張 鑒， 劉加榮△

1華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)中心，口腔頜面發(fā)育與再生湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430022 2華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院，武漢 430030

自噬是一種細(xì)胞自我保護(hù)機(jī)制，有研究發(fā)現(xiàn)自噬介導(dǎo)了強(qiáng)大的抗炎功能，并可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。學(xué)者們從不可逆性牙髓炎患者的牙髓組織中培養(yǎng)出牙髓干細(xì)胞(dental pulp stem cells，DPSCs)，將此與健康牙髓內(nèi)的干細(xì)胞作比較，發(fā)現(xiàn)炎癥牙髓中的DPSCs表現(xiàn)出了類似或更好的增殖和多向分化能力，并能在體內(nèi)形成牙髓牙本質(zhì)復(fù)合體，這表明炎癥狀態(tài)下的DPSCs有組織再生潛能。有很多研究提示自噬在這一過程中發(fā)揮了重要作用。

1 炎癥狀態(tài)下的牙髓干細(xì)胞

干細(xì)胞是一種能向多個(gè)細(xì)胞類型分化，有能力進(jìn)行自我更新并可以增殖分化的細(xì)胞。成年干細(xì)胞通常保持靜止?fàn)顟B(tài)以維持長期的自我更新，另外也可以進(jìn)行不斷分裂來修復(fù)組織或進(jìn)行分化以實(shí)現(xiàn)組織或器官的生長代謝[1]。牙髓中的DPSCs同樣具有多向分化潛能，在特定的誘導(dǎo)條件下，DPSCs向成脂細(xì)胞、成牙本質(zhì)細(xì)胞[2]、成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞[3]等細(xì)胞類型分化。然而在炎癥環(huán)境下，DPSCs的生長狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，炎癥反應(yīng)也會(huì)對細(xì)胞產(chǎn)生一定影響。一旦牙齒因?yàn)樯铨x或外傷導(dǎo)致牙髓暴露在外，復(fù)雜環(huán)境中的微生物會(huì)產(chǎn)生促炎物質(zhì)，促使牙髓細(xì)胞產(chǎn)生自我免疫防御反應(yīng)，其中巨噬細(xì)胞的聚集和促炎因子的產(chǎn)生在炎癥發(fā)展過程中的作用十分重要[4]。巨噬細(xì)胞上的Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)能夠識(shí)別微生物病原體，激活NF-κB等炎癥信號通路，從而導(dǎo)致一系列炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)炎癥的發(fā)展[5-6]。

然而炎癥狀態(tài)并不是單方面地對牙髓造成損害。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在牙髓炎中，炎癥環(huán)境中起重要作用的腫瘤壞死因子(TNF-α)可以通過特定的信號通路(Akt/GSK-3b/Cyclin D1)促進(jìn)干細(xì)胞的增殖[7]。DPSCs在炎癥侵襲情況下仍然保留了干細(xì)胞特性，并且可以通過TNF-α/IDO軸部分阻斷NF-κB p65亞單位的表達(dá)，使巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α減少，由此在某種程度上抑制炎癥的發(fā)展[8]。

牙髓受到炎癥刺激后，底層的干細(xì)胞被激活，干細(xì)胞增殖后向成牙本質(zhì)細(xì)胞分化[9]，由此以抵御炎癥或開始形成修復(fù)性牙本質(zhì)，這在牙髓炎癥中表現(xiàn)為牙髓受到損傷后產(chǎn)生一系列損傷修復(fù)反應(yīng)[10]。在炎癥牙髓的牙本質(zhì)修復(fù)階段中，上調(diào)Wnt/β-catenin通路可以間接地促進(jìn)巨噬細(xì)胞從促炎階段向抗炎階段轉(zhuǎn)變[11]。有研究發(fā)現(xiàn)，通過補(bǔ)體激活途徑可以調(diào)控炎癥DPSCs的增殖和遷移[12]；也有研究發(fā)現(xiàn)了利用外源性物質(zhì)可以抵抗牙髓中的炎癥，以促進(jìn)炎癥的快速消解和干細(xì)胞的分化[13]。臨床常用的蓋髓材料就能調(diào)節(jié)牙髓再生，不同的蓋髓材料在不同的牙髓炎階段能起到不同的抗炎或修復(fù)作用[14]，這在牙髓炎治療中有很重要的臨床意義[15]。

根據(jù)以上結(jié)論，我們可以認(rèn)為對DPSCs進(jìn)行合適條件的誘導(dǎo)，可以促進(jìn)其適當(dāng)分化以滿足急性牙髓炎的治療需求。DPSCs具有強(qiáng)大的增殖、分化能力，在生長因子的作用下DPSCs的增殖能力會(huì)更加活躍，對DPSCs進(jìn)行增殖誘導(dǎo)以促進(jìn)其生長或抵抗炎癥的能力，可以為治療恒牙早期牙髓炎提供理論基礎(chǔ)，具有較好的臨床應(yīng)用前景。

