王欣，王興

(山西醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院,太原030001)

近年來(lái)，鈦種植體已成為牙列缺損、缺失的首選修復(fù)手段。研究顯示，種植體的早期松動(dòng)常導(dǎo)致種植手術(shù)失敗，骨結(jié)合不良被認(rèn)為是其中的重要原因。近年來(lái)，多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)種植體材料、形態(tài)設(shè)計(jì)、種植窩條件、表面處理技術(shù)等因素均會(huì)顯著影響種植體的骨結(jié)合，但骨結(jié)合的生物調(diào)控機(jī)制尚未完全清楚，關(guān)于巨噬細(xì)胞表性轉(zhuǎn)換與種植體骨結(jié)合間的相互影響成為熱門研究方向。研究發(fā)現(xiàn)，骨組織中的巨噬細(xì)胞在不同微環(huán)境下其生物學(xué)功能有顯著差異，是骨組織再生修復(fù)的重要影響因素。巨噬細(xì)胞可根據(jù)其表面特征和分泌的細(xì)胞因子分為兩種不同表型，即經(jīng)典活化的M1型和選擇性活化的M2型，而且這兩種表型可以互相轉(zhuǎn)化，調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化和破骨細(xì)胞的成熟。當(dāng)機(jī)體的骨損傷開(kāi)始修復(fù)時(shí)，巨噬細(xì)胞大多從促炎M1型轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡譓2型；在感染的情況下，M2型轉(zhuǎn)化為M1型，表型轉(zhuǎn)化短至3 d[1]。在種植體周圍，長(zhǎng)期高比例的M1型巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)破壞和植入物松動(dòng)；M2型巨噬細(xì)胞高比例浸潤(rùn)將修復(fù)受損組織并抑制炎癥，這有利于種植體骨結(jié)合的形成[2]。然而，不同種植條件對(duì)巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換的影響，表型轉(zhuǎn)換后的巨噬細(xì)胞通過(guò)哪些途徑影響種植體的骨結(jié)合，目前缺少歸納和總結(jié)。因此，本文重點(diǎn)綜述了巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換影響種植體骨結(jié)合的相關(guān)機(jī)制，介紹并展望了種植體表面改性技術(shù)通過(guò)調(diào)控巨噬細(xì)胞表型，提高種植體周骨結(jié)合的研究進(jìn)展。

1 巨噬細(xì)胞參與種植體骨結(jié)合全過(guò)程

種植體骨結(jié)合的過(guò)程可分為血腫期、炎癥期、增殖期和改建期4個(gè)階段，巨噬細(xì)胞在骨結(jié)合的不同階段中的功能有明顯差異。在血腫期，血液中的血小板及補(bǔ)體蛋白與種植體充分接觸，血腫逐漸凝結(jié)為血凝塊，種植體表面被血凝塊包圍。2～4 d后進(jìn)入炎癥期，大量巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞在植體周圍募集，種植體表面纖維蛋白原基質(zhì)層形成。此時(shí)，M1型巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子(TNF)、白細(xì)胞介素1(IL-1)、IL-6，發(fā)揮促炎作用[3,4]；初期表現(xiàn)為急性無(wú)菌性炎癥，其后逐漸表現(xiàn)為慢性纖維反應(yīng)，啟動(dòng)組織修復(fù)作用。隨著機(jī)體炎癥進(jìn)一步發(fā)展，巨噬細(xì)胞吞噬作用消耗中性粒細(xì)胞凋亡，巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)于種植區(qū)周圍。在術(shù)后4周，其進(jìn)入炎癥的維持階段。炎癥的維持期出現(xiàn)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞代謝旺盛，在骨吸收與骨重建中表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)平衡。發(fā)揮抗炎作用的M2型巨噬細(xì)胞通過(guò)分泌IL-10等抗炎性因子發(fā)揮作用，部分M1型巨噬細(xì)胞會(huì)向M2型轉(zhuǎn)換或凋亡，從而促進(jìn)骨細(xì)胞的增殖和骨組織的再生。12周后，種植體骨整合趨向成熟，重建后血管化骨與種植體緊密接觸。Pape等[5]通過(guò)注射AP20187二聚化合物消融巨噬細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)骨形成顯著減少，膜內(nèi)骨化及軟骨內(nèi)骨化均無(wú)法形成成熟的骨組織。

2 巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換影響種植體骨結(jié)合的機(jī)制

適度炎性細(xì)胞因子可促進(jìn)骨結(jié)合，但過(guò)度炎癥會(huì)造成骨組織的過(guò)度破壞吸收，不利于骨與種植體的結(jié)合。因此，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)單核巨噬細(xì)胞向M1型、M2型巨噬細(xì)胞極化的相對(duì)比例，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向抗炎M2型巨噬細(xì)胞極化來(lái)促進(jìn)種植體骨結(jié)合，對(duì)種植體骨結(jié)合的形成至關(guān)重要[6]。

