牙齦卟啉單胞菌相關(guān)致病因子的研究進(jìn)展

趙夢楠，劉宗昂，王 艦

(1.中國醫(yī)科大學(xué) 七年制94期，遼寧 沈陽 110001;2.盛京醫(yī)院 胸外科，遼寧 沈陽 110001;3.中國醫(yī)科大學(xué)病原微生物學(xué)教研室，遼寧沈陽 110001)

牙齦卟啉單胞菌作為一種機(jī)會致病菌，有脂多糖、莢膜多糖、菌毛、牙齦蛋白酶等一系列致病因子，使牙齦卟啉單胞菌能夠侵襲宿主細(xì)胞，并逃避免疫系統(tǒng)，從而誘發(fā)牙周炎等疾病。本文針對牙齦卟啉單胞菌的各種致病因子的最新研究進(jìn)行綜述。

1 牙齦卟啉單胞菌相關(guān)的脂多糖

1.1 脂多糖的作用機(jī)制

和其他革蘭陰性菌一樣，牙齦卟啉單胞菌外表被脂多糖覆蓋，使其能夠被宿主識別并引發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)。其中Toll樣受體(Toll like receptors，TLRs)和CD14是脂多糖常見的信號傳導(dǎo)受體，能夠辨別共生種屬與致病種屬。牙齦卟啉單胞菌脂多糖可促進(jìn)炎癥反應(yīng)與骨質(zhì)吸收，Hamedi等［1］在體外培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)脂多糖能夠促進(jìn)單核細(xì)胞中的促炎癥因子，如 IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-18及TNF-α等的生成。然而，對于牙齦卟啉單胞菌脂多糖在誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)中的作用仍存在爭議。與其他革蘭陰性菌相比，有學(xué)者認(rèn)為其自身刺激宿主產(chǎn)生細(xì)胞因子的能力較弱，也有人認(rèn)為它能夠拮抗其他病原體，減弱其刺激宿主細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子的能力。

1.2 脂多糖的結(jié)構(gòu)

牙齦卟啉單胞菌脂多糖在結(jié)構(gòu)上有其獨(dú)特的特征。Paramonov等［2］發(fā)現(xiàn)牙齦卟啉單胞菌的O抗原具有抗原特異性，并且其?；饔门c脂質(zhì)A的受體激活能力也具有特異性。大部分革蘭陰性菌的脂質(zhì)A是TLR4反應(yīng)的強(qiáng)效激動劑，然而牙齦卟啉單胞菌的脂質(zhì)A在TLR2反應(yīng)中起主要激動作用，而對TLR4起拮抗作用，抑制免疫反應(yīng)。牙齦卟啉單胞菌脂質(zhì)A主要通過四?；臀艴；@兩種模式進(jìn)行異構(gòu)?；饔茫T導(dǎo)對宿主的拮抗反應(yīng)。五酰基化脂質(zhì)A激動TLR4，而四?；|(zhì)A則拮抗TLR4。脂質(zhì)A?；淖円蕾囉谖h(huán)境的條件。Al-Qutub等［3］發(fā)現(xiàn)，在高鐵血紅素較多的情況下，五?；|(zhì)A將轉(zhuǎn)化為四?；|(zhì)A。由此可見，脂質(zhì)A根據(jù)微環(huán)境的條件改變其結(jié)構(gòu)，從而牙齦卟啉單胞菌脂多糖對其同源TLR受體的親合力也發(fā)生改變，進(jìn)而影響宿主免疫系統(tǒng)的信號傳導(dǎo)。

牙齦卟啉單胞菌還存在著另一種脂多糖—ALPS［4］，它含有一種完全不同的脂質(zhì)A相關(guān)陰離子多糖。A-LPS需要細(xì)胞的完整性和血清抵抗。與傳統(tǒng)的LPS相比，A-LPS對誘導(dǎo)人類單核細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子的能力較弱。不過，2種LPS的異構(gòu)和異質(zhì)性都可以產(chǎn)生拮抗作用和免疫逃避。這也伴隨著對宿主先天性免疫反應(yīng)的干擾，以便使牙齦卟啉單胞菌能夠適應(yīng)環(huán)境并在宿主體內(nèi)生存。

