组蛋白乙酰化修饰对牙周炎发生发展影响的研究进展

doi:10.13481/j.1671-587X.20240533

摘要/Abstract

摘要：

牙周炎是由菌斑生物膜引起的慢性炎症性疾病，牙周微环境稳态对于牙周健康至关重要。表观遗传学探讨环境等非遗传因素如何在DNA核苷酸序列不发生改变的前提下调控基因的表达，从而影响疾病的发生发展。组蛋白乙酰化修饰是常见的表观遗传修饰之一，主要受组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶的调节，调节失衡可引起基因调控紊乱，导致慢性炎症、自身免疫性疾病和癌症等疾病。组蛋白乙酰化修饰与牙周炎发生发展有明确的相关性。现分别从发生牙周炎时牙龈上皮细胞、免疫细胞和牙周膜干细胞中组蛋白乙酰化修饰的变化，阐明组蛋白乙酰化修饰在牙周炎发生发展过程中的作用及其分子机制，为牙周炎的表观治疗提供依据。

关键词: 表观遗传学, 组蛋白乙酰化修饰, 基因转录, 牙周炎, 表观遗传疗法

Abstract:

Periodontitis is a chronic inflammatory disease caused by plaque biofilm， and the homeostasis of the periodontal microenvironment is crucial for periodontal health. The epigenetics explores how the environmental and other non-genetic factors regulate the gene expression without changing the DNA nucleotide sequence， thereby affecting the occurrence and development of this disease. The histone acetylation modification is one of the common epigenetic modifications， primarily regulated by the histone acetyltransferases and histone deacetylases. Imbalance in this regulation can lead to the gene regulatory disorders， causing the chronic inflammation， autoimmune diseases and cancer. Recent studies have shown there is a clear correlation between histone acetylation modifications and the development of periodontitis. This paper discusses the changes in histone acetylation modifications in the gingival epithelial cells， immune cells， and periodontal ligament stem cells during periodontitis， elucidating the role and molecular mechanisms of histone acetylation modifications in the development of periodontitis and providing the basis for the epigenetic treatment of periodontitis.

Key words: Epigenetics, Histone acetylation modification, Gene transcription, Periodontitis, Epigenetic therapy

中图分类号:

R781.4

谢艺,刘阳,李红艳,徐晓薇. 组蛋白乙酰化修饰对牙周炎发生发展影响的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2024, 50(5): 1457-1464.

Yi XIE,Yang LIU,Hongyan LI,Xiaowei XU. Research progress in effect of histone acetylation modifications on occurrence and development of periodontitis[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2024, 50(5): 1457-1464.

