糖尿病对牙髓组织增龄性改变的影响

陈小倩 高诗祺 张 益 田青鹭 郑黎薇 周雅川

1.口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心 四川大学华西口腔医院儿童口腔科，四川成都 610041；2.口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院牙体牙髓科，四川成都 610041

糖尿病是因胰岛素功能障碍和/或分泌缺陷导致的、以高血糖为特征的糖代谢紊乱疾病。据国际糖尿病联盟报道，全球约10.5%的人患有糖尿病[1]，我国的糖尿病患病率约为12.8%[2-3]。糖尿病常合并血管和周围神经病变[4]。糖尿病也是多种口腔疾病的危险因素，如牙周疾病[5]和灼口综合征等[6]。临床研究发现，40 岁以下人群中糖尿病患者发生牙髓炎的概率更高[7]；研究发现，糖尿病通过增加牙髓纤维化程度、髓腔钙化及血管黏附性等方式促进牙髓退行性改变[8-10]。最新研究表明，糖尿病是通过激发氧化应激和炎症反应加速牙髓老化[11-12]，而具有抗炎和抗氧化功效的药物可缓解此进程[13-14]。因此，本文旨在针对糖尿病对牙髓增龄性病变的影响、潜在机制及治疗方法作一综述，以期为临床中糖尿病患者的牙髓疾病治疗提供理论基础。

1 糖尿病引起牙髓组织的增龄性改变

1.1 胶原形成和矿化异常

牙本质形成主要经过细胞分泌有机基质及其矿化两个过程，其中有机基质主要为Ⅰ型胶原蛋白，其具有控制矿物晶体方向和组织结构的功能。研究表明，高糖环境可直接或通过晚期糖基化终产物（advanced glycation end products，AGEs）下调Ⅰ型胶原蛋白的合成，影响牙本质形成和矿化过程[15-16]。而糖尿病患者牙髓髓核中，Ⅲ型胶原分泌增多，增加牙髓纤维化程度，加速其老化[17]。

髓石是位于牙髓中的退行性钙化组织块[18]。Moksha等[19]发现糖尿病患者被检测出髓石的可能性更高。这与Bender 等[8]发现髓石和增厚的前牙本质在糖尿病大鼠中出现的频率更高结果一致。高糖环境可通过骨桥蛋白和AGEs 激发牙髓细胞钙化潜能，引起和加重牙髓病理性钙化[9,20]。这些异常钙化阻碍牙髓的营养运输、信息传递，加剧牙髓坏死。髓石还会引发炎症反应，进一步促进牙髓老化[18]。

1.2 血管和神经退变

糖尿病患者牙髓血管病变常与其他器官的并发症同步发生，但由于牙髓被硬组织包裹无缓冲余地、缺少侧支循环，更易发生血运障碍[19]。王晓丽等[21]观察到糖尿病患者牙髓中毛细血管壁增厚、基底膜上负电荷位点减少和内皮细胞肿胀且结构紊乱，这可能是由于高血糖通过蛋白激酶C 上调血管内皮生长因子表达，进而增加血管通透性[22]。Orlando 等[16]还认为糖尿病引起的炎症微环境会促进血管衰老，导致牙髓不可逆性坏死。

随着年龄增加，牙髓中的神经疼痛敏感性降低。研究发现，糖尿病患者的牙髓组织中的神经纤维减少且结构杂乱[17]，这可能是高糖环境引起的过量活性氧（reactive oxygen species，ROS）通过ERK1/2/Akt/tuberin/mTOR/NF-κB 通路加速神经变性[23]。因此，糖尿病患者牙髓坏死的概率更高[7]。

2 糖尿病引起牙髓组织增龄性改变的机制

2.1 氧化应激反应

氧化应激是糖尿病并发症的首要发病机制。糖尿病患者体内过量的AGEs 与其细胞表面受体的相互作用会导致ROS 的过度产生[24]，而其牙髓中白细胞介素8（interleukin-8，IL-8）升高，趋化多形核白细胞、T细胞，使之激活释放水解酶，引起呼吸爆发，也产生大量ROS[22]。此外，高糖环境促进糖原合酶激酶3β 去磷酸化，激活线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP），引起牙髓细胞线粒体功能障碍，导致ROS 释放[11,25]。这些多途径产生的ROS打破了氧化与抗氧化平衡，引起氧化应激。

一方面，过量的ROS 发挥氧化毒性。ROS 通过激活神经磷脂酶、释放神经酰胺攻击膜磷脂，导致细胞死亡；直接破坏DNA 的氮碱和磷酸糖骨架；通过产生的氧化剂破坏大分子蛋白结构[26]。ROS 还会损伤线粒体等细胞器，降低线粒体膜电位并破坏其渗透性，减少能量产生，诱导细胞凋亡。另一方面，ROS 促进中性粒细胞和巨噬细胞浸润，蛋白酶分泌增加，进而增大髓腔压力，诱导炎症微环境形成[27-28]。最新研究发现，ROS 通过MAPK/NF-κB/P65 信号通路促进巨噬细胞极化，即巨噬细胞促炎状态（M1）与抗炎状态（M2）的比例增加，加剧炎症[29]。ROS 还可以通过激活炎症小体NLRP3 促进炎症发展[30]。