2.1 M1型巨噬細(xì)胞對(duì)種植體的影響 幼稚巨噬細(xì)胞經(jīng)輔助性T細(xì)胞(Th1)分泌的革蘭陰性菌脂多糖和干擾素γ來(lái)激活并轉(zhuǎn)化為M1型巨噬細(xì)胞，具有促進(jìn)炎癥反應(yīng)進(jìn)行的作用[7]。鈦植體植入牙槽窩后，在炎癥反應(yīng)區(qū)大量募集M1型巨噬細(xì)胞，其分泌TNF、IL-1、IL-6及其他促炎細(xì)胞因子吞噬細(xì)胞以消除病原體，它還產(chǎn)生一氧化氮合成酶(NOS)和原血小板堿性蛋白，M1型巨噬細(xì)胞在宿主防御和病原體清除中起主導(dǎo)作用。

糖尿病是由于各種原因引起體內(nèi)血糖升高導(dǎo)致的代謝紊亂性疾病，在口腔內(nèi)主要表現(xiàn)為牙槽骨喪失以及骨質(zhì)疏松，影響種植體骨結(jié)合[8]。Liu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，高血糖動(dòng)物模型表現(xiàn)創(chuàng)口愈合不良等癥狀，種植體骨結(jié)合率比對(duì)照組低約30%；體內(nèi)持續(xù)保持高血糖狀態(tài)會(huì)對(duì)骨代謝、創(chuàng)傷修復(fù)等產(chǎn)生直接或間接影響，并降低骨內(nèi)植入物的骨結(jié)合率。糖尿病患者體內(nèi)的巨噬細(xì)胞中存在著明顯的表型比例失調(diào)，促炎M1型巨噬細(xì)胞較抗炎M2型占很大比例[10]。植入物種入種植窩后，血液中的單核巨噬細(xì)胞迅速分化為成熟的M1型巨噬細(xì)胞，隨之分泌IL-1及氧自由基，激活其他免疫細(xì)胞增強(qiáng)炎癥反應(yīng)，此分化方向不利于種植體愈合。

牙齦卟啉單胞菌(Pg)不僅是牙周炎的關(guān)鍵病原體，也是種植體周圍炎的關(guān)鍵病原體。在將植入物種入牙槽窩后，Pg產(chǎn)生牙齦蛋白酶、脂多糖，并利用菌毛調(diào)節(jié)原始巨噬細(xì)胞向M1型巨噬細(xì)胞極化。同時(shí)M1型巨噬細(xì)胞受到牙齦蛋白酶C5aR-TLR2信號(hào)通路交叉對(duì)話的負(fù)調(diào)節(jié)，上調(diào)IL-1、IL-6促炎因子的產(chǎn)生，這一系列反應(yīng)將引起牙周組織的局部炎癥浸潤(rùn)并造成相應(yīng)部位牙槽骨質(zhì)的吸收。

2.2 M2型巨噬細(xì)胞對(duì)種植體的影響 在傷口愈合和組織重建期間會(huì)激活單核巨噬細(xì)胞向M2型極化，主要分泌IL-4、IL-10、IL-13和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β，表面標(biāo)志物是輔助性T細(xì)胞(Th2)、精氨酸酶1。M2型巨噬細(xì)胞對(duì)炎癥反應(yīng)起抑制作用，其在血管生成、腫瘤浸潤(rùn)生長(zhǎng)及組織修復(fù)重建中發(fā)揮正向促進(jìn)作用[11]。M2型巨噬細(xì)胞可進(jìn)一步分為由IL-4或IL-13誘導(dǎo)的M2a型，免疫復(fù)合物誘導(dǎo)的M2b型及糖皮質(zhì)激素、IL-10等誘導(dǎo)的M2c型。M2c巨噬細(xì)胞主要負(fù)責(zé)機(jī)體免疫調(diào)節(jié)和凋亡細(xì)胞的吞噬作用。

研究發(fā)現(xiàn)，高比例的M2型巨噬細(xì)胞在組織修復(fù)和抑制炎癥方面的作用，更加有利于種植體骨結(jié)合[2]。植入種植體后，極化后的M2型巨噬細(xì)胞將釋放血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子，促進(jìn)血管形成，同時(shí)分泌血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2，促進(jìn)骨髓基質(zhì)干細(xì)胞的遷移歸巢和成骨分化，促進(jìn)骨基質(zhì)形成以修復(fù)缺損組織[12,13]。

3 種植體表面修飾對(duì)巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換的影響

在種植體表面進(jìn)行理化及生物改性，可通過(guò)調(diào)控巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換，影響種植體骨結(jié)合。

