关于烟草中有害物质对人牙龈成纤维细胞的影响

【关键词】 烟草； 牙龈成纤维细胞；牙周病；细胞因子

烟草中有害物质引起的牙槽骨吸收是牙周病和种植体失败的重要原因。紧紧围绕天然牙和种植体颈部的结缔组织是保护牙槽骨的一道屏障，Lambert等［1］指出，如果牙颈部这道屏障完整，烟草中有害物质不会引起牙槽骨吸收。牙龈成纤维细胞及所形成的纤维束紧紧包绕着天然牙和种植体袖口区域，是这道屏障的基本组成。本文就烟草有害物质对牙龈成纤维细胞的影响作一综述。 1 牙龈成纤维细胞对烟草有害物质的吸收 烟草中含有4 000多种有害物质，如尼古丁、乙醛、丙烯醛等，其中尼古丁是烟草中主要生物碱 ，约占烟草生物碱总量95%以上。Hanes 等［2］对体外培养人牙龈成纤维细胞结合、吸收和释放同位素氚标记的尼古丁进行研究 ，发现其与细胞的结合是非特异性的。牙龈成纤维细胞吸收尼古丁速度较快，4 h即达到高峰 ，每106细胞内含尼古丁26.31 pmols，随后逐渐下降。大量临床研究也证实各种品牌香烟吸后，吸烟者血浆中尼古丁浓度22.6～73 ng/ml［3］，唾液中尼古丁浓度70～1 560 μg/ml。 2 烟草有害物质对牙龈成纤维细胞作用机制 2.1 烟草对牙龈成纤维细胞附着能力的影响 牙龈成纤维细胞必须在底物上附着才能发挥生理功能。细胞初始粘附在底物上时为圆形或卵形，随着时间延长，表面生出许多短小的微绒毛，接触底物的微绒毛变长，形成长线状伪足，未接触底物的微绒毛逐渐消失。细胞顺着长线状伪足的方向伸展，逐渐变得扁平，同时细胞周缘继续伸出新的长线状伪足，众多伪足形成网络状结构，引导细胞的继续伸展。这种动力学变化的基础在于细胞骨架在细胞内处于不断的重组状态，骨架蛋白不断聚合使纤维延长，或不断解聚使纤维缩短、消失。 Poggi等［4］发现烟草中的乙醛、丙烯醛可破坏牙龈成纤维细胞的骨架系统。乙醛、丙烯醛高亲和性结合组成微管蛋白的主要蛋白质半胱氨酸中的巯基，从而影响微管蛋白的聚合能力。此外，乙醛、丙烯醛还可以通过加速细胞内部谷胱甘肽消耗，造成自由基增多，间接导致细胞骨架系统破坏。细胞骨架系统的破坏影响细胞在底物表面的伸展。 对于粘附在底物上，已经伸展的牙龈成纤维细胞，乙醛、丙烯醛使细胞长梭状外形塌陷，变为长条形，当浓度继续增加时，细胞质骨架系统完全破坏，微管、微丝、中间纤维断裂，成无序的絮状围绕在细胞核的周围，整个细胞呈现细胞核的卵圆形。 细胞形态变化同时，底物上细胞附着的数目也显著变化。随着浓度增加（丙烯醛10-5～10-4M，乙醛10－４～10－２M之间），细胞对培养皿粘附性从原来的80%左右下降到20%左右［4］。 烟草中其它物质也对牙龈成纤维细胞在底物附着造成影响。Tanur等［3］发现，牙龈成纤维细胞在玻璃或健康牙根表面形成良好附着时，表现为长梭形，平行排列，方向一致，很少发生重叠。而同样环境下尼古丁组细胞，呈多个方向无序的排列，细胞之间频繁的出现重叠。且在吸烟者血浆尼古丁含量范围内，紊乱程度随着剂量增加而加重。在排列方向紊乱同时，粘附力也受到影响。附着在牙根表面，相同数目的牙龈成纤维细胞经过30 min 100 r/min的旋转，细胞脱落数目与尼古丁浓度成正相关关系。Tanur认为此附着力下降是因为细胞在附着时尽力逃避尼古丁影响造成的。 2.2 烟草对牙龈成纤维细胞分泌胶原、胶原酶及其它细胞基质的影响 正常牙龈组织胶原大致经历细胞内合成、细胞外沉积和被再吸收的动态过程。牙龈成纤维细胞产生胶原，主要是I型胶原，同时也分泌胶原酶，降解胶原，在维持胶原的动态平衡中发挥重要作用。 Giannopoulou等［5］发现，尼古丁浓度1～10 μg/ml时，牙龈成纤维细胞产生胶原能力未发现明显变化；当尼古丁浓度50～500 μg/ml时，胶原产生逐渐减少，由正常的75％下降到40％，这可能是尼古丁直接抑制胶原合成的中间环节或胶原底物的合成。也有部分原因是尼古丁间接刺激导致。Ho等［6］发现，尼古丁增强牙龈成纤维细胞环氧酶（COX）-2表达。COX-2是前列腺素合成的限速酶，COX-2的增加导致体内前列腺素水平的增加，从而降低成纤维细胞内Ⅰ、Ⅲ前胶原mRNA的含量，抑制胶原的生成。 尼古丁抑制牙龈成纤维细胞胶原合成同时也加速胶原降解。胶原降解过程主要由胶原酶催化。