这些研究提示，糖尿病产生的过量ROS 主要通过自身的氧化毒性和引起炎症反应两个方面影响牙髓细胞结构和功能，最终引起牙髓组织增龄性病理变化。

2.2 慢性炎症与免疫反应

高糖环境使组织长期处于慢性低度炎症状态，这是引起糖尿病并发症的重要发病机制[12]。糖尿病积累的AGEs 以浓度依赖性方式促进免疫细胞释放肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α），激发炎症反应。AGEs 又通过MAPK 信号通路释放IL-1β，促进炎症进展[31]。高糖环境还可直接激活免疫细胞表面的Toll 样受体，它和TNF-α 均可通过NF-κB 通路进一步激活免疫细胞内的NLRP3[30]，造成多种不良后果。NLRP3 通过胱冬肽酶-1 促进IL-1β 和IL-18释放，进而刺激免疫细胞产生IL-6，继而促进肝细胞合成C-反应蛋白、纤溶酶原激活物抑制剂-1 及纤维蛋白原，激活内皮细胞表达黏附分子[32]，最终引起血管的炎症反应。活化的NLRP3 进一步促进免疫细胞增殖，提高血清中TNF-α 浓度[33]，同时抑制抗炎调节性T 淋巴细胞活化[34]，诱导牙髓细胞凋亡[35]，在恶性循环中级联放大炎症效应。

巨噬细胞是牙髓中主要的免疫细胞。高糖环境下增多的游离脂肪酸、ROS 和炎症微环境均促进巨噬细胞向M1 状态极化[36]，M1 巨噬细胞常分泌炎症因子IL-1β、TNF-α 和IL-6。IL-1β 上调黏附分子的表达，从而募集淋巴细胞，并且激活继发性炎症介质，共同放大炎症；TNF-α 激活中性粒细胞和淋巴细胞，使血管内皮细胞通透性增加，并调节其他细胞因子的合成和释放；IL-6 除上述刺激血管炎症发生外，还诱导B细胞、T 细胞活化，促进炎症发展。M1 巨噬细胞通过激活烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸氧化酶系统产生ROS，进一步加重牙髓组织氧化应激。M1 巨噬细胞分泌的一氧化氮通过激活杀伤细胞、单核细胞损伤DNA发挥细胞毒性[37]。

综上，免疫炎症反应长期存在于牙髓中，并在损伤和修复中影响牙髓组织增龄性病变。临床上糖尿病患者虽未出现牙髓疾病症状，但牙髓中可能已经存在慢性低度持续性的炎症微环境，加速牙髓的增龄性病理改变，导致牙髓慢性坏死。

3 糖尿病相关的牙髓疾病潜在治疗方法

3.1 抗氧化与抗炎药物

由于氧化应激与炎症相互伴随、彼此促进，因此针对糖尿病引起的牙髓退行性变的药物常具有抗氧化与抗炎双重作用。动物研究发现，白藜芦醇和槲皮素均可通过降低ROS 活性、增加超氧化物歧化酶活性发挥抗氧化功能，从而改善牙髓组织中的氧化应激和炎症微环境[13,38]。N-乙酰半胱氨酸或环孢菌素A 可阻断mPTP 开口，缓解线粒体功能障碍[11]。紫杉叶素通过碳酸酐酶Ⅸ减缓牙髓干细胞（dental pulp stem cells，DPSCs）在炎症环境中的凋亡[39]。替格列汀抑制高糖环境中DPSCs 的JNK/AP1/NF-κB 信号通路，降低TNF-α、IL-1β 和IL-6 水平，起到抗炎和抗氧化作用[40]。而烟酰胺磷酸核糖转移酶抑制剂FK866 则是通过逆转ROS 诱导的NF-κB/p65 活化和DPSCs 衰老，延缓牙髓组织老化[41]。

3.2 二甲双胍

二甲双胍是治疗Ⅱ型糖尿病的一线处方药。体外培养DPSCs 发现，二甲双胍可通过AMPK/mTOR 信号通路下调衰老相关蛋白的表达[42]、促进DPSCs 成牙本质向分化[43]，使用含有二甲双胍的新型树脂材料或钙磷水门汀培养DPSCs 均可显着提高其矿化效率[44-45]，二甲双胍同时促进牙髓血管生成[14]。以上研究表明，二甲双胍可缓解糖尿病引起的牙髓老化并恢复其功能，但二甲双胍在糖尿病引起的牙髓增龄性病变中的作用机制及其在组织工程应用中的潜在价值还需要进一步的临床试验研究。

3.3 维生素C、D

维生素C 具有抗氧化功能，能够恢复糖尿病大鼠牙髓组织中的血流速率[46]，缓解糖尿病引起的牙髓增龄性改变。维生素D 参与牙本质矿化过程并发挥重要作用。Uzunoglu-Ozyurek 等[47]研究发现，补充维生素D后可大大恢复糖尿病动物的DPSCs 成牙本质向分化潜能。而将维生素D 加入到三氧化矿物凝聚体材料中用于哺乳动物盖髓治疗可取得更好的效果[48]，因此，维生素D 可参与牙髓再生治疗，适用于糖尿病患者。

4 小结

糖尿病是一种全球流行的内分泌代谢紊乱疾病，随着人口老龄化的发展，糖尿病在未来可能带来沉重的社会和经济负担。糖尿病通过微血管和周围神经病变引起多种并发症，也是多种口腔疾病的危险因素。越来越多的研究者发现糖尿病加速了牙髓组织增龄性病变，如髓腔内异常钙化、牙髓纤维化、血管和神经退行性变等。其中的机制研究主要集中在氧化应激反应和牙髓组织内的炎症微环境。而相应的治疗方法包括抗氧化抗炎药物、二甲双胍等，但是距离临床应用还需要更多的研究证据支持。