参考文献 50

1	HAJISHENGALLIS G， CHAVAKIS T. Local and systemic mechanisms linking periodontal disease and inflammatory comorbidities［J］. Nat Rev Immunol， 2021， 21（7）： 426-440.
2	JURDZIŃSKI K T， POTEMPA J， GRABIEC A M. Epigenetic regulation of inflammation in periodontitis： cellular mechanisms and therapeutic potential［J］. Clin Epigenetics， 2020， 12（1）： 186.
3	CASADO-PELAEZ M， BUENO-COSTA A， ESTELLER M. Single cell cancer epigenetics［J］. Trends Cancer， 2022， 8（10）： 820-838.
4	SINGH S， SINGH A， SINGH A， et al. Role of chromatin modification and remodeling in stem cell regulation and meristem maintenance in Arabidopsis［J］. J Exp Bot， 2020， 71（3）： 778-792.
5	BURE I V， NEMTSOVA M V， KUZNETSOVA E B. Histone modifications and non-coding RNAs： mutual epigenetic regulation and role in pathogenesis［J］. Int J Mol Sci， 2022， 23（10）： 5801.
6	BENAKANAKERE M R， FINOTI L， PALIOTO D B， et al. Epigenetics， inflammation， and periodontal disease［J］. Curr Oral Health Rep， 2019， 6（1）： 37-46.
7	CÁRDENAS A M， ARDILA L J， VERNAL R， et al. Biomarkers of periodontitis and its differential DNA methylation and gene expression in immune cells： a systematic review［J］. Int J Mol Sci， 2022， 23（19）： 12042.
8	MA Z H， BOLINGER A A， ZHOU J， et al. Bromodomain-containing protein 4 （BRD4）： a key player in inflammatory bowel disease and potential to inspire epigenetic therapeutics［J］. Expert Opin Ther Targets， 2023， 27（1）： 1-7.
9	SCHWALM M P， KNAPP S. BET bromodomain inhibitors［J］. Curr Opin Chem Biol， 2022， 68： 102148.
10	SHI X Y， WANG Y， ZHANG L H， et al. Targeting bromodomain and extra-terminal proteins to inhibit neuroblastoma tumorigenesis through regulating MYCN［J］. Front Cell Dev Biol， 2022， 10： 1021820.
11	LEITE J A， GHIROTTO B， TARGHETTA V P， et al. Sirtuins as pharmacological targets in neurodegenerative and neuropsychiatric disorders［J］. Br J Pharmacol， 2022， 179（8）： 1496-1511.
12	GOMEZ-SANCHEZ J A， PATEL N， MARTIRENA F， et al. Emerging role of HDACs in regeneration and ageing in the peripheral nervous system： repair schwann cells as pivotal targets［J］. Int J Mol Sci， 2022， 23（6）： 2996.
13	GALLE E， WONG C W， GHOSH A， et al. H3K18 lactylation marks tissue-specific active enhancers［J］. Genome Biol， 2022， 23（1）： 207.
14	LU T， ANG C E， ZHUANG X. Spatially resolved epigenomic profiling of single cells in complex tissues ［J］. Cell， 2023， 186（10）： 2275-2279.
15	FETAHU I S， TASCHNER-MANDL S. Neuroblastoma and the epigenome ［J］. Cancer Metastasis Rev， 2021， 40（1）： 173-189.
16	SHEN F C， ZHUANG S G. Histone acetylation and modifiers in renal fibrosis［J］. Front Pharmacol， 2022， 13： 760308.
17	CANTLEY M D， DHARMAPATNI A A， ALGATE K， et al. Class Ⅰ and Ⅱ histone deacetylase expression in human chronic periodontitis gingival tissue［J］. J Periodontal Res， 2016， 51（2）： 143-151.
18	LAWLOR L， YANG X B. Harnessing the HDAC-histone deacetylase enzymes， inhibitors and how these can be utilised in tissue engineering［J］. Int J Oral Sci， 2019， 11（2）： 20.
19	CHANG M C， CHEN Y J， LIAN Y C， et al. Butyrate stimulates histone H3 acetylation， 8-isoprostane production， RANKL expression， and regulated osteoprotegerin expression/secretion in MG-63 osteoblastic cells［J］. Int J Mol Sci， 2018， 19（12）： 4071.
20	INDRELID S H， DONGRE H N， NUNES I P， et al. Human gingival epithelial cells stimulate proliferation， migration， and tube formation of lymphatic endothelial cells in vitro ［J］. J Periodontal Res， 2023， 58（3）： 596-606.
21	BUENO M R， ISHIKAWA K H， ALMEIDA-SANTOS G， et al. Lactobacilli attenuate the effect of Aggregatibacter actinomycetemcomitans infection in gingival epithelial cells［J］. Front Microbiol， 2022， 13： 846192.
22	MARTINS M D， JIAO Y， LARSSON L， et al. Epigenetic modifications of histones in periodontal disease［J］. J Dent Res， 2016， 95（2）： 215-222.
23	DE FARIAS GABRIEL A， WAGNER V P， CORREA C， et al. Photobiomodulation therapy modulates epigenetic events and NF-κB expression in oral epithelial wound healing［J］. Lasers Med Sci， 2019， 34（7）： 1465-1472.
24	MARTINS M D， SILVEIRA F M， MARTINS M A T， et al. Photobiomodulation therapy drives massive epigenetic histone modifications， stem cells mobilization and accelerated epithelial healing［J］. J Biophotonics， 2021， 14（2）： e202000274.
25	MAKSYLEWICZ A， BYSIEK A， LAGOSZ K B， et al. BET bromodomain inhibitors suppress inflammatory activation of gingival fibroblasts and epithelial cells from periodontitis patients［J］. Front Immunol， 2019， 10： 933.
26	YIN L， CHUNG W O. Epigenetic regulation of human β-defensin 2 and CC chemokine ligand 20 expression in gingival epithelial cells in response to oral bacteria［J］. Mucosal Immunol， 2011， 4（4）： 409-419.
