NLRP3炎症小体在牙周炎骨吸收的研究进展
牙周炎是由多种因素引起的牙周支持组织的慢性炎性破坏性疾病，其中NLRP3炎症小体在牙周炎中发挥重要作用，其作为细胞内模式识别受体激活炎性半胱天冬酶，诱导白细胞介素（interleukin,IL）等炎症因子的表达。近年来，关于炎症小体研究的不断深入，越来越多的证据表明NLRP3炎症小体参与骨相关疾病的发生发展，提示NLRP3炎症小体不仅参与免疫调节，在炎性骨吸收也起到关键作用。为进一步了解炎症因子在牙周炎骨吸收发生发展中的作用，本文就NLRP3炎症小体与牙周炎骨吸收的相关性及其作用机制进行综述，以期为治疗牙周炎骨吸收提供一种新策略。
1.NLRP3 炎症小体的结构和活化
NLRP3炎症小体是由NLRP3蛋白、凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis speck-like protein containing acaspase recruitment domain, ASC)和半胱氨酸天冬蛋白酶1前体（procaspase-1）组成的蛋白复合物，它可以对细菌侵入做出反应，引发早期宿主反应，在先天免疫中发挥重要作用。经典的NLRP3炎症小体激活需要启动和激活两步骤。
当病原体相关分子模式（pathogen associated molecular pattern, PAMP）或损伤相关分子模式（damage-associated molecular pattern,DAMP）被相应模式识别受体（pattern recognition receptor, PRR）识别后，激活核因子κB（nuclearfactor kappa-B，NF-κB）信号通路，上调炎症小体相关组分NLRP3、IL-1β的表达。
第二步由钾离子外排、线粒体损伤、活性氧等损伤相关分子激活，促进NLRP3炎症小体的组装，剪切procaspase-1为有活性的Caspase-1，后者切割gasdermin D(GSDMD)，产生N端片段，在细胞膜中插入孔隙并损害膜完整性，胞外的水进入胞内导致细胞肿胀、渗透性溶解，甚至破裂。同时，炎性细胞因子IL-1β、IL-18经Caspase-1活化后分泌释放到细胞外环境中，诱导高度炎症形式的细胞死亡，称为焦亡。
2.NLRP3 炎症小体参与多种刺激因素介导的骨吸收
NLRP3炎症小体作为触发Caspase-1激活的分子平台，已被证实与牙周炎的发生密切相关。在炎症性牙周病受试者的牙龈组织中，NLRP3炎症小体的表达明显高于健康受试者。牙周炎骨吸收程度与雌激素、糖尿病、咬合创伤等多种因素相关，在探究这些因素对骨质流失影响机制中，NLRP3炎症小体的重要性被反复强调，这为NLRP3炎症小体与牙周炎骨吸收的相关性提供大量依据。
1） 雌激素依赖NLRP3炎症小体的活化促进骨吸收
雌激素通过诱导成骨细胞分化、降低破骨细胞活性，在调节骨重塑中起着至关重要的作用。在绝经女性患者的临床样本和大鼠卵巢摘除模型中发现，雌激素缺乏上调NLRP3炎症小体/Caspase-1/IL-1β轴，加速牙周炎诱导的骨质流失。研究发现，雌激素缺乏诱导的骨质疏松部分依赖于NLRP3炎症小体活化，抑制NLRP3炎症小体活化可以改善雌激素缺乏引起的骨质疏松症和成骨分化潜力受损。
2） NLRP3炎症小体活化介导糖尿病状态下的骨吸收
牙周炎已经成为糖尿病的第六并发症，牙周炎的严重程度与糖尿病高度相关。高血糖诱导血管内皮生长因子（VEGF）、晚期糖基化终产物（advanced glycation end products, AGEs）和氧化应激扰乱牙周的稳态并引起机体对牙周病的易感性。AGEs通过NF-κB信号通路激活NLRP3炎症小体，诱导破骨细胞中NLRP3炎症小体相关蛋白的表达促进骨吸收。
糖尿病小鼠颌骨坏死的严重程度显著升高，与局部病变处巨噬细胞中NLRP3炎症小体激活密切相关。间充质干细胞衍生的外泌体抑制破骨细胞中NLRP3炎症小体，成功改善糖尿病引起的骨质流失。说明糖尿病状态下的骨吸收与NLRP3炎症小体活化密切相关。
3）机械刺激激活NLRP3炎症小体加速骨吸收
机械拉伸负载可以诱导牙周膜干细胞中NLRP3炎症小体信号传导，促进IL-18和NF-κB受体激活因子配体(RANKL)的表达。在咬合创伤大鼠模型中，NLRP3炎症小体抑制剂格列本脲减少牙周组织中细胞焦亡，缓解炎症和骨吸收，这提示继发于咬合创伤的骨吸收可能是通过NLRP3炎症小体/IL-1β途径上调RANKL表达实现的。
3.NLRP3 炎症小体诱导牙周炎骨吸收的机制
