PM2.5通过铁死亡加剧牙周炎：多组学揭示牙龈成纤维细胞损伤的核心机制

《Environment International》：Multi-omics reveals ferroptosis as a key mechanism in PM2.5-exacerbated periodontitis via gingival fibroblast damage

本研究针对PM2.5加剧牙周炎的机制不明问题，通过整合转录组与代谢组学技术，发现PM2.5通过诱导牙龈成纤维细胞铁死亡（ferroptosis）导致其功能损伤，具体表现为铁积累、脂质过氧化和线粒体稳态失衡。该研究为环境污染相关口腔疾病提供了新的分子靶点和干预策略，对阐明PM2.5的致病机制具有重要意义。

　　

随着工业化进程加速，大气细颗粒物（PM_2.5）污染已成为全球性的公共卫生问题。既往研究多聚焦于PM_2.5对呼吸和心血管系统的危害，然而近年流行病学数据显示，长期暴露于高浓度PM_2.5环境的人群牙周炎患病风险显著升高。例如，一项针对3520万韩国居民的分析表明，PM_2.5浓度每增加10?μg/m³，牙周炎风险提升7%–9%，且轻度牙周炎患者对PM_2.5更为敏感。尽管相关性明确，其背后的细胞与分子机制始终未被阐明。

牙周炎是以牙龈组织炎症和牙槽骨破坏为特征的慢性炎症性疾病，牙龈成纤维细胞作为牙周结缔组织的主要基质细胞，不仅负责细胞外基质（ECM）的合成与重塑，还参与免疫调节。当其功能受损时，会引发牙周组织稳态失衡，加速疾病进展。因此，探究PM_2.5对牙龈成纤维细胞的毒性作用成为揭示其与牙周炎关联的关键突破口。

在此背景下，中山大学附属口腔医院的研究团队在《Environment International》上发表论文，通过多组学联用技术，首次揭示PM_2.5通过诱发牙龈成纤维细胞铁死亡进而加剧牙周炎的分子通路。该研究不仅为环境污染与口腔疾病的关系提供了机制性证据，也为临床干预提供了潜在靶点。

在研究过程中，作者首先从大鼠牙龈组织中分离原代牙龈成纤维细胞，并通过细胞形态学和免疫荧光染色（Vimentin阳性、Cytokeratin阴性）鉴定其纯度。随后利用CCK-8、划痕实验、Transwell迁移实验等评估细胞活力与迁移能力；通过JC-1、MitoSOX Red等荧光探针检测线粒体膜电位（MMP）和线粒体活性氧（mitoROS）；结合RNA测序（转录组）和液相色谱-质谱联用（代谢组）进行分子机制挖掘；并借助FerroOrange、BODIPY C11等工具验证铁死亡关键表型。

3.1. PM_2.5降低牙龈成纤维细胞活力并破坏细胞骨架

研究显示，PM_2.5以浓度依赖方式抑制细胞增殖，100?μg/mL处理48小时后细胞活性下降41.1%。活/死染色及细胞形态学观察进一步证实，PM_2.5导致细胞收缩、伪足减少及肌动蛋白骨架紊乱。

3.2. PM_2.5抑制细胞迁移能力

划痕实验和Transwell实验均表明，PM_2.5显著减弱牙龈成纤维细胞的迁移能力。分子层面，细胞黏附因子（Cadherin、Integrin α）及趋化因子受体CXCR4的表达明显下调，免疫荧光显示其膜定位异常。

3.3. PM_2.5诱发炎症反应

qRT-PCR及免疫荧光结果显示，PM_2.5处理组中促炎因子IL-6、iNOS和基质金属蛋白酶MMP8表达上调，而抗炎因子TGF-β和Annexin A1则显著下降，提示细胞进入促炎状态。

3.4. PM_2.5破坏线粒体稳态

JC-1染色显示线粒体膜电位显著降低，MitoSOX Red检测表明mitoROS水平升高。同时，线粒体融合蛋白MFN1/2、OPA1及生物发生调控因子PGC1α表达下降，而分裂蛋白Drp1上升，表明线粒体动态平衡被破坏。

3.5. 转录组与代谢组揭示铁死亡为核心通路

转录组分析鉴定出7034个差异表达基因（DEGs），KEGG富集显示上调基因集中于铁死亡和染色质重塑，下调基因富集于ECM受体相互作用、黏着斑等通路。代谢组筛选出261个差异代谢物（DEMs），涉及谷胱甘肽代谢、精氨酸生物合成等，进一步指向铁死亡通路。

3.6. PM_2.5通过铁死亡介导细胞损伤

关键蛋白检测发现，铁死亡标志物ACSL4和COX2表达上升，而GPX4下降。细胞内Fe²⁺积累、脂质过氧化产物增加，以及线粒体ROS爆发等表型均符合铁死亡特征。值得注意的是，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）可显著逆转上述表型并恢复细胞活力。

结论与展望

本研究系统阐明了PM_2.5通过诱导牙龈成纤维细胞铁死亡加剧牙周炎的新机制。从分子层面来看，PM_2.5引发细胞内铁超载、脂质过氧化及线粒体功能障碍，最终导致细胞死亡和牙周组织修复能力下降。该研究不仅将环境污染物与口腔疾病联系起来，也为开发针对铁死亡的干预策略（如使用Fer-1等抑制剂）提供了理论依据。未来需在动物模型和临床样本中进一步验证这一机制，并为牙周炎高危人群（如长期暴露于污染环境的职业群体）提供精准防护方案。