自噬调节牙萌出骨改建机制研究进展

邓 晴 秦 晗

南京医科大学连云港临床医学院口腔科，江苏连云港 222002

牙萌出是发育中的牙胚在牙冠形成后向咬合平面移动达功能位置的复杂过程，对牙列和颌面部正常发育至关重要。在牙萌出时牙胚冠破骨细胞分化参与牙萌出通道形成，同时牙槽窝底分化出成骨细胞产生新生骨质作为推动牙萌出的动力，这一成骨细胞和破骨细胞作用协调构建骨改建的动态平衡是确保牙正常萌出关键[1]。自噬是真核生物细胞内高度保守的物质降解过程，其通过降解胞质内细胞器、蛋白质和大分子物质随后对分解代谢产物进行能量物质再循环，维持细胞的生存和正常生命活动[2]。自噬与破骨细胞、成骨细胞和骨细胞介导的骨重建密切相关，可通过与调节骨改建信号通路相互作用参与骨改建[3-6]。Pieles等[7]研究发现，在牙萌出过程中自噬激活可促进成骨细胞分化，提示自噬参与了牙萌出骨改建过程，具体机制不明。本文将调节牙萌出骨改建的主要信号通路Notch 信号通路、Wnt 信号通路、转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/骨形态发生蛋白信号通路、Hedgehog 信号通路、NF-κB 受体激活蛋白配体（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL）/NF-κB 受体激活蛋白（receptor activator of NF-κB，RANK）/护骨因子（osteoprotegeri，OPG）信号通路与自噬的联系作一综述，以期为靶向自噬治疗骨改建异常造成牙萌出障碍提供治疗新方法和参考依据。

1 自噬通过Notch 信号通路参与骨改建

Notch 信号通路经Notch1-4 受体和配体结合在骨改建中发挥多种功能，包括成骨细胞分化和矿化、破骨细胞募集和细胞融合及成骨细胞或破骨前体细胞增殖[8]。在牙萌出过程的成骨分化期间，Notch 信号被激活。Rao 等[9]通过体外动物实验发现，在高糖高脂饮食喂养下构建的2 型糖尿病小鼠模型中成骨细胞自噬下降，导致Notch 信号传导下调抑制成骨，造成糖尿病骨质疏松。该研究提示自噬与Notch 信号通路在成骨分化调节呈正相关，由此推测在牙萌出时自噬与Notch 信号协同促进成骨。Yoshida 等[10]敲除小鼠成骨细胞自噬负调节基因RUBCN/Rubicon 基因得到自噬特异性上调的成骨细胞标本，发现成骨细胞自噬上调可加速Notch 胞内结构域的降解，从而激活Notch信号通路传导促进成骨细胞分化。此外，该研究进一步提出调节自噬改变Notch 信号传导促进成骨分化的药物可用于治疗与年龄相关的骨质疏松和骨折。在牙萌出过程中，通过靶向自噬促进Notch 胞内结构域降解活化Notch 信号通路传导而诱导成骨细胞分化，可作为因成骨分化异常造成动力不足的牙萌出障碍的治疗方法。

2 自噬通过Wnt 信号通路参与骨改建

Wnt 信号通路对骨髓间充质干细胞向成骨细胞系细胞的分化必不可少，且Wnt 信号通路可抑制破骨细胞分化[11]。在牙萌出时，Wnt 信号通路的激活可调节牙槽窝底成骨细胞分化形成新骨。包佳琦[12]以TNF-α 模拟炎症微环境培养抑制成骨细胞自噬活性，通过对自噬及成骨各项检测指标分析发现，成骨细胞自噬抑制可下调Wnt 信号通路传导抑制成骨分化，使用自噬诱导剂后该抑制作用减弱。由此可得，自噬与Wnt 信号通路在牙萌出成骨分化调控呈正相关。当Wnt 信号下调可诱导破骨细胞前体细胞分化为破骨细胞，参与牙萌出通道形成。Chen 等[13]在体外使用脂多糖对前体成骨细胞进行培养，发现脂多糖可激活前破骨细胞自噬活性，下调Wnt 信号通路，促进前破骨细胞分化为破骨细胞，提示自噬可负向调控Wnt 信号参与牙萌出破骨细胞分化。牙萌出需成骨细胞与破骨细胞作用协调，Wnt/β-catenin 信号过强或过弱均影响牙萌出[14-15]。自噬诱导剂可促进成骨分化用于牙槽骨丢失的治疗，而自噬抑制剂适用于治疗因破骨细胞能力增强而造成牙槽骨丢失的选择，揭示调节自噬可成为潜在的用于成骨细胞与破骨细胞作用失衡造成牙萌出障碍的治疗方法。

3 自噬通过TGF-β/骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信号通路参与骨改建

TGF-β 信号通路超家族成员由成骨细胞和其他骨细胞产生，大量存在于骨基质中；BMP 是细胞外多功能信号传导细胞因子和TGF-β 超家族的成员，这些多效性生长因子可刺激骨细胞增殖、早期分化、成骨细胞谱系定型在促进骨形成和重塑中至关重要[16]。在牙萌出过程中，TGF-β 信号传导对成骨分化非常重要。Zhang 等[17]研究表明，2 型糖尿病相关性骨质疏松的病因为胰岛素可上调TGF-β 信号通路抑制自噬和促进过早衰老阻碍骨髓间充质干细胞成骨。而Wan等[18]则证明了激活自噬可以抑制TGF-β1 在成骨细胞中的过度表达所引起的骨关节炎发展，从而减轻骨关节炎的症状。以上研究结果提示，自噬与TGF-β 信号通路可在骨改建中相互调控。BMP 作为重要的骨形成促进蛋白，在牙萌出时可与TGF-β 信号传导相互作用参与成骨分化调控。BMP9 是一种强效骨诱导性BMP，Zhao 等[19]研究发现，BMP9 可有效上调多个自噬相关基因在骨髓间充质干细胞中的表达，而使用自噬抑制剂氯喹时该现象则显著抑制，说明BMP 信号通路可协调自噬促进成骨分化。王雅雯等[20]发现，低氧能激活成骨细胞自噬活性，上调TGF-β 和BMP2 表达，从而促进成骨细胞分化，利于种植体骨结合，提示自噬可正调控TGF-β/BMP 信号通路促进牙萌出时成骨分化。由此可见通过加强成骨细胞自噬，上调TGF-β/BMP 信号促进成骨分化，可用于治疗因骨量生成不足而导致的牙萌出障碍。

