《International Immunopharmacology》：High-cholesterol-load-triggered pyroptosis of gingival fibroblasts promotes periodontitis
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高胆固醇通过自噬体损伤和CTSB释放激活NLRP3炎症小体，诱导牙龈成纤维细胞pyroptosis，加重牙周炎骨吸收，抑制CTSB或NLRP3可改善病变。
王振翔|李月恒|陈航|张晓楠|张玉萌|高欣|罗军|宋金林|周志
重庆医科大学口腔医学院，中国重庆，401147
摘要
背景
牙周炎是一种常见的炎症性疾病，已知与代谢紊乱密切相关。研究表明，患者血清胆固醇水平与牙周炎的严重程度之间存在正相关关系，但胆固醇如何加剧牙周组织损伤仍不清楚。
方法
分析了牙周炎患者的单细胞测序数据，以确定胆固醇在牙周炎中的潜在作用。建立了高胆固醇饮食（HCD）大鼠模型，并进行了牙龈RNA测序。随后，在体外条件下，研究了胆固醇和焦亡抑制剂对牙龈成纤维细胞（GFs）的焦亡比率及NLRP3介导的焦亡途径激活的影响。进一步的机制研究表明，这种激活是由胆固醇诱导的溶酶体损伤和随后的组织蛋白酶B（CTSB）释放所触发的。最后，在牙周炎大鼠模型中验证了NLRP3和CTSB抑制剂的治疗效果。
结果
单细胞分析显示，在各种牙周细胞类型中，牙龈成纤维细胞对胆固醇的反应最为显著。高胆固醇饮食大鼠的牙龈转录组学数据显示NLRP3/焦亡途径富集。在胆固醇处理过的牙龈成纤维细胞中，发生了溶酶体膜通透化（LMP）和细胞质CTSB的释放，伴随着NLRP3–Caspase1–GSDMD轴的强烈激活以及焦亡的增加。CA074me降低了CTSB的活性和炎性小体的激活，而NLRP3的抑制也产生了类似的抗炎效果。在实验性牙周炎中，靶向CTSB或NLRP3可以减轻牙龈成纤维细胞的焦亡并缓解牙槽骨丢失。
结论
胆固醇过载通过溶酶体损伤和CTSB依赖的NLRP3激活驱动牙龈成纤维细胞的焦亡，从而导致牙槽骨吸收。抑制CTSB或NLRP3可能为实验性牙周炎提供治疗策略。
引言
牙周炎影响了全球约19%的人口，对公共卫生系统构成了重大负担，从1990年到2010年，其全球负担增加了57.3% [1]、[2]、[3]。它与代谢性疾病（包括糖尿病、高脂血症和心血管疾病）存在双向关联 [4]。高非高密度脂蛋白胆固醇（non-HDL-C）是全球约390万例死亡病例的原因（95%置信区间：370万-420万） [5]。胆固醇代谢紊乱与多种炎症性疾病有关，包括心血管疾病 [6]、阿尔茨海默病 [7] 和牙周炎 [8]。研究表明，富含胆固醇的饮食会升高血液中的非HDL-C水平并加重牙周炎 [9]；牙周炎患者的非HDL-C水平明显高于健康个体 [10]、[11]、[12]、[13]。研究胆固醇代谢紊乱与牙周炎之间的联系并阐明胆固醇驱动的牙周炎的具体致病机制，为个性化治疗方案提供了新的途径，最终有助于提升全球口腔健康管理和临床实践。
细胞内胆固醇稳态对多种细胞过程有显著影响，胆固醇积累是细胞损伤的关键原因。固醇调节元件结合蛋白通过调节3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMGCR）、低密度脂蛋白受体（LDLR）和ATP结合盒转运蛋白来调节新合成的胆固醇的产生、流入和流出 [14]。研究表明，炎症因子会通过下调牙龈成纤维细胞（GFs）中apoA-I结合蛋白（APOA1BP）的表达来阻碍胆固醇的排泄，而特定浓度的胆固醇处理可以显著增加GFs中炎症因子的表达 [8]。在细菌引起的牙周疾病中，人类牙龈组织是抵御病原体侵入的主要屏障。牙龈成纤维细胞是人类牙龈中最丰富的成分 [15]、[16]、[17]。近年来，研究表明成纤维细胞具有多种免疫调节功能，并参与慢性炎症的进展 [18]。然而，目前尚不清楚牙周炎中成纤维细胞的胆固醇-炎症信号转导机制。