2 自噬在干細(xì)胞生長狀態(tài)中的變化及對牙髓干細(xì)胞分化的影響機(jī)制

自噬是一種細(xì)胞和細(xì)胞器自我更新并且能夠促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)循環(huán)代謝的方式，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生一種雙層膜結(jié)構(gòu)包裹細(xì)胞質(zhì)等物質(zhì)形成自噬體，最終與溶酶體形成自噬溶酶體，降解后將進(jìn)一步為細(xì)胞提供營養(yǎng)和能量，促進(jìn)其再生，這樣才能讓細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞器的更迭成為現(xiàn)實(shí)，最終為組織修復(fù)或再生提供新的生長途徑和生長方式[16]。自噬可以由饑餓環(huán)境、炎癥、化學(xué)物質(zhì)、氧化損傷等誘導(dǎo)，并且可以被3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine，3-MA)抑制，被雷帕霉素所激活[17-20]。自噬可以回收細(xì)胞中蛋白質(zhì)和破壞的細(xì)胞器來維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的平衡，并參與干細(xì)胞的更新、多向分化、增殖和衰老。正常情況下，自噬參與細(xì)胞質(zhì)成分的循環(huán)和病原體的清除，基本水平的自噬有利于生存，并有助于細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持。自噬不足將導(dǎo)致缺陷細(xì)胞器和長壽蛋白的積累，阻礙細(xì)胞存活，促進(jìn)細(xì)胞死亡[21]。自噬的增加在短期內(nèi)或許有利于細(xì)胞存活，但自噬過度或慢性誘導(dǎo)與細(xì)胞死亡和病理狀態(tài)有關(guān)[22]。

自噬也參與了修復(fù)性牙本質(zhì)形成的過程，自噬相關(guān)蛋白MAP1LC3C在人牙源性分化過程中顯著表達(dá)，并且能夠調(diào)控牙源性分化標(biāo)記物DSPP的表達(dá)，研究表明自噬能夠促進(jìn)牙源性分化和修復(fù)性牙本質(zhì)形成過程中DPSCs的增殖[23]。這為牙髓損傷的治療和再生提供了新的研究方向。有研究表明生長因子SDF1-α能激活DPSCs中的自噬，并且在含有SDF1-α的絲素蛋白支架中自噬活性表現(xiàn)增加，能夠進(jìn)一步增加DPSCs的增殖分化以及遷移[24]。這表示利用自噬對DPSCs進(jìn)行干預(yù)，并且提供利于DPSCs生長分化的環(huán)境條件(例如生長因子的利用以及在牙髓中搭建促進(jìn)細(xì)胞遷移、增殖的生物支架)，可以促進(jìn)修復(fù)性反應(yīng)的發(fā)生，這為我們利用自噬機(jī)制干預(yù)或治療早期牙髓炎癥提供了理論依據(jù)。

自噬在牙髓細(xì)胞衰老中的變化十分獨(dú)特，自噬的調(diào)控在其中起到的作用也很重要。隨著間充質(zhì)干細(xì)胞的衰老，自噬水平逐漸降低[25]，然而神經(jīng)嵴來源的DPSCs中的自噬水平隨著年齡增長而增高[26]。

自噬在口腔疾病中的應(yīng)用越來越廣，但是有關(guān)牙髓炎與自噬的相互作用機(jī)制研究仍有不足，在臨床上也沒有得到充分的應(yīng)用。研究自噬在炎癥復(fù)雜通路中所起的作用，將會(huì)對牙髓炎的調(diào)控提供重要參考。

3 自噬在牙髓炎中的作用機(jī)制

機(jī)體內(nèi)環(huán)境在面臨炎癥侵襲條件下，可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的自噬反應(yīng)[27]。成牙本質(zhì)細(xì)胞是牙本質(zhì)-牙髓復(fù)合體的細(xì)胞，它與抵抗病原體入侵的炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，其存活和免疫對牙髓穩(wěn)態(tài)和牙本質(zhì)再生具有重要意義。有研究利用脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)炎癥，發(fā)現(xiàn)LPS可以激活成牙本質(zhì)細(xì)胞自噬，并且自噬在炎癥成牙本質(zhì)細(xì)胞中具有兩種作用——以12 h為界，研究發(fā)現(xiàn)在炎癥早期，自噬可以上調(diào)細(xì)胞活力，晚期則下調(diào)細(xì)胞活力[28]。這表明在牙髓炎發(fā)展的早期階段或者可復(fù)性牙髓炎時(shí)期調(diào)控炎癥是十分重要的，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬可以保護(hù)細(xì)胞免受損傷。研究早期牙髓炎中的自噬機(jī)制，并且利用自噬機(jī)制對早期牙髓炎進(jìn)行干預(yù)將會(huì)有良好的發(fā)展前景。