因这些酶需要Ca2+、Zn2+等金属离子作为辅助因子，所以又被称为基质金属蛋白酶（MMPs）。在Zhou 等［7］实验中，尼古丁浓度150～250 μg/ml之间时，胶原降解随着尼古丁浓度上升而增强。此时尼古丁组和不含尼古丁组各种基质金属蛋白酶MMPs mRNAs水平没有区别，仅是尼古丁组基质金属蛋白酶特异性抑制物(TIMP-1）水平显著下降。这表明尼古丁并不直接增加胶原酶合成，而是通过增强活性转化，降低失活等其它一些途径增强胶原酶活性，促进胶原降解。 牙龈成纤维细胞除了分泌胶原外，还分泌其它一些基质蛋白，如纤维粘连蛋白(fibronectin)、整合素β1(Integrin β1 )［8］。牙龈成纤维细胞在底物表面的铺展、附着及移行需要这些细胞外基质的参与。 2.3 烟草对牙龈成纤维细胞产生细胞因子的影响健康牙周组织中，牙龈成纤维细胞分泌大量的细胞因子，调节着细胞间的相互作用，调节着细胞的移动、增殖、分化和产生基质成分，在维持着内环境的稳定中发挥作用。Almasri等［9］发现，250 μg/ml尼古丁作用体外培养牙龈成纤维细胞48 h后， IL-1、IL-6、IL-8等促炎因子水平显著增强，它们可直接或通过诱导其它因子生成参与牙槽骨吸收、胶原酶产生、趋化炎性细胞聚集等一系列造成组织破坏的炎性反应。与此同时，也发现抗炎因子IL-10水平增高。这可能是牙龈成纤维细胞代偿促炎因子增加的结果。 此外，尼古丁代谢产物去甲烟碱可增强牙龈成纤维细胞的晚期糖基化终产物受体(RAGE)mRNA表达［10］，晚期糖基化终产物刺激多种促炎细胞因子表达，如IL-1、IL-6、TNF-α等。 2.4 烟草对牙龈成纤维细胞迁移的影响 牙周组织受到损伤或有炎症时，牙龈成纤维细胞聚集被破坏部位并参与修复。它可以是局部的成纤维细胞增殖，也可以从邻近组织的未分化间质细胞和成纤维细胞分化、迁移而来。细胞迁移需要内外因素的配合。外部因素指的是细胞外的信号分子，内部因素则指细胞信号传导系统和执行运动的细胞骨架和能量系统，还有参与粘着斑形成的各种分子。Fang等［11］对体外伤口愈合模型研究表明，正常牙龈成纤维细胞48 h迁移0.117 mm2，0.5 μmol/L尼古丁组细胞迁移0.100 mm2。因0.5 μmol/L浓度尼古丁对细胞骨架、细胞极性影响不大，迁移能力的下降可能是0.5 μmol/L浓度尼古丁改变Rac、PAK1/2活性，上调MAPK信号的表达，从而改变细胞迁移信号传导系统造成的。 Wong等［12］通过烟草中有害物质对鸡胚成纤维细胞影响认为，低浓度有害物质减少细胞迁移是通过增加丝状肌动蛋白(F-actin)、粘着斑蛋白(vinculin)的生成，从而增加细胞粘附性造成的。对于牙龈成纤维细胞，目前尚未发现此类研究。 2.5 烟草对牙龈成纤维细胞增殖能力的影响 相对于无尼古丁影响的牙龈成纤维细胞，低浓度尼古丁1 μg/ml刺激下，细胞增殖能力略微上升，随着尼古丁浓度提高，细胞增殖能力逐渐下降，下降程度与尼古丁剂量相关。增殖能力下降可能与细胞骨架破坏，蛋白质合成下降等一系列因素有关；而在低浓度时，增殖能力略微上升则可能与细胞凋亡受到抑制有关。 Argentin等［13］发现1 μmol/L浓度的尼古丁可显著增加微核（MN）出现频率。微核是细胞在有丝分裂时因各种有害因素损伤，使细胞核成份残留在核外的微小核染色质块，可作为细胞毒性物质对细胞损伤的评价指标。牙龈成纤维细胞在1 μmol/L浓度的尼古丁作用24 h时微核出现的频率最高，随后逐渐下降，但尼古丁对微核的影响无法消除。而加入抗氧化剂（N-乙酰-L-半胱氨酸或过氧化氢酶）时，微核出现频率下降。这表明尼古丁可能或至少有一部原因是通过诱导细胞氧化应激反应引发对牙龈成纤维细胞DNA的损伤。尼古丁作用的牙龈成纤维细胞DNA损伤后，增殖能力没有受到影响，而细胞的凋亡却显著降低。这可能是尼古丁阻断细胞凋亡蛋白激酶(PKC)信号传递通路所致［13］。尼古丁引发了细胞遗传物质DNA的损伤，同时却允许DNA损伤的细胞进行增殖，从而改变了细胞生存和死亡之间的平衡。这可能是引发肿瘤的第一步。Argentin的实验仅是单因素（尼古丁）短期影响，如果烟草中众多有害物质长期影响，可能引发更多DNA损伤。

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