焦亡是一种促炎性程序性细胞死亡，其特征是细胞和核体积增大、核周围出现气球状突起、质膜上形成孔洞以及促炎介质的释放 [19]、[20]、[21]、[22]。焦亡最初在单核细胞中被发现，但后来在包括成纤维细胞在内的多种细胞类型中得到了验证 [23]。NLRP3炎性小体的组装是焦亡的上游触发因素 [24]。在牙周炎中，NLRP3被激活，促进了炎症介质的释放，从而加剧了牙周炎的进展 [25]。在动脉粥样硬化和阿尔茨海默病中，高胆固醇会激活NLRP3 [26]、[27]。然而，在牙周炎炎症组织中，高胆固醇是否以及如何导致焦亡仍不清楚。疾病中的溶酶体介导的焦亡现象逐渐被报道。当细胞暴露于脂质代谢物（如鞘氨醇和磷脂酸）和活性氧时，溶酶体会发生泄漏，这种现象称为溶酶体膜通透化（LMP） [27]、[28]。LMP导致水解酶（如组织蛋白酶B（CTSB）的释放，而CTSB是NLRP3炎性小体的强效激活剂 [29]。目前尚不清楚这些过程是否参与牙周炎。
高脂血症与牙周炎之间存在双向关系 [30]，这可能是常规洁治和根面平整无法完全治愈牙周炎的因素之一。因此，本研究旨在揭示牙周炎中胆固醇驱动的机制，并制定可行的策略来减轻其有害影响。我们发现胆固醇能够通过触发牙龈成纤维细胞的焦亡和LMP来促进牙周炎的发展，特别关注胆固醇、溶酶体和焦亡之间的相互关系。因此，我们的发现为牙周炎中的胆固醇驱动机制提供了新的见解，并指出了可行的治疗靶点。
数据获取与处理
从美国国家生物技术信息中心（NCBI）的基因表达组数据库（GEO）中获取了与牙周炎相关的全基因组基因表达数据集和单细胞RNA测序数据集（scRNA-seq）。来自GSE16134数据集的241个牙周炎样本和69个健康样本 [31]；来自GSE10334数据集的183个牙周炎样本和64个健康样本 [32]；来自GSE23586数据集的3个牙周炎样本和3个健康样本 [33]；以及来自其他数据集的5个牙周炎样本和5个健康样本。
牙周炎中成纤维细胞的胆固醇反应特征
我们首先分析了GEO数据集（
GSE164241）中的scRNA-seq数据，以描绘人类牙周组织的细胞异质性。经过标准的质量控制和过滤程序后，我们获得了34,554个高质量单细胞的转录组谱（健康细胞：16,014个；牙周炎细胞：18,540个）。识别出11种主要细胞类型，并通过相对细胞比例的条形图和UMAP图进行了进一步分析（图1A）。
讨论
胆固醇是一种重要的脂质，可维持细胞膜的完整性，并在调节细胞稳态所需的多种信号转导途径中发挥关键作用 [45]。临床研究证明了牙周炎的严重程度与胆固醇水平之间的关联 [46]、[47]。牙周炎患者牙龈组织中胆固醇的过度积累会显著加速病情的发展，这源于……
结论
本研究揭示了一条先前未知的与牙周炎相关的生化途径。牙周炎患者的牙龈组织中胆固醇积累过多。体外暴露于高胆固醇的牙龈成纤维细胞会发生焦亡，溶酶体不稳定在此过程中起关键作用。高胆固醇暴露会诱导牙龈成纤维细胞的LMP和CTSB释放，抑制细胞中的CTSB蛋白可以逆转由胆固醇过载引起的焦亡。抑制CTSB和NLRP3……
作者贡献声明
王振翔：撰写——初稿、可视化、验证、方法学、研究、正式分析、概念化。李月恒：撰写——审阅与编辑、验证、方法学、研究、正式分析。陈航：撰写——审阅与编辑、验证、研究。张晓楠：撰写——审阅与编辑、验证、研究。张玉萌：撰写——审阅与编辑、验证。高欣：撰写——审阅与编辑、验证、研究。罗军：
伦理声明
人类样本的收集和研究得到了重庆医科大学附属口腔医院的伦理委员会的批准。动物福利和实验程序也得到了重庆医科大学附属口腔医院的伦理委员会的批准。
资助
本研究得到了重庆市首批公共卫生重点学科（口腔疾病预防与管理）的资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
