在肥胖患者中，促炎細胞因子，如TNFα、IL6、IL8以及IL1β的釋放增加會導致生物學相關過程的失調，并促進低度全身性炎癥。關于肥胖相關炎癥潛在機制的研究集中在脂質代謝的紊亂以及由此導致的血清游離脂肪酸（FFA）水平升高，如飽和脂肪酸（棕櫚酸，PA）、單不飽和脂肪酸（油酸，OA）。雖然它們與正常細胞功能相關，但高脂血癥條件下兩種脂肪酸都會影響幾種細胞類型的炎癥過程。

飽和脂肪酸（SFA）如PA已被證明可以通過多種途徑激活促炎基因（TNFα、IL6、IL8、IL1α、IL1β）。OA等單不飽和脂肪酸（MUFA）主要通過平衡SFA誘導的炎癥來降低促炎細胞因子（如TNFα和IL6）的水平。然而，在真皮成纖維細胞中，OA似乎具有促炎作用，導致COX2表達增加、ROS水平升高和氧化損傷。高脂血癥是指血脂水平過高，在體內，其影響是基于過量的特定脂肪酸及其相互關系，這使體外研究復雜化。

與肥胖類似，牙周炎癥也是一個全球性的健康問題，重度牙周炎患者也表現出低度全身炎癥，促炎細胞因子水平升高。牙齦卟啉單胞菌（P. gingivalis）是一種革蘭氏陰性專性厭氧菌，已被確定為牙周病發生發展的主要致病菌，其致病性歸因于一系列毒力因子如菌毛、牙齦蛋白酶和脂多糖（LPS）。為了進行體外研究，牙齦卟啉單胞菌或其LPS通常用于模擬引起牙周炎的刺激。此外，牙齦卟啉單胞菌脂多糖（P. gingivalis LPS）可促進脂肪因子的促炎特性，可能導致肥胖相關炎癥。然而，這兩種疾病是否隨后會影響正畸牙齒移動（OTM）目前知之甚少。

正畸治療引起的復雜炎癥信號級聯反應主要由牙周膜成纖維細胞（PdLF）調節，PdLF是牙周組織中的主要細胞類型，位于牙根和牙槽骨之間。當牙齒受到機械應力時，觸發的無菌性短暫炎癥由PdLF特異性調節，特別是促炎細胞因子（如IL6、IL8、PGE2和TNFα）的表達和分泌是PdL壓縮側的特征，而抗炎細胞因子（如IL10）的釋放在拉伸側更為突出。

然而，牙周炎是否對正畸力誘導的炎癥組織反應調節的肥胖相關變化有影響尚未得到研究。基于此，德國耶拿大學附屬醫院口腔正畸科、亞琛工業大學附屬醫院口腔正畸科的一項實驗曾旨在：（1）研究脂肪酸模擬的高脂血癥狀況是否影響HPdLF在調節對壓縮刺激的炎癥反應方面的功能；（2）解決由于P. gingivalis LPS 給藥引起的變化。鑒于患有牙周炎的肥胖患者比例不斷增加，但他們仍然希望進行正畸治療，該研究提供了有關生物學背景的初步信息。

首先，為了研究高脂血癥PA和OA水平對HPdLF調節功能的影響，進行了THP1細胞粘附測定（圖1 a、b），分析了在PA和OA中培養的HPdLF上貼壁Alexa488標記的THP1細胞的數量，僅用牛血清白蛋白（BSA）孵育的細胞用作對照。結果發現，在PA孵育的HPdLF中THP1細胞數量增加（圖1 a、b）。與對照相比，OA培養導致相似數量的貼壁THP1單核細胞。這表明PA尤其會促進HPdLF的炎癥反應。

接著研究了用脂肪酸培養是否會影響HPdLF對6小時機械壓縮（7.13 g/cm2）的反應，此時幾種細胞因子的表達和分泌已經增加。雖然壓縮誘導對照和PA處理組的HPdLF中THP1細胞粘附增加（圖1 a、b），但補充OA阻礙了壓縮誘導的THP1粘附增加。這些數據表明，OA限制了6小時壓縮刺激的炎癥反應。