4 自噬通过Hedgehog 信号通路参与骨改建

在Hedgehog 信号通路中，Hedgehog 蛋白作为配体蛋白启动信号通路。Patched 蛋白是信号通路靶细胞细胞膜表面的直接受体，Smoothened 蛋白是信号通路靶细胞上的信号转换器，负责胞内信号；Gli 蛋白作为胞内信号分子是转录效应器，负责启动效应细胞内靶基因的转录。Patched 蛋白通过抑制Smoothened 蛋白活性影响Gli 蛋白的转录，负调节Hedgehog 信号，而Smoothened 蛋白激活可诱导Gli 蛋白转录，促进Hedgehog 信号传导[21]。在牙萌出过程中，Hedgehog 信号参与成骨细胞分化的调控影响骨改建，该信号传导抑制牙囊干细胞成骨分化[22]。自噬和Hedgehog 信号通路是调节成骨分化的两个重要因素，姚义兴[23]研究发现自噬与Hedgehog 信号通路之间存在着相互调控作用，揭示了自噬与Hedgehog 信号通路可在牙萌出骨改建中相互调节。Hu 等[24]使用斑马鱼动物模型对自噬与Hedgehog 信号通路之间调控成骨分化的机制进行了探究，发现使用药物抑制Hedgehog 信号通路可促进自噬活动，而敲除Hedgehog 负调节因子Patched 蛋白可激活Smoothened 蛋白，诱导Gli 蛋白转录，促进Hedgehog 信号传导则抑制自噬，然而自噬的改变对Hedgehog 信号并无影响。该结果提示Hedgehog 信号可通过负调节自噬作用于牙萌出成骨分化，且Hedgehog 信号是成骨细胞自噬的上游调控信号。综上所述，调节自噬不影响Hedgehog 信号通路介导的成骨分化，但使用药物调节Hedgehog 信号通路活性反向调节成骨细胞自噬活性，从而调节牙萌出过程中成骨分化不失为因成骨异常导致牙萌出障碍可行的方法。

5 自噬通过RANKL/RANK/OPG 信号通路参与骨改建

RANKL/RANK/OPG 信号传导轴通过调节成骨细胞和破骨细胞之间的相互作用影响骨重建，RANKL和OPG 之间的平衡决定了骨吸收率[25]。在牙萌出过程中，RANKL/RANK/OPG 信号通路是成骨细胞系细胞实现对破骨细胞分化调控的重要信号。当RANKL/OPG 比值下降，破骨细胞分化受抑制。Tong 等[26]研究表明，自噬可提高OPG 的表达，从而降低RANKL/OPG 比值，抑制破骨细胞的分化与骨吸收；当RANKL/OPG 比值升高，则可诱导破骨细胞分化。Li 等[27]发现，压力作用下激活自噬，可通过提高RANKL/OPG 比值促进破骨细胞分化。因此，在牙萌出时自噬可通过RANKL/RANK/OPG 信号通路参与破骨分化的调控，确保牙萌出通道的形成。Qin 等[28]研究发现，调节成骨细胞自噬可影响RANKL/OPG 比值，造成RANKL/RANK/OPG信号通路传导异常，打破牙萌出过程成骨细胞与破骨细胞功能的平衡，并推测这可能是导致牙萌出障碍的原因，该项研究提示通过调节自噬将RANKL/OPG 比值稳定在适当水平利于牙萌出。使用自噬调节剂调节RANKL/OPG 比值用于干预骨改建已有相关报道，Chen 等[29]研究表明，正畸力诱导下牙槽骨组织受压侧存在显著的自噬，3-甲基腺嘌呤可通过上调RANKL/OPG 比值促进破骨细胞分化而使骨密度下降；而雷帕霉素则可下调RANKL/OPG 比值使骨密度下降。综上，调节自噬确可用于破骨细胞分化抑制，牙萌出通道未能形成造成的牙萌出障碍的治疗。

6 总结与展望

自噬在牙萌出过程中可通过调节成骨细胞、破骨细胞分化与功能，以及成骨细胞与破骨细胞作用的动态平衡，在牙萌出骨改建过程发挥重要作用。自噬异常导致牙萌出骨代谢的紊乱，往往造成牙萌出障碍。关于牙萌出障碍的临床治疗方法主要是牵引及正畸，但目前靶向自噬作为许多骨代谢异常疾病的新型药物已被考虑用于临床治疗[30]。因此，调节自噬用于骨代谢异常导致牙萌出障碍，可作为一种潜在的治疗方法。本文总结并推测自噬参与牙萌出骨改建的机制，为靶向自噬作为临床治疗牙萌出障碍提供理论依据。目前自噬在牙萌出骨改建机制中的研究还不够全面和深入，期待未来有更多研究将自噬与牙萌出骨改建联系起来，将自噬调节剂用于骨改建失衡所致的牙萌出异常治疗中。

利益冲突声明：本文所有作者均声明不存在利益冲突。