陈斯颖，贾玮琦(综述)，刘春艳(审校)

(1.河北医科大学口腔医院2017级口腔医学班，河北 石家庄 050017； 2.河北医科大学口腔医学院正畸科，河北 石家庄 050017)

近年来，糖尿病的患病率逐年上升，2000年糖尿病患者人数为1.71亿，这一数字在2030年预计将达到3.66亿[1]。糖尿病作为一种改变炎症的代谢紊乱，对全身器官有不同影响，而牙周病是常见并发症之一。晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)和晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)结合调控骨生成及骨破坏过程中的细胞因子，影响骨细胞的活跃度，造成骨代谢紊乱，进而造成糖尿病患者的骨流失，同时两者结合在糖尿病伴牙周病患者的牙槽骨改建过程中扮演着重要的角色。有研究证实，糖尿病患者进行正畸治疗时，牙移动会进一步加重牙周组织的炎症反应，增加牙槽骨丢失的风险。笔者就AGEs/RAGE在糖尿病牙槽骨改建中作用的研究进展进行综述。

1 AGEs的来源和产生途径

AGEs由还原糖主要是葡萄糖以及蛋白质或氨基酸在非酶促反应下形成的一种拥有复杂结构的化合物。正常生理状态下，AGEs会在体内被单核巨噬细胞内吞降解或通过胞外蛋白水解系统进行降解，变为AGEs多肽被肾脏清除。而糖尿患者体内AGEs生成较多而不能及时清除，因此糖尿病患者体内常出现AGEs的积累。人体内AGEs主要有两种：①内源性，个体代谢过程中的糖基化反应产生一定量的AGEs，而机体如果存在高血糖环境，将进一步加速AGEs的形成；②外源性，饮食和吸烟等方式可以使人体从外界摄入AGEs，外源性AGEs已经成为沉积在人体内的AGEs的重要来源。

2 AGEs致病机制

AGEs是多受体配体，需要通过与受体的结合发挥诸多效应。而AGEs与RAGE的结合在糖尿病的发生、发展中发挥重要的作用[2]。RAGE通过结合AGEs，产生氧自由基，进而在疾病的发生过程中起到信号转导的作用。当AGEs与内皮细胞结合后，产生活性氧自由基，这些可以激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)并改变基因的表达[3]。研究表明，AGEs不仅可以直接影响细胞和组织的功能并参与疾病的产生，还可以通过与特定受体结合，改变蛋白质和细胞功能，从而导致机体的病理变化[4]。其中AGEs与RAGE相互作用后可激活一系列复杂的信号转导通路，如ERK1/2MAPK、JAK/STAT、SAPK/JNK、MAPK、AKT、caspase-3/7和TGF-β-Smad，并诱导细胞内信号传导通路产生活性氧、活性氮，进一步导致不同的病理反应[5]。

3 AGEs/RAGE对糖尿病患者牙槽骨改建的影响

糖尿病作为一种代谢疾病，已被证实与多种骨骼疾病有关，是牙槽骨破坏的危险因素之一。糖尿病患者常并发牙周炎，增加了牙槽骨破坏的风险。部分细胞因子由于糖尿病的代谢紊乱出现的异常对骨细胞、炎症细胞等都有不同影响。事实上，不论骨转换过程中各致病因素如何改变，糖尿病最终都将呈现牙槽骨破坏现象。骨转换过程与骨细胞和炎症反应密不可分，而AGEs及RAGE也通过影响这两个过程对牙槽骨改建产生作用。

3.1AGEs/RAGE通过调节炎症反应调控骨改建 糖尿病作为一种代谢性疾病可以改变炎症反应并干扰组织修复，影响胶原蛋白的合成，减少血管生成过程。其中，炎症反应的受控对骨骼重塑质量至关重要,这种代谢紊乱会增加牙周组织的炎症，改变骨转换，从而增加牙槽骨丢失的风险，也会影响骨骼重塑机制和牙齿运动[6]。据报道，糖尿病个体中炎症生物标志物如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)、转化生长因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)和C-反应蛋白的水平升高会诱发牙周炎[7]。牙周炎的发展也会促进与牙龈组织中这些细胞因子的表达有关的侵袭部位的炎性细胞和免疫细胞的增加，这种演变加剧了骨质流失。在糖尿病中，AGEs与炎症介质的产生密切相关。AGEs与细胞表面RAGE的结合增加了炎症因子的水平。

这些炎症因子中， TNF-α的数量与牙周炎的严重程度有关，其激活白细胞并改变血管通透性，从而促进骨吸收。Jie等[8]对2型糖尿病患者的晚期糖基化终末产物水平与炎症进行调查显示,AGEs与RAGE同CD4+、干扰素γ(interferon-γ，IFN-γ)和TNF-α之间呈正相关，表明AGEs与RAGE结合可以促进炎性因子IFN-γ和TNF-α的分泌。