2 牙齦卟啉單胞菌的莢膜多糖

牙齦卟啉單胞菌的一個主要致病因素是莢膜，即莢膜多糖(capsule polysaccharide，CPS)或K抗原。根據(jù)CPS誘導(dǎo)產(chǎn)生IgG的能力，其莢膜至少可分為6種血清型。在小鼠模型中，被莢膜包裹的牙齦卟啉單胞菌表現(xiàn)出很強(qiáng)的侵襲性，引起小鼠全身感染，而沒有莢膜的牙齦卟啉單胞菌只引起局限性膿腫。牙齦卟啉單胞菌莢膜雖然引起IgG反應(yīng)，卻降低了牙槽骨的丟失量。與無莢膜的牙齦卟啉單胞菌相比，被莢膜包裹的牙齦卟啉單胞菌對多形性細(xì)胞的吞噬作用具有更強(qiáng)的抵抗能力，而且對牙齦上皮細(xì)胞具有更強(qiáng)的吸附能力［5］。CPS的血清型能夠反映出牙齦卟啉單胞菌刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生趨化因子的能力及刺激樹狀細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子的能力。而Brunner等［6］發(fā)現(xiàn)一個無莢膜的變異菌株誘導(dǎo)人類牙齦纖維母細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子的能力比其同源野生株更強(qiáng)，這意味著CPS在逃避先天免疫系統(tǒng)的過程中也起到了一定作用。雖然CPS及其血清型的存在已被證實在牙齦卟啉單胞菌的致病過程中起到?jīng)Q定性作用，但是該抗原在整個宿主反應(yīng)中起到的潛在作用仍有待明確。

3 牙齦卟啉單胞菌的菌毛

3.1 菌毛的作用機(jī)制

牙齦卟啉單胞菌的菌毛很薄，細(xì)胞表面的絲狀突起增強(qiáng)了其對唾液蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)、真核細(xì)胞及同類或其他種屬細(xì)菌的粘附性。牙齦卟啉單胞菌通過菌毛可以粘附于早期增殖的細(xì)菌，并參與其生物膜的形成。Ⅰ型菌毛為牙齦卟啉單胞菌的主要菌毛，在細(xì)菌的擴(kuò)散及侵襲中發(fā)揮重要作用，而牙齦卟啉單胞菌的次要菌毛—Ⅱ型菌毛，相對具有更強(qiáng)的促炎作用。然而 Inaba等［7］發(fā)現(xiàn)W50和W83這2種無菌毛的牙齦卟啉單胞菌在皮下膿腫的實驗?zāi)Ｐ椭?，也表現(xiàn)出侵襲性。

在牙周炎實驗?zāi)Ｐ椭?，菌毛的一個特殊的作用是誘導(dǎo)骨質(zhì)破壞。因此，被有菌毛的牙齦卟啉單胞菌感染的相比被無菌毛的牙齦卟啉單胞菌感染的大鼠模型，其骨質(zhì)損失的情況更嚴(yán)重。而針對牙齦卟啉單胞菌菌毛的免疫應(yīng)答具有保護(hù)骨質(zhì)損失的作用。另外，Ⅰ型和Ⅱ型菌毛誘導(dǎo)促炎因子(如 IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α 等)和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix Metalloproteinases，MMPs)MMP-9 產(chǎn)物的產(chǎn)生。

3.2 菌毛相關(guān)的信號傳導(dǎo)通路

牙齦卟啉單胞菌菌毛可以通過TLR2或TLR4進(jìn)行信號傳導(dǎo)。菌毛激活的TLR2通路與脂多糖激活的信號通路不同。菌毛可以直接誘導(dǎo)2個不同的信號通路，一個調(diào)節(jié)促炎因子產(chǎn)物，如IL-6和TNF-α等;另一個通路調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附分子的表達(dá)，如細(xì)胞間粘附分子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)等。另外，TLR4信號通路還需要CD14和MD-2的共同作用［8］。主要菌毛還能激活TLR2信號通路，從而在“由內(nèi)而外”的信號通路中與補(bǔ)體受體3(CR3)相互作用。這種作用加強(qiáng)了補(bǔ)體CR3的能力，使牙齦卟啉單胞菌在巨噬細(xì)胞中內(nèi)在化，減少IL-12的產(chǎn)物，從而整體上降低了細(xì)菌清除率。