27	ZHU F M， XIONG F， HE J C， et al. Brd4 inhibition ameliorates Pyocyanin-mediated macrophage dysfunction via transcriptional repression of reactive oxygen and nitrogen free radical pathways［J］. Cell Death Dis， 2020， 11（6）： 459.
28	GILAN O， RIOJA I， KNEZEVIC K， et al. Selective targeting of BD1 and BD2 of the BET proteins in cancer and immunoinflammation［J］. Science， 2020， 368（6489）： 387-394.
29	WANG N， WU R L， COMISH P B， et al. Pharmacological modulation of BET family in sepsis［J］. Front Pharmacol， 2021， 12： 642294.
30	CHEN X T， MENG F Y， ZHANG J T， et al. Discovery of 2-（（2-methylbenzyl）thio）-6-oxo-4-（3， 4， 5-trimethoxyphenyl）-1， 6-dihydropyrimidine-5-carbonitrile as a novel and effective bromodomain and extra-terminal （BET） inhibitor for the treatment of sepsis［J］. Eur J Med Chem， 2022， 238： 114423.
31	SUN X Y， GAO J K， MENG X， et al. Polarized macrophages in periodontitis： characteristics， function， and molecular signaling［J］. Front Immunol， 2021， 12： 763334.
32	ZHANG B， YANG Y， YI J R， et al. Hyperglycemia modulates M1/M2 macrophage polarization via reactive oxygen species overproduction in ligature-induced periodontitis［J］. J Periodontal Res， 2021， 56（5）： 991-1005.
33	TAKEUCH O， AKIRA S. Epigenetic control of macrophage polarization［J］. Eur J Immunol， 2011， 41（9）： 2490-2493.
34	CORRÊA R O， VIEIRA A， SERNAGLIA E M， et al. Bacterial short-chain fatty acid metabolites modulate the inflammatory response against infectious bacteria［J］. Cell Microbiol， 2017， 19（7）： e12720.
35	LARSSON L， THORBERT-MROS S， RYMO L， et al. Influence of epigenetic modifications of the interleukin-10 promoter on IL10 gene expression［J］. Eur J Oral Sci， 2012， 120（1）： 14-20.
36	LU W， ZHANG L， JI K， et al. Regulatory mechanisms of GCN5 in osteogenic differentiation of MSCs in periodontitis［J］. Clin Exp Dent Res， 2023， 9（3）： 464-471.
37	CAO J W， ZHANG Q， YANG Q Y， et al. Epigenetic regulation of osteogenic differentiation of periodontal ligament stem cells in periodontitis［J］. Oral Dis， 2023， 29（7）： 2529-2537.
38	MI J， WANG S S， LIU P P， et al. CUL4B upregulates RUNX2 to promote the osteogenic differentiation of human periodontal ligament stem cells by epigenetically repressing the expression of miR-320c and miR-372/ 373-3p［J］. Front Cell Dev Biol， 2022， 10： 921663.
39	XUE P， LI B， AN Y， et al. Decreased MORF leads to prolonged endoplasmic reticulum stress in periodontitis-associated chronic inflammation［J］. Cell Death Differ， 2016， 23（11）： 1862-1872.
40	LI B， SUN J， DONG Z W， et al. GCN5 modulates osteogenic differentiation of periodontal ligament stem cells through DKK1 acetylation in inflammatory microenvironment［J］. Sci Rep， 2016， 6： 26542.
41	FEI D D， WANG Y Z， ZHAI Q M， et al. KAT6A regulates stemness of aging bone marrow-derived mesenchymal stem cells through Nrf2/ARE signaling pathway［J］. Stem Cell Res Ther， 2021， 12（1）： 104.
42	SUN J， DONG Z W， ZHANG Y， et al. Osthole improves function of periodontitis periodontal ligament stem cells via epigenetic modification in cell sheets engineering［J］. Sci Rep， 2017， 7（1）： 5254.
43	HUYNH N C， EVERTS V， PAVASANT P， et al. Inhibition of histone deacetylases enhances the osteogenic differentiation of human periodontal ligament cells［J］. J Cell Biochem， 2016， 117（6）： 1384-1395.
44	HUYNH N C， EVERTS V， NIFUJI A， et al. Histone deacetylase inhibition enhances in vivo bone regeneration induced by human periodontal ligament cells［J］. Bone， 2017， 95： 76-84.
45	LI L Y， LIU W J， WANG H， et al. Mutual inhibition between HDAC9 and miR-17 regulates osteogenesis of human periodontal ligament stem cells in inflammatory conditions［J］. Cell Death Dis， 2018， 9（5）： 480.
46	MA L， WU D. MicroRNA-383-5p regulates osteogenic differentiation of human periodontal ligament stem cells by targeting histone deacetylase 9［J］. Arch Oral Biol， 2021， 129： 105166.
47	YAN G Q， WANG X， YANG F， et al. MicroRNA-22 promoted osteogenic differentiation of human periodontal ligament stem cells by targeting HDAC6［J］. J Cell Biochem， 2017， 118（7）： 1653-1658.
48	RAMAIAH M J， TANGUTUR A D， MANYAM R R. Epigenetic modulation and understanding of HDAC inhibitors in cancer therapy［J］. Life Sci， 2021， 277： 119504.
49	WANG X G， WASCHKE B C， WOOLAVER R A， et al. HDAC inhibitors overcome immunotherapy resistance in B-cell lymphoma［J］. Protein Cell， 2020， 11（7）： 472-482.
50	SUN Y C， HONG J H， NING Z Q， et al. Therapeutic potential of tucidinostat， a subtype-selective HDAC inhibitor， in cancer treatment［J］. Front Pharmacol， 2022， 13： 932914.