3.1 物理改性 Nagasawa等[14]研究發(fā)現(xiàn)，鈦種植體表面納米管徑的形貌可分別誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)換為M1型或M2型：鈦種植體表面Tio2納米管徑為30 nm會(huì)抑制巨噬細(xì)胞的破骨分化作用，促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為M2型，主要抑制炎癥作用和修復(fù)破損骨質(zhì)；而在納米管徑為80 nm條件下會(huì)促進(jìn)破骨細(xì)胞的破骨分化，促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M1型分化，發(fā)揮促炎作用。此時(shí)，巨噬細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換不僅受到種植條件的影響，更由種植體表面形貌直接誘導(dǎo)。Thalji等[15]將超強(qiáng)納米表面和適度粗糙面的純鈦種植體植入牙槽窩后，其細(xì)胞外基質(zhì)、血管化生等相關(guān)基因均上調(diào)；M2型巨噬細(xì)胞的趨化因子18(CCL18)受誘導(dǎo)后明顯上調(diào)，表明免疫調(diào)節(jié)在改變種植體-骨界面的物理性質(zhì)、骨整合方面起重要作用。

3.2 親水性和粗糙度 與疏水性植入物相比，親水性鈦表面可調(diào)節(jié)人巨噬細(xì)胞以促進(jìn)巨噬細(xì)胞的M2型轉(zhuǎn)化，減弱炎癥反應(yīng)并促進(jìn)骨整合。增加鈦植入物表面的粗糙度和潤(rùn)濕性可以誘導(dǎo)抗炎的M2型巨噬細(xì)胞的活化，機(jī)體內(nèi)出現(xiàn)IL-4、IL-10水平升高，產(chǎn)生抗炎微環(huán)境，將免疫反應(yīng)引導(dǎo)至促進(jìn)組織愈合的方向。

3.3 化學(xué)改性 Park等[16]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在種植體表面化學(xué)修飾鈣和鍶可以上調(diào)M2型巨噬細(xì)胞基因型的表達(dá)，而且對(duì)巨噬細(xì)胞黏附形態(tài)也起到調(diào)節(jié)作用。Li等[17]研究發(fā)現(xiàn)，將RAW264.7巨噬細(xì)胞置于羥基磷灰石與二氧化鈰相結(jié)合的涂層上培養(yǎng)，可誘導(dǎo)單核巨噬細(xì)胞向M2表型極化，促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，上調(diào)抗炎因子和成骨相關(guān)基因，M1表面標(biāo)志物及抗炎因子下調(diào)，促進(jìn)種植體骨結(jié)合。

3.4 生物改性 Alfarsi等[18]的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鈦植入物材料表面如大顆粒噴砂酸蝕(SLA)表面和親水性SLA(modSLA)表面等不同的微觀性狀可以改變血小板的黏附行為，調(diào)節(jié)其釋出物的蛋白質(zhì)組學(xué)特征；在血小板暴露于不同表面修飾后，血小板的釋放明顯削弱了SLA鈦微粗糙表面的巨噬細(xì)胞促炎極化反應(yīng)，還加速了對(duì)modSLA鈦的抗炎反應(yīng)，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的表達(dá)水平，并通過(guò)免疫調(diào)節(jié)影響種植體周骨結(jié)合。Nie等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在植入物表面上定植桿菌肽可以增加植入物親水性，并抑制巨噬細(xì)胞增殖和促炎性因子的分泌。Hachim等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在植入物表面涂抹可釋放IL-4的涂層可誘導(dǎo)單核巨噬細(xì)胞向M2型極化，削弱其向M1型轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)并促進(jìn)骨缺損區(qū)骨組織的愈合。

綜上所述，巨噬細(xì)胞通過(guò)不同向極化行為參與種植體骨結(jié)合。在植入種植體早期，種植窩環(huán)境改變刺激單核巨噬細(xì)胞極化為M1型促炎巨噬細(xì)胞，此階段巨噬細(xì)胞發(fā)揮了促炎作用；炎癥期后的愈合階段，原始巨噬細(xì)胞和一些M1型巨噬細(xì)胞極化為M2型抗炎巨噬細(xì)胞，此階段巨噬細(xì)胞發(fā)揮骨質(zhì)修復(fù)作用促進(jìn)植入物周圍骨組織愈合。巨噬細(xì)胞的M1/M2表型轉(zhuǎn)換不僅受到種植條件的影響，通過(guò)種植體的表面改性可適當(dāng)調(diào)整巨噬細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換，適當(dāng)調(diào)整巨噬細(xì)胞中M1和M2型細(xì)胞比例，可提高種植區(qū)內(nèi)植入物骨結(jié)合率。