4 牙齦卟啉單胞菌的牙齦蛋白酶

牙齦蛋白酶是牙齦卟啉單胞菌中的一組細(xì)胞表面半胱氨酸蛋白酶，也具有可溶解的形式。在牙齦卟啉單胞菌所有蛋白水解作用中，蛋白酶的作用占85%。

4.1 牙齦蛋白酶的分型

根據(jù)底物特異性可將牙齦蛋白酶分為精氨酸特異型(Arg-X)和賴氨酸特異型(Lys-X)2種分型。Arg-X的作用方式與胰蛋白類似，能夠降解細(xì)胞外基質(zhì)，包括整合纖連蛋白、細(xì)胞因子、免疫球蛋白和補(bǔ)體因子等。Arg-X蛋白酶又分為2種類型，分別為包含一個水解蛋白作用域和一個黏附作用域的RgpA、只包含水解蛋白作用域的RgpB。Lys-X蛋白酶只有一種類型，即Kgp，既包含水解蛋白作用域也包含黏附作用域。研究表明Kgp和RgpA的黏附作用域的序列有一定相似性［9］。

4.2 牙齦蛋白酶的作用機(jī)制

牙齦蛋白酶能夠影響免疫系統(tǒng)的分子組成，從而逃避免疫應(yīng)答。例如，它們能夠破壞CD2、CD4、CD8等T細(xì)胞受體，從而妨礙細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答。它們還能夠刺激蛋白酶激活的受體在中性粒細(xì)胞、牙齦上皮細(xì)胞、牙齦纖維母細(xì)胞和T細(xì)胞中的表達(dá)，這在誘導(dǎo)細(xì)胞因子反應(yīng)和牙周炎慢性炎癥中起到?jīng)Q定性作用［10］。牙齦蛋白酶能夠刺激口腔上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-6，刺激牙齦纖維母細(xì)胞產(chǎn)生IL-8，從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)。它還能夠通過蛋白水解作用降低抗炎因子(IL-4、IL-5)和促炎因子(IL-12、IFN-γ)的活性。

牙齦蛋白酶對補(bǔ)體系統(tǒng)的組成成分也有一系列影響。Arg-X蛋白酶能破壞C5分子，造成C5a成分的釋放，這對于促進(jìn)多形核中性粒細(xì)胞(PMNs)的趨化是至關(guān)重要的［11］。Lys-X能使PMNs的C5a受體失活，從而阻礙趨化作用。并且，Arg-X蛋白酶能降解C3分子，有助于降低細(xì)菌的調(diào)節(jié)作用。這種能力增強(qiáng)了牙齦卟啉單胞菌對殺菌物質(zhì)的抵抗能力。

牙齦蛋白酶除了影響免疫反應(yīng)外，在牙齦卟啉單胞菌對宿主細(xì)胞的粘附作用方面也起到一定作用，如Rgp-Kgp結(jié)合體表現(xiàn)出對牙齦上皮細(xì)胞和牙齦纖維母細(xì)胞的粘附作用。然而，有研究表明，當(dāng)牙齦卟啉單胞菌在細(xì)胞內(nèi)侵襲牙齦上皮細(xì)胞時，牙齦蛋白酶的表達(dá)卻減少了［12］。

牙齦蛋白酶還能夠影響血管通透性，造成牙周出血。它們可以水解血漿中的激肽釋放酶和緩激肽，或者選擇性地增加凝血酶或促凝血酶的釋放，從而增加血管通透性并激活PMN系統(tǒng)。另外，通過降低纖維蛋白原的活性，牙齦蛋白酶有助于阻止血液凝固，增加出血，從而滿足牙齦卟啉單胞菌對血晶素(hemin)的需求。

許多研究表明牙齦蛋白酶表現(xiàn)出對先天性免疫反應(yīng)的抵抗，在牙周炎的發(fā)病機(jī)理中發(fā)揮其作用。然而，牙齦蛋白酶在不同的濃度梯度時發(fā)揮的作用可能不同［13］。越接近牙齦上皮組織，牙齦蛋白酶濃度越高，則起到降低免疫系統(tǒng)各成分活性的作用，從而降低細(xì)菌清除率，提高細(xì)菌的侵襲能力。然而，越深入到牙齦結(jié)締組織中，牙齦蛋白酶濃度越低，對炎癥反應(yīng)則起到促進(jìn)而非抑制作用，這將破壞牙齦骨組織和結(jié)締組織［14］。

綜上所述，牙齦卟啉單胞菌在牙周炎的致病中起到了重要作用，因此越來越多的學(xué)者致力于對牙齦卟啉單胞菌的研究，目前已發(fā)展到探討牙齦卟啉單胞菌相關(guān)的致病因子及其致病機(jī)制的研究。但是牙齦卟啉單胞菌致病因子的具體致病機(jī)制尚不完全明了，許多問題仍存在爭議，對該菌的研究為牙周炎的預(yù)防和治療開辟了一個新的方向。

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