[1]	王浩宇,王宇琪,王冰倩,聂瑾涵,闫嘉晴,胡敏. 美沙拉嗪对RAW264.7细胞中促炎因子和过氧化物的抑制作用及其对牙周炎模型大鼠的治疗作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2024, 50(5): 1250-1258.
[2]	于依岩,张志民,陈佳文,刘新,李岩,赵洪岩. 巨噬细胞极化与口腔疾病关系的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2024, 50(3): 864-871.
[3]	姜聪,徐文洲,李红艳,孙悦,阿兰. 中重度牙周炎患者维护期应用PDCA循环管理模式联合脉冲式冲牙器的临床疗效[J]. 吉林大学学报(医学版), 2024, 50(1): 221-227.
[4]	刘心雨,张可鹏,李欣怡,包涵,张皓岩,胡玲,朱宪春. 无托槽隐形矫治器治疗牙周炎致前牙扇形移位1例报告及文献复习[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(4): 1046-1052.
[5]	于艳,于程程,韩亚琨. 牙周炎伴类风湿性关节炎患者牙龈浆细胞表型及RANKL表达特点分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(3): 757-764.
[6]	朱晓娟,代海涛,李艳,崔灵欣,王亚,徐江,仵楠. 葡萄籽原花青素提取物对糖尿病牙周炎大鼠牙周组织炎症的缓解作用及其对牙周组织中TLR4和NF-κB表达水平的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(1): 31-38.
[7]	闫嘉晴,朱莹,胡敏. 1型糖尿病并发牙周炎患者牙周基础治疗效果1例报告及文献复习[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(6): 1586-1592.
[8]	梁婷婷,曾雷. 液-液相分离在基因转录调控中功能机制的研究进展Research progress in functional mechanism of liquid-liquid phase separation in gene transcription regulation[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(6): 1629-1634.
[9]	李鑫,丁旭,刘笑梦,刘歆婵,武洲,于维先. 沉默信息调节因子1对慢性牙周炎模型大鼠肾损伤的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(5): 1200-1208.
[10]	丁子清,刘秀艳,王维倩,尹笑艳. Nd∶YAG 激光照射辅助牙周再生术治疗牙周炎伴磨牙根分叉病变患者的临床疗效分析[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(4): 1051-1057.
[11]	孔晨,杨楠,王珏,隋欣,刘志辉. 基质金属蛋白酶及其抑制物对牙周炎发生发展影响的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(4): 1088-1093.
[12]	张佩佩,高东辉,田悦,李红艳. 以菌斑控制为导向的糖尿病患者牙周基础治疗效果1例报告及文献复习[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(2): 493-499.
[13]	田悦,陈慧珊,张佩佩,申玉芹. 血管内皮生长因子在牙周组织再生中作用的研究进展Research progress in effect of vascular endothelial growth factor in periodontal tissue regeneration[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(2): 546-552.
[14]	任飞龙,罗环宇,郑适泽,范心怡,任春霞,孟圆,赵红,史册,孙宏晨. C3a-C3aR轴通过巨噬细胞向M1型极化对慢性牙周炎模型小鼠炎症反应和组织损伤的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2022, 48(1): 1-8.
[15]	赵竹兰,张庆宇,夏德庚,仲杨,张天翼,黄玉,张莉,马宁. 重度侵袭性牙周炎正畸种植修复联合治疗的临床修复效果1例报告及文献复习[J]. 吉林大学学报(医学版), 2021, 47(5): 1292-1297.