NLRP3 炎症小体活化和其介导的细胞焦亡会损害具有成骨潜力细胞的活性与矿化能力，同时促进破骨细胞的成熟，调控巨噬细胞极化。大量IL-1β和IL-18的释放创造促炎环境，增加骨质的破坏。炎症小体的激活影响骨重塑相关细胞的活性，导致骨生成减少和骨破坏增加，最终发生炎症性骨质流失。
1） NLRP3炎症小体诱导成骨细胞焦亡
脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）促进NLRP3炎症小体的活化和炎症因子的释放，导致成骨细胞出现肿胀破裂，诱导细胞焦亡，导致成骨细胞的功能障碍。同时，活化的IL-1β通过BMP/Smad非依赖性途径降低Runt相关转录因子2(Runx2)表达，导致成骨细胞迁移障碍与成骨功能下降。
在牙周炎模型中，线粒体氧化应激释放的大量活性氧激活NLRP3炎症小体，抑制成骨细胞迁移，降低成骨相关因子的表达。细胞焦亡抑制剂Necrosulfonamide(NSA)可逆转LPS处理后成骨细胞中NLRP3炎症小体、Caspase-1的过表达，抑制IL-6和IL-1β的分泌，促进成骨细胞增殖分化。
2）NLRP3炎症小体促进破骨细胞分化
单核破骨前体细胞成熟为多核破骨细胞，分泌酸性物质和蛋白酶，溶解矿物质、消化骨基质的胶原纤维来进行骨吸收，NLRP3炎症小体是破骨细胞成熟的先决条件。NLRP3炎症小体以刺激依赖性方式水解多聚ADP 核糖聚合酶[poly (ADP-ribose)polymerase, PARP]，解除其对破骨细胞分化的抑制作用，促进破骨细胞的成熟。在感染条件下，NLRP3炎症小体诱导产生的IL-1β促进破骨细胞的形成以消除骨骼周围的病原体，进而破坏骨稳态。同时，过度表达的促炎细胞因子可能作用于基质细胞和成骨细胞，促进破骨细胞前体分化加速骨吸收。另有学者提出，NLRP3炎症小体在破骨细胞的细胞骨架重组中起作用，但其内在机制尚不清楚。
3） NLRP3炎症小体调控巨噬细胞极化
在感染牙龈卟啉单胞菌的骨髓来源巨噬细胞中，NLRP3炎症小体激活并产生大量IL-1β，释放的炎症因子招募更多的巨噬细胞吞噬细胞碎片并通过增强吞噬体酸化来杀死病原体，从而放大炎症反应和骨吸收。同时，NLRP3炎症小体作为糖酵解的重要调节因子，以IL-1β依赖性方式上调关键酶6-磷酸果糖-2-激酶(PFKFB3)来调节糖酵解过程，触发巨噬细胞的代谢重编程。
在油酸酰胺对M1/M2巨噬细胞极化作用研究中发现，油酸酰胺诱导NLRP3炎症小体及半胱天冬酶1活化，导致成熟IL-1β的产生，促进M0极化为M1表型。因此，巨噬细胞中的炎症小体活化上调IL-1β和IL-18水平，促进M1样巨噬细胞极化和焦亡，从而导致炎症性骨质流失。
4） NLRP3炎症小体抑制牙周膜干细胞成骨分化
牙周膜干细胞是位于牙周膜中的未分化间充质干细胞，具有多种分化潜力并进行强大的克隆自我更新的潜力，在恢复牙周组织具有强大潜力。脂多糖、尼古丁、机械拉伸等刺激诱导NLRP3炎症小体活化，发生细胞焦亡并释放IL-1β，促进牙周软组织的损伤和牙周骨的吸收。抑制NLRP3炎症小体活性能够恢复牙周膜干细胞的迁移、增殖以及成骨能力。
4.以NLRP3 炎症小体为靶点改善炎症性牙槽骨吸收
已有多项研究证明，以NLRP3炎症小体为骨相关疾病治疗的靶点能够取得较好的效果，如关节炎、骨质疏松症等。近年来，一些文章聚焦NLRP3炎症小体为靶点治疗炎症性牙槽骨吸收。目前已报道的包括MCC950、OLT1177、CY-09、秋水仙碱、格列苯酰肼、中药成分等炎症小体抑制剂通过阻断ASC寡聚、抑制钾离子流动、诱导STAT1磷酸化和IL-10产生等机制抑制NLRP3炎症小体的活化，参与骨重塑的过程。在糖尿病大鼠牙周炎模型中，靶向NLRP3炎症小体的慢病毒shRNA 增强RUNX2 和骨钙素的表达，加速牙槽骨缺损的骨再生。
小分子抑制剂MCC950显著降低破骨细胞分化，改善增龄性牙槽骨流失。鸢尾素通过上调Nrf2 来抑制NLRP3 炎症小体和IL-1β，进而抑制卵巢切除大鼠成骨细胞的凋亡。抑制NLRP3炎症小体活性有望成为改善炎性牙槽骨吸收的治疗策略。
5.总结
NLRP3炎症小体参与雌激素、糖尿病、咬合创伤等多种因素介导的骨质流失，通过动员炎症细胞、介导细胞焦亡、释放炎症因子调节与骨稳态相关细胞，诱导成骨细胞焦亡、破骨细胞分化、巨噬细胞极化等多种途径引起牙槽骨吸收。抑制NLRP3炎症小体活性可以有效改善炎性牙槽骨吸收，有望成为治疗炎性牙槽骨吸收的新策略。但其更深入的作用机制和更广泛的信号通路调控还有待进一步研究确认。