接下來，為了進一步分析脂肪酸培養的HPdLF的炎癥反應，對細胞因子和炎癥標志物TNFα、IL1α、IL1β、IL1RA、IL6、IL8和COX2的編碼基因進行了定量PCR （圖1 c、d）。實驗檢測到IL1β、IL1RA和IL8的基線水平沒有變化，而TNFα在兩種脂肪酸條件下均降低（圖1 c）。此外，OA培養物中IL1α和IL6水平顯著降低（圖1 c），PA培養物中COX2表達增加（圖1 d）。無論培養條件如何，在6小時的壓縮刺激下，大多數基因的表達量都有所增加（圖1 c、d）。然而，與對照相比，PA和OA培養物中壓縮誘導的COX2表達增加顯著更高（圖1 d）。

此外，脂肪酸處理后IL6基線水平無明顯變化。然而，壓縮刺激促進了對照和PA培養組中IL6的分泌，但在OA組沒有（圖1 e）。相比之下，無論是脂肪酸處理還是機械壓縮，IL8的分泌沒有改變（圖1 f）。還檢測到用PA處理的HPdLF中PGE2的分泌（圖1 g），而機械壓縮增加了PA培養組PGE2水平，并使OA培養組中PGE2水平高于檢測限。由于IL6而不是PGE2對于單核細胞分化為巨噬細胞非常重要，因此，對炎癥標志物的分析支持了上述THP1測定的結果。

圖1     棕櫚酸和油酸影響人牙膜成纖維細胞（HPdLF）對6小時壓縮力（CF）的炎癥反應。

最后，為了模擬牙齦卟啉單胞菌感染，用適當的脂多糖刺激HPdLF 24小時。與未刺激的對照相比，LPS刺激導致THP1細胞粘附增加（圖1 b，圖2 a、b），這在LPS刺激的PA培養物中也可以檢測到。此外，與各自對照相比，LPS刺激的PA培養物中THP1貼壁細胞的數量明顯更多（圖2 a、b）。施加壓縮刺激后，在所有LPS刺激的HPdLF中THP1細胞粘附顯著增加（圖2 a，b），而PA培養物中，THP1貼壁細胞的增加顯著更高。

COX2表達的定量分析顯示，用LPS刺激與脂肪酸刺激沒有相關差異（圖2 c），然而，與非LPS刺激的HPdLF相比，其轉錄水平顯著更高。IL6和IL8的表達也發生了類似的變化（圖2 c），與各自的未刺激條件相比（與圖1 c），LPS的應用導致BSA對照、PA培養和OA培養的HPdLF中其表達顯著上調。壓縮力作用下，COX2和IL6轉錄值增加，但IL8沒有（圖2 c），此外，IL6水平在脂肪酸刺激下表現出顯著差異，在OA培養中表達降低。

對培養基中分泌蛋白的進一步分析顯示，在機械應力和LPS刺激的PA培養物中PGE2顯著增加（圖2 d）。此外，LPS刺激的BSA對照中壓縮誘導的IL6分泌水平增強，但沒有檢測到IL8的增強（圖2 d）。當細胞額外暴露于PA時，IL6細胞因子釋放的增加甚至更高，這進一步支持了PA對HPdLF在機械應力、細菌、應激條件下的炎癥反應的調節作用。此外，與未受到牙齦卟啉單胞菌LPS刺激的HPdLF相比，在LPS刺激的PA和OA培養物中檢測到的IL6和IL8分泌水平顯著更高。

這些數據表明，用PA處理的機械壓縮下的HPdLF的炎癥反應增加。此外，當細胞受到引起牙周炎的細菌化合物的額外刺激時，炎癥應激反應更加明顯。

圖2    用從牙齦卟啉單胞菌獲得的LPS刺激壓縮條件下棕櫚酸培養的HPdLFs導致過度的免疫反應。

該研究提供了關于肥胖相關高脂血癥如何影響體外壓縮應力下牙周膜成纖維細胞在調節炎癥反應的功能的新信息。機械應力誘導的炎癥通過棕櫚酸增強，當細胞受到牙齦卟啉單胞菌脂多糖的額外刺激時，炎癥進一步增加。因此，這項研究提供了關于細胞因子調節變化的第一個信息，這些變化可能與越來越多的患有牙周炎的肥胖患者的正畸牙齒移動有關。

參考文獻：Symmank J, Appel S, Bastian JA, Knaup I, Marciniak J, Hennig CL, D?ding A, Schulze-Sp?te U, Jacobs C, Wolf M. Hyperlipidemic Conditions Impact Force-Induced Inflammatory Response of Human Periodontal Ligament Fibroblasts Concomitantly Challenged with P. gingivalis-LPS. Int J Mol Sci. 2021 Jun 4;22(11):6069. doi: 10.3390/ijms22116069. PMID: 34199865; PMCID: PMC8200083.

原文鏈接：pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34199865/

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