同时，AGEs 促进骨细胞中IL-6和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌[9]。IL-6是炎症因子中骨骼重塑的重要调节剂，对骨转换有双重影响，被认为在类风湿性关节炎、骨质疏松症和骨癌中起关键性的破坏作用[10]。VEGF也是炎性过程被刺激产生的最重要的促血管生成因子之一[11]。在骨骼重塑的过程中，血管内皮生长因子A因子(vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A)与骨血管生成、成骨细胞分化、破骨细胞募集和NF-κB受体活化因子配体(receptor activator of necrosis factor-κB，RANKL)在牙周膜中的表达有关。在牙周炎中，炎性细胞的流入导致内皮损伤和微循环衰竭，从而导致氧浓度降低和VEGF表达改变。当同时存在糖尿病、牙周炎和牙齿移动的情况下，这些异常因素对骨密度和骨质流失的影响极其严重[6]。而RAGE 对于AGEs诱导的IL-6和VEGF分泌的上调至关重要。AGEs可以通过RAGE激活细胞外调节蛋白激酶(extrallular signal regulated protein kinase，ERK1/2)、丝裂原活化蛋白激酶信号通路(mitogen activated protein kinases，P38)和信号转导以及转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信号通路，促使AGEs诱导的IL-6 和VEGF-A上调以及骨细胞的凋亡[11]。

3.2AGEs/RAGE对成骨细胞/破骨细胞的调控 骨的正常代谢有赖于成骨细胞和破骨细胞(骨吸收细胞)之间的平衡。而糖尿病患者的高血糖等异常生理环境对成骨细胞、破骨细胞的活性及功能均有影响，从而造成骨代谢障碍。研究表明，患有2型糖尿病的动物和人类的骨骼存在质量受损、转换率低的问题，且骨骼形成有明显缺陷[12]。

糖尿病患者体内常出现AGEs累积现象，其受体RAGE含量也会增加，AGEs与RAGE相互作用，通过激活炎症信号通路和细胞凋亡通路等，影响成骨细胞功能、诱导成骨细胞凋亡、抑制成骨细胞增殖分化。Yang等[13]认为，在体内骨基质AGEs高浓度的情况下，骨形成的部位处成骨细胞数目减少，这对骨形成过程的影响更显著。成骨细胞来源之一是骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)，骨髓间充质干细胞中胶原蛋白 Iα1(collagen Iα1，COLIα1)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)和骨钙蛋白(osteocalcin，BGP)基因的表达，在成骨细胞的分化过程中产生重要作用。在这一分化过程中，这些特异性基因的含量与成骨细胞是否增殖分化密切相关，是成骨细胞的特异性标记物。有研究表明，AGEs的标志物戊糖苷会对这些特异性标记物产生抑制作用[14]，体外试验检测骨形成标志物发现，ALP、COLIα1和骨钙蛋白等的基因表达均受戊糖苷抑制，且戊糖苷在实验中对成骨细胞分化起剂量依赖性抑制作用[14]。AGEs还可通过自噬作用对成骨细胞增殖产生双重影响。正常的自噬功能对于细胞具有回收细胞器和长寿蛋白的作用，过度自噬则对细胞有害，易造成细胞的损伤及死亡。而在实验中，低浓度的AGE牛血清白蛋白通过细胞自噬增强成骨细胞活性，促进成骨细胞增殖；高浓度时则上调成骨细胞自噬水平诱导细胞凋亡。在诱导凋亡过程中，则是依赖RAGE上调的与自噬作用关系密切的 Raf/MEK/ERK信号通路[15]。RAGE的表达同样受AGEs的影响，AGEs对RAGE的表达有促进作用。体外实验中，RAGE过量表达时通过减少或降低Wnt、PI3K/Akt和ERK信号传导抑制成骨细胞的增殖[16]。另外，2型糖尿病患者体内分离出的RAGE活化阈值较低，细胞较高的RAGE敏感性也可导致成骨细胞分化缺陷。AGEs对于破骨细胞的作用尚不明确，部分学者认为AGEs对于破骨细胞起到促进作用，进而造成了骨丢失增多等异常骨代谢的现象[17]，但也有学者认为AGEs对破骨细胞起抑制作用[18-19]。破骨细胞来源于巨噬细胞系，其形成与RANK、RANKL、巨噬细胞集落刺激因子等有关。而RANK的表达对破骨细胞的分化 、激活和生存均有重要意义。有研究证明，AGEs对破骨细胞的作用具有双相作用。当处于细胞融合阶段时，AGEs通过抑制破骨细胞前体中RANK表达，介导骨吸收过程，减少骨矿物质吸收，抑制新破骨细胞形成。当破骨细胞处于成熟阶段时，AGEs也经过RANK介导，使骨矿物质吸收增加，破骨细胞形成增多[20]。RAGE在破骨细胞中作用体现在调节其分化和功能，Zhou等[21]研究证明，AGEs的受体RAGE缺乏的破骨细胞具有受损现象和骨吸收活性下降的表现。健康条件下RAGE以低水平在细胞中表达，但体内AGEs水平上升可以通过正反馈作用提高RAGE水平，AGEs与RAGE结合后，会上调转录因子NF-κB释放，而增加的NF-κB又会再次上调RAGE的含量，这一正反馈作用同时可一定程度增强AGEs的生物学作用。

