等用格氏链球菌、血链球菌和非典型韦荣菌等牙周非致病菌，具核梭杆菌和中间普雷沃菌等橙色复合体细菌，齿垢密螺旋体、牙龈卟啉单胞菌和福赛斯拟杆菌等红色复合体细菌刺激牙龈上皮细胞发现：牙周非致病菌能轻微上调β-防御素-3的表达；橙色复合体细菌可强烈地诱导β-防御素-3分泌；而红色复合体细菌则会抑制β-防御素-3的产生，抑制先天性免疫反应。这可能是红色复合体细菌引起牙周感染的机制之一。

2.2.2细胞因子对β防御素-3的诱导作用 除细菌外，炎症性细胞因子也能诱导β-防御素3的产生。Harder等发现，TNF-α能上调β-防御素-3的表达。Joly等体外培养了从14名牙周健康者获得的牙龈角质形成细胞，并用多种炎症因子刺激该细胞中β-防御素-3的表达发现，干扰素（interferon，IFN）-y能上调其中11名个体中的β-防御素-3表达，而TNF-α可诱导8名个体中的β-防御素-3表达，白细胞介素（interleukin，IL）-1β能诱导2名个体中的β-防御素-3表达，IL-6能零星地诱导2名个体中的β-防御素-3表达；且IFNI-y与TNF-α和IL-1β能协同上调β-防御素-3表达，作用较其单独作用时强。

2.3β-防御素-3诱导表达的信号转导通路

细胞的先天性免疫反应是由病原相关分子模式（pathogen associated molecular pattem，PAMP）被细胞表面或细胞内的模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）识别后引发的。牙周致病菌或炎症因子被牙龈上皮细胞的PRR识别并结合，通过相关的信号传导通路诱导β-防御素-3的产生。确切的信号转导通路还不清楚，不过相关的研究提示可能参与其中的信号转导通路如下。

2.3.1核因子-KB信号传导通路 核因子（nuclear factor，NF）-KB主要涉及免疫炎症反应，其激活与TLR相关。研究显示，人牙龈上皮细胞表达TLR-1、2、3、6、8和9多种分子。当PAMP与TLR结合后，TLR的细胞质区段与细胞内的衔接蛋白髓样分化因子88结合形成复合物之后，依次激活白细胞介素受体相关激酶、肿瘤坏死因子受体相关因子-6、NF-kB诱导性激酶、αβ-IkB抑制蛋白（inhibitor-K-binding，IKB），最终使IKB磷酸化而降解，从而使NF-kB活化并移位入核内。研究显示，当具核梭杆菌刺激牙龈上皮细胞后，磷酸化的NF-kB、bcBu的表达量明显增高，牙龈上皮细胞中TLR-2高表达，通过RNA沉默技术沉默TLR-2 mRNA后，具核梭杆菌诱导牙龈上皮细胞产生β-防御素-3的作用明显降低。他们认为，在具核梭杆菌诱导β-防御素-3的表达过程中，TLR-2和NF-vd3信号传导通路参与其中。

2.3.2促丝裂原激活蛋白激酶信号转导通路 促丝裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号转导通路在哺乳动物中包括细胞外信号调节激酶信号转导通路、c-Jun N-末端激酶（c-Jun NH，-terminal kinase，JNK）信号转导通路和P38MAPK信号转导通路。MAPK信号转导通路能将一系列外部信号转化为细胞内信号，与炎症以及细胞生长、分化和程序性死亡密切相关。Garcia等发现，β-防御素-3基因的5’端包含信号转导子和转录激活子的结合位点。在IFN-T诱导人牙龈角质形成细胞表达β-防御素-3过程中，JNK与信号转导子和转录激活子信号传导通路参与其中。

2.3.3核苷酸结合寡聚化结构域样受体信号传导通路 核苷酸结合寡聚化结构域（nucleotidebinding oligomerization domain，NOD）样受体（NOD-like-receptor，NLR）属于哺乳动物的细胞内模式识别受体，位于细胞质，主要参与机体内免疫应答和炎症反应的调节，其家族成员主要有NOD、富含亮氨酸重复结构域蛋白（NACHT domain leucine-rich repeat domain and pyrin domaincontaining protein，NALP）-1-14、IL-1转换酶蛋白活化因子（IL-1β converting enzyme-protease activating factor，IPAF）、Ⅱ类反式激活蛋白（classⅡtransactivator，cⅡTA）和神经元程序性细胞死亡抑制蛋白（neural apoptosis inhibitoryprotein，NAIP）。其中，NALP是NLR中最大的一类。研究显示，牙龈上皮细胞中NALP-2的表达量最高，而将NALP-2 mRNA敲除后，具核梭杆菌诱导β-防御素-3的产生明显减少。他们认为，NALP-2介导具核梭杆菌诱导牙龈上皮细胞产生β-防御素-3过程。

