NF-κB信号通路调控重度牙周炎中性粒细胞功能异常的机制研究

《International Dental Journal》：The NF-κB Signalling Regulates the Abnormal Functions of Neutrophils in Severe Periodontal Disease

本研究针对重度牙周炎(PDs)中中性粒细胞功能异常机制不清的问题，通过单细胞转录组测序(scRNA-seq)和功能验证发现NF-κB信号通路异常活化是关键因素。研究人员利用hdWGCNA、pySCENIC等技术证实NFKB1上调可促进P. gingivalis LPS诱导的IL-2、IL-8、TGFβ等炎症因子表达，而NF-κB抑制剂能有效缓解该过程。这项发表于《International Dental Journal》的研究为靶向NF-κB通路治疗重度牙周炎提供了新策略。

　　

牙周炎作为影响全球20%-50%人口的常见慢性炎症性疾病，不仅导致牙周组织进行性破坏，更与心血管疾病、糖尿病、阿尔茨海默病等系统性疾病风险增加密切相关。在牙周组织的免疫防御网络中，中性粒细胞作为首道防线，通过吞噬作用、抗菌物质释放和中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)等机制清除病原体，但其过度激活又会释放蛋白酶引起组织损伤。这种"双刃剑"特性使得阐明中性粒细胞在重度牙周炎中的调控机制成为领域内的重要科学问题。

既往研究尚未完全揭示重度牙周炎中中性粒细胞的调控网络。随着单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术的突破，科学家得以在单细胞分辨率下解析牙周组织的免疫微环境。南京医科大学附属口腔医院牙周病科的研究团队在《International Dental Journal》发表论文，通过整合单细胞转录组和批量RNA转录组数据，系统揭示了NF-κB信号通路在调控中性粒细胞异常功能中的核心作用。

研究团队主要运用了多项前沿生物信息学技术和实验验证方法：从GEO数据库获取单细胞转录组数据(GSE152042等)和微阵列数据(GSE10334)；采用Harmony整合12个样本数据集，通过SingleR和scHCL进行细胞注释；利用irGSEA进行基因集富集分析；应用CellChat分析细胞间通讯网络；采用hdWGCNA识别共表达基因模块；通过pySCENIC进行转录因子调控网络推断；最后使用牙龈组织免疫荧光染色和LPS刺激的人牙龈中性粒细胞实时荧光定量PCR验证关键发现。

研究结果部分揭示了多个重要发现：

中性粒细胞炎症反应过度激活

通过对6例健康对照(HCs)和6例重度牙周炎患者(PDs)的34,417个单细胞进行分析，发现PDs组中性粒细胞的NF-κB信号通路显著激活。免疫荧光染色证实IKKβ、TNF-α等NF-κB通路相关分子在患者中性粒细胞中高表达。

多维度富集分析揭示中性粒细胞功能全景

差异表达基因分析识别出CSF3、CXCL8等关键基因。GO分析显示中性粒细胞脱颗粒和激活相关通路富集，KEGG分析提示炎症通路异常。GSVA进一步证实NF-κB和IL-2-STAT5信号通路在患者中性粒细胞中异常活化。

中性粒细胞在细胞通讯中的核心地位

CellChat分析表明，在PDs组中基质细胞、成纤维细胞与中性粒细胞的通讯增强。GALECTIN信号通路在患者组显著增强，而CXCL12-CXCR4等通路通讯减弱。

转录因子调控网络特征

SCENIC分析发现Nrf2(NFE2L2)、NFKB1等转录因子在PDs组特异性高表达。调控网络显示这些因子参与炎症和NF-κB相关信号通路调控。

基因共表达模块解析

hdWGCNA识别出7个共表达模块，其中红色模块包含EGR1、NFKBIA等炎症相关基因，棕色模块包含VNN2、CD55等功能相关基因。

中性粒细胞亚群异质性

将中性粒细胞分为8个亚群，发现亚群2、4、7的炎症反应和NF-κB通路评分最高。scVelo轨迹分析显示随着分化进程，炎症评分逐渐升高。

NF-κB通路的治疗靶点价值

实验验证表明，NF-κB抑制剂可显著降低LPS诱导的IL-2、IL-8、TGFβ表达，证实该通路作为治疗靶点的可行性。

研究结论与讨论部分强调，该研究通过多组学整合分析首次系统描绘了重度牙周炎中性粒细胞的分子调控图谱。NF-κB信号通路的异常活化是驱动中性粒细胞炎症反应的关键机制，而转录因子Nrf2的异质性表达提示了细胞功能状态的多样性。成纤维细胞和基质细胞通过WNT、TGF-β等信号通路与中性粒细胞形成复杂的调控网络，共同参与疾病进程。

这项研究的重要意义在于：不仅揭示了NF-κB通路在牙周炎发病中的新机制，为靶向治疗提供了理论依据；同时建立的单细胞转录组分析方法为免疫细胞研究提供了技术范式。研究者建议未来应关注不同疾病阶段NF-κB通路的动态变化，并探索水凝胶等局部给药策略以减少全身副作用。这些发现为开发精准牙周治疗策略奠定了重要基础，对改善全球牙周健康具有重要临床价值。