单细胞转录组学揭示犬种植体周围炎软硬组织微环境重塑的特征图谱

《MEDIATORS OF INFLAMMATION》：Single-Cell Transcriptomics Reveal Microenvironment Alterations in Canine Peri-Implantitis

本研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，首次在比格犬模型中系统比较了种植体周围炎（Peri-implantitis）状态下牙龈与牙槽骨组织的细胞异质性及分子动态。研究发现，牙龈组织中IL6+/IL18BP+内皮细胞和CXCL8+成纤维细胞显著扩增，而牙槽骨中APOD+成纤维细胞通过C3–C3AR1信号通路驱动单核/巨噬细胞免疫串扰。该研究为理解种植体周围炎的病理机制提供了高分辨率视角，并验证了犬类模型的转化价值。

　　

摘要

种植体周围炎是导致牙种植失败的主要并发症，其发病机制涉及软硬组织的慢性炎症和骨吸收。当前研究多聚焦于整体组织水平，缺乏对牙龈和牙槽骨微环境中细胞类型特异性分子动态的深入解析。本研究通过建立比格犬种植体周围炎模型，结合单细胞转录组测序和流式细胞术，系统揭示了疾病状态下两类组织的细胞图谱和信号通路重塑。

1. 引言

种植体周围炎以种植体周围组织的不可逆性破坏为特征，患病率高达22%，临床治疗手段有限。既往研究提示免疫与非免疫细胞均参与病理过程，但组织特异性异质性尚未明确。单细胞技术的应用为在细胞分辨率下解析疾病机制提供了新机遇。

2. 材料与方法

研究选取1岁雄性比格犬，通过手术植入种植体并诱导炎症模型。分别采集健康与炎症状态的牙龈和牙槽骨组织，制备单细胞悬液后进行10× Genomics单细胞RNA测序。数据分析采用Seurat包进行质量控制、降维聚类和差异表达分析，并通过CellPhoneDB评估细胞间通讯。

3. 结果

3.1 单细胞图谱揭示组织间炎症异质性

共获得35,039个细胞转录组，鉴定出13个细胞亚群。炎症状态下，牙龈组织以中性粒细胞、浆细胞等免疫细胞增多为主，而牙槽骨中成纤维细胞比例显著上升，提示两类组织免疫应答模式存在差异。

3.2 成纤维细胞功能异质性显著

成纤维细胞进一步分为5个亚群：APOD⁺成纤维细胞在牙槽骨中富集，高表达骨发育相关基因；CXCL8⁺成纤维细胞特异性分布于牙龈，参与免疫细胞趋化和血管生成；SFN⁺成纤维细胞同时表达上皮与间质标志，提示上皮-间质转化（EMT）参与炎症修复。

3.3 内皮细胞亚群调控免疫微环境

内皮细胞中，IL18BP⁺亚群通过高表达CXCL8、CCL24等趋化因子招募免疫细胞；IL6⁺内皮细胞则与脂多糖应答及适应性免疫调节相关。SEMAG3⁺内皮细胞高表达CXCL12，可能参与血管重塑。

3.4 免疫细胞应答呈现组织特异性

T细胞在牙槽骨中普遍激活，Th17/Treg比例升高；牙龈中T_SLPI亚群显著增多。B细胞向浆细胞分化加剧，且牙槽骨中活化B细胞富集金属离子应答通路，提示种植体金属离子释放可能通过免疫途径加剧骨破坏。

3.5 细胞间通讯揭示关键信号网络

细胞互作分析显示，牙龈中内皮细胞通过NOTCH通路与免疫细胞相互作用，而成纤维细胞则激活WNT信号。在牙槽骨中，APOD⁺成纤维细胞通过C3–C3AR1配体-受体对招募单核/巨噬细胞，凸显补体信号在骨免疫串扰中的重要作用。

4. 讨论

本研究首次在单细胞水平对比了种植体周围炎中软硬组织的微环境差异，揭示了成纤维细胞和内皮细胞亚群在炎症扩增、血管生成及骨代谢中的核心作用。犬类模型成功模拟了人类疾病特征，为靶向治疗提供了新靶点。

5. 结论

研究明确了牙龈与牙槽骨在种植体周围炎中的特异性分子重编程，鉴定出IL6⁺/IL18BP⁺内皮细胞、CXCL8⁺成纤维细胞及C3–C3AR1信号通路等关键调控节点，为精准干预策略的开发奠定基础。