然而自噬在炎癥環(huán)境中有兩種相反的作用。一方面，自噬通常與應(yīng)激反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，是一種細(xì)胞保護(hù)反應(yīng)，在恢復(fù)穩(wěn)態(tài)和保護(hù)細(xì)胞過程中起重要作用[29]。自噬在炎癥反應(yīng)中可以保護(hù)細(xì)胞免受炎癥因子毒性傷害[30-31]、殺死細(xì)菌[32-33]、去除炎癥因子[34-35]等等。然而另一方面，過度的自噬也可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡[36]，在某些特定的條件下，自噬一旦超過某個(gè)閾值便會(huì)吞噬過多的重要細(xì)胞器，最終引起細(xì)胞穩(wěn)態(tài)環(huán)境崩潰，導(dǎo)致不可逆的細(xì)胞死亡[37]。自噬也會(huì)通過凋亡途徑導(dǎo)致細(xì)胞死亡[38]，在神經(jīng)退行性病變中，功能失調(diào)的線粒體的聚集被認(rèn)為是導(dǎo)致病變的主要原因，線粒體自噬主要通過PINK1(PTEN誘導(dǎo)的激酶1)-Parkin通路對功能異常的線粒體進(jìn)行清除[39]。在TNF-α誘導(dǎo)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞凋亡中自噬被激活，并且自噬增強(qiáng)對其誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡具有保護(hù)作用，抑制自噬有致使細(xì)胞死亡的可能性[40]。自噬在炎癥環(huán)境中對成牙本質(zhì)細(xì)胞分化具有調(diào)控作用。自噬參與了LPS誘導(dǎo)的成牙本質(zhì)細(xì)胞分化，低水平的LPS刺激可以促進(jìn)細(xì)胞增殖和礦化。然而加了自噬抑制劑后，LPS誘導(dǎo)的礦化表達(dá)減少，反之礦化增多。這一發(fā)現(xiàn)提示自噬可能通過抑制NF-κB的激活使成牙本質(zhì)細(xì)胞的分化能力提高[41]。在一項(xiàng)牙髓細(xì)胞凋亡研究中發(fā)現(xiàn)：LPS可以誘導(dǎo)自噬的激活，并且通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路抑制牙髓細(xì)胞凋亡[42]。

在牙髓炎癥發(fā)展的早期階段就進(jìn)行干預(yù)和治療或?qū)⒖s短炎癥病程，能盡可能減少炎癥介質(zhì)和炎癥反應(yīng)產(chǎn)物對組織的損傷，并為后期的治療提供更大的治愈可能性[43-44]。由此，預(yù)防、早期發(fā)現(xiàn)和治療牙髓炎癥可以盡早阻斷炎癥進(jìn)展，更大程度地保護(hù)健康牙髓組織，讓健康DPSCs發(fā)揮抗炎修復(fù)作用，為后期治療提供保障。

當(dāng)牙周炎發(fā)展到根部及根尖部分后，炎癥會(huì)沿著側(cè)枝根管和根尖孔向根管內(nèi)發(fā)展，最終侵犯健康牙髓引起牙髓炎病變[45]。牙周炎的進(jìn)展中同樣存在著自噬水平隨著炎癥發(fā)展而變化[46]，有研究發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)控自噬來抑制牙周炎的發(fā)展，這在一定程度上可以預(yù)防牙髓炎的發(fā)生[47]。關(guān)于自噬在牙周炎病變中的具體作用機(jī)制仍然未知，未來還需要進(jìn)一步探討。

綜合目前的研究發(fā)現(xiàn)，自噬在牙髓炎發(fā)展的不同階段的作用機(jī)制如何，自噬在早期牙髓炎中是否有顯著的抗炎和修復(fù)作用等，我們?nèi)匀晃粗?。我們期望在炎癥發(fā)展的早期階段可以激活自噬，促進(jìn)細(xì)胞礦化和增殖，實(shí)現(xiàn)對牙髓炎早期階段的調(diào)控，使早期牙髓炎朝可復(fù)性牙髓炎方向發(fā)展甚至避免使用復(fù)雜的根管治療。這將有助于盡可能地保留患牙，延長患牙使用壽命，并具有較好的臨床應(yīng)用前景。