2.4β-防御素-3在牙周组织中的生物学作用

研究显示，β-防御素-3在健康牙周组织相对于炎症牙周组织中的表达较高，提示其可能具备某些生物学功能，有利于维持牙周组织的稳态。β-防御素-3与牙周有关的生物学功能主要包括抗菌活性、免疫调节作用和促进细胞增殖生长等。

2.4.1抗菌作用 β-防御素-3是β-防御素中抗菌能力最强的，具有广谱杀菌或抑菌活性，但其具体机制尚不完全清楚。普遍以为，β-防御素-3能破坏细菌胞膜的完整性。β-防御素-3带正电荷，与微生物上带负电荷的成分如革兰阴性菌的LPS或革兰阳性菌的脂磷壁酸相互作用后，吸附到细胞膜上形成孔道，破坏膜的完整性，导致微生物细胞裂解。有研究以为：β-防御素-3的抗菌机制还包括激活水解酶的活性，从而降解细胞壁或干扰细胞膜内外层间脂质的分布；作用于胞内的多个靶点，如抑制蛋白质、细胞壁以及DNA、RNA的合成，抑制细胞分裂，抑制蛋白质折叠等。在感染疾病状态，盐离子质量浓度往往增高；而盐离子会影响β-防御素-1、2的抗菌活性，但β-防御素-3对盐离子不敏感，提示其在机体的防御反应中发挥着重要作用。β-防御素-3在牙周袋内的最低抑菌质量浓度如下：牙龈卟啉单胞菌42.1 mg·L，齿垢密螺旋体15.7 mg·L，福赛斯拟杆菌157.0 mg·L，伴放线嗜血杆菌45.6 mg·L，具核梭杆菌12.5 mg·L，中间普雷沃菌100.0～200.0 mg·L，变黑普雷沃菌313 mg·L，微小消化链球菌62.5 mg·L，非典型韦荣菌313 mg·L，血链球菌31.3 mg·L，格氏链球菌84.2 mg·L，变异链球菌3.0-5.5 mg·L。

2.4.2免疫调节作用 β-防御素不仅具有抗菌能力，而且能够调节免疫应答。β-防御素-3则能趋化单核细胞，诱导IL-1、IL-8以及TNF-α、地诺前列酮等多种炎症因子和趋化因子的表达。

2.4.3促进细胞的增殖生长 β-防御素-3可促进牙周膜细胞的增殖，促进牙周膜成纤维细胞在经龈下刮治和根面平整后的牙周炎患牙牙根表面的黏附和增殖生长，即β-防御素-3在牙周再生方面存在潜在的应用价值。

2.5β-防御素-3在牙周病治疗中的应用

抗生素滥用导致的细菌耐药是目前医学界的一个难题。防御素由于其非特异性的抗菌机制，有望替代抗生素用于治疗感染性疾病：β-防御素-3单独使用可对多种牙周致病菌产生杀菌作用；当其与氯己定、阿莫西林、甲硝唑联合使用时，其杀菌能力更强；即β-防御素-3可与口腔杀菌剂联合应用来控制牙周感染。

3.β-防御素-3与糖尿病

3.1β-防御素-3在糖尿病感染伤口中的表达

β-防御素是先天性免疫反应的重要组成部分，在糖尿病状态下，机体的免疫防御功能受损，β-防御素-3与多种糖尿病感染并发症有关。Lan等发现，在糖尿病老鼠皮肤感染伤口模型中，β-防御素-3的表达较对照组低。

3.2β-防御素-3在糖尿病发病机制中的可能性

有关糖尿病与非糖尿病时β-防御素-3差异性表达的机制还不清楚。研究显示在高糖时，高级糖基化终产物产生增多，它们会抑制磷酸化的P38表达，抑制P38MAPK信号传导通路，可降低角质形成细胞中β-防御素-3的表达。伤口愈合是一种动态复杂的过程，主要包括炎症反应、血管形成和再上皮化，而β-防御素-3与这三个阶段都有关联。首先，β-防御素-3具有免疫调节功能，能促进单核-巨噬细胞等免疫细胞分泌多种细胞因子，介导和放大免疫反应；其次，β-防御素-3能增强成纤维细胞、角质形成细胞的迁移能力和增殖能力，有利于伤口的愈合。Badr发现，骆驼乳清蛋白可通过提高β-防御素-1、2、3的表达促进糖尿病老鼠感染伤口的愈合。由于防御素具有上述多种生物学功能，人们猜想其表达不足促进了糖尿病的发生发展。他们认为，这可能是糖尿病患者易并发感染的原因之一。目前，有关β-防御素-3在糖尿病中的研究较少，有待深入研究。

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