3.3AGEs/RAGE在正畸牙移动中牙槽骨改建的作用 牙周组织包括牙骨质、牙周膜、牙槽骨和牙龈，其主要功能是固定、支持和营养牙齿。牙齿通过牙周膜悬吊在牙槽窝中，当牙齿承受咀嚼力时，首先受到影响的就是牙周膜，牙周膜具有一定的弹性，能够缓冲牙齿承受的咀嚼力。经典的正畸牙移动理论认为，当施加力量于牙齿，受压侧牙周膜的牙周间隙变窄，血流减少，胶原纤维和基质降解吸收，破骨细胞分化，牙槽骨吸收；而张力侧牙周膜的牙周间隙增宽，胶原纤维和基质増生，成骨细胞分化，新骨沉积。在动物实验过程中，李洋[22]研究显示，在将正畸运动应用于糖尿病动物时存在明显快速的骨吸收和牙周膜破坏的现象。对于受到正畸力作用的健康动物，这种骨吸收不会造成重大损害。然而，糖尿病动物中破骨细胞的数目增多就可能导致大量的骨破坏。有研究证明，正畸力的施加后，糖尿病状态下与破骨细胞的募集有关的Rank、Csf1的 mRNA 表达增加[23]。但截止目前，破骨细胞相关情况仍有争议，由于使用模型不同等原因，有些实验显示破骨细胞数目并不增加。实验中成骨细胞标志物如Runx2、ALP、Ocn、Coll的表达降低，证明成骨细胞分化减少。对比成骨细胞、破骨细胞的标志物含量Braga推断，糖尿病状态下，成骨细胞分化减少对破骨细胞抑制信号减少产生影响[24]。前文提到，AGEs与RAGE相互作用，对破骨细胞产生影响，最终使骨丢失、骨吸收作用增加。成骨细胞及成骨细胞激活通路则被抑制，导致成骨细胞数目减少，骨形成受损。AGEs、RAGE对骨细胞的作用均将加重糖尿病患者原有的牙移动危险因素，如骨丢失增加、骨形成速度变慢、牙移动增加等。

正畸会加剧牙周组织的炎症反应，导致牙周组织的广泛破坏。作为存在于骨基质中的重要炎症因子，TGF-β1的表达在正畸牙齿移动过程中会增加，并在白细胞募集和诱导组织的炎症阶段中发挥关键作用。研究显示，糖尿病动物牙周组织中TGF-β1的增加促进了炎症过程的持久性，甚至可能造成骨丢失[25]。而作为这个炎症过程中的重要调节因素， AGEs/RAGE在其中扮演重要角色。研究显示，AGEs-RAGE信号通路参与TGFβ1的表达增强，同时RAGE也可通过激活蛋白激酶C使TGF-β1和结缔组织生长因子表达增多，进一步加重炎症反应，增加骨流失程度，增大牙移动风险[26]。

RAGE是AGEs的常见受体之一，AGEs的累积及与RAGE的结合常出现在糖尿病患者中，并对其健康造成不良影响，牙周病则是其常见并发症。一方面，RAGE与AGEs的结合通过产生自由基或直接改变激活的信号通路增加糖尿病风险从而影响牙周病进展。另一方面，AGEs/RAGE通过对炎症过程的调节、对成骨细胞破骨细胞平衡的影响以及糖尿病患者本身RAGE细胞敏感性的改变，使伴糖尿病的牙周病患者发生出现牙槽骨骨质流失的现象。此外，考虑到正畸治疗过程中的牙移动可能会加剧这一过程，因此对AGEs/RAGE结合的研究对于预防糖尿病患者正畸牙齿松动具有重要意义。综上所述，尽管RAGE、AGEs对牙槽骨改建的相关机制已逐步深入，但如何使研究成果在临床得到充分利用，仍需科研人员与医师通力合作，共同探索。