王斯瑋 綜述;楊 嵐,劉建國(guó) 審校
(貴州遵義563000:1.遵義醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院;2.遵義醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院修復(fù)科;3.貴州省高等學(xué)??谇患膊⊙芯刻厣攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)
牙周病是一種慢性感染性疾病,其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜。目前已證實(shí),牙菌斑生物膜的細(xì)菌及其產(chǎn)物是引發(fā)牙周病的始發(fā)因素。牙菌斑生物膜是牙齒表面的微生物菌落,主要由細(xì)菌及聚合物基質(zhì)組成,并可礦化形成牙石成為牙周病重要的局部促進(jìn)因素。牙石不僅妨礙口腔衛(wèi)生的實(shí)施,其表面的多孔隙結(jié)構(gòu)還有利于細(xì)菌毒素的吸附,從而為菌斑生物膜的進(jìn)一步聚集提供理想的表面;并可對(duì)牙齦組織產(chǎn)生一定刺激。目前盡管對(duì)牙石的化學(xué)成分有所了解,但對(duì)于其礦化機(jī)制尚不明確。近年來(lái),有學(xué)者在腎臟、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊、卵巢腫瘤的沙粒小體、鈣化胎盤(pán)、唾液、齦溝液、髓石、牙石及牙菌斑中均發(fā)現(xiàn)了一種超微結(jié)構(gòu)的礦化顆粒,由于該物質(zhì)具有獨(dú)特的性質(zhì)將其命名為“納米細(xì)菌”(Nanobacteria,NB)。然而,關(guān)于“納米細(xì)菌”的生物學(xué)行為仍存在爭(zhēng)議,有學(xué)者認(rèn)為,“納米細(xì)菌”缺少可信的核酸證據(jù),而是由礦物質(zhì)離子和非礦化大分子化合物組成,因此將其命名為納米礦化顆粒(Calcifying Nanoparticles,CNPs)更為恰當(dāng)。本文就“納米細(xì)菌”的研究現(xiàn)狀及其與牙周病之間的關(guān)系作一綜述。
20世紀(jì)80年代Kajander等在進(jìn)行哺乳動(dòng)物體外細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種超微結(jié)構(gòu)的細(xì)菌,革蘭氏染色為陰性,無(wú)莢膜及鞭毛,呈球狀或球桿狀,可通過(guò)微孔直徑0.1~0.4 μm的濾菌膜;進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn),該細(xì)菌含有16sRNA基因序列,故將其歸屬于α-2蛋白質(zhì)菌屬(該菌屬還包括巴爾通氏菌和布魯氏菌);又由于其直徑低于理論細(xì)菌的下限(約20~500 nm),因此又將其命名為“納米細(xì)菌”[1]?!凹{米細(xì)菌”生長(zhǎng)緩慢,倍增時(shí)間約為3 d,在pH 7.4的生理性鈣磷濃度環(huán)境中能形成羥基磷灰石碳酸鹽結(jié)晶并產(chǎn)生堅(jiān)硬礦化外殼;同時(shí),該菌還具有一定的細(xì)胞毒性,可引起細(xì)胞的溶解和凋亡[2]。
1.2.1 “納米細(xì)菌”可引起細(xì)胞內(nèi)外礦化
多項(xiàng)研究表明:“納米細(xì)菌”可引起細(xì)胞內(nèi)外礦化,并作為成核核心引起鈣化病變,可能是導(dǎo)致結(jié)石等多種病理性鈣化疾病的重要原因?!凹{米細(xì)菌”所產(chǎn)生的堅(jiān)硬礦化外殼具有很強(qiáng)的抵抗力,高溫、強(qiáng)酸等不能將之殺滅,普通抗生素也需在高于正常臨床劑量下才對(duì)其有抑制作用,普通培養(yǎng)基和常規(guī)檢測(cè)方法均難以對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)及檢測(cè)[3]。用能量色散X射線光譜儀(EDX)對(duì)“納米細(xì)菌”的礦化外殼進(jìn)行分析顯示,其化學(xué)成分與羥基磷灰石相似[4]。Kajander等首先在腎結(jié)石中發(fā)現(xiàn)“納米細(xì)菌”,并根據(jù)科赫法則驗(yàn)證了“納米細(xì)菌”在過(guò)飽和溶液中可作為成核核心引起腎結(jié)石[5-6]。有學(xué)者在冠心病等心血管疾病的研究中發(fā)現(xiàn),“納米細(xì)菌”可通過(guò)多種途徑進(jìn)入血液循環(huán),并能附著于血管壁緩慢生長(zhǎng);且可通過(guò)其異常的鈣化能力使血液中鈣離子濃度升高,從而導(dǎo)致動(dòng)脈斑塊和血栓的形成[7]。另有研究發(fā)現(xiàn),膽結(jié)石中也存在“納米細(xì)菌”,并利用“納米細(xì)菌”成功建立了膽結(jié)石動(dòng)物模型[8-9]。此外,在鈣化胎盤(pán)、卵巢腫瘤的沙粒小體、牙石、髓石中均有“納米細(xì)菌”檢出的相關(guān)報(bào)道[10-13]。
1.2.2 “納米細(xì)菌”的細(xì)胞毒作用
“納米細(xì)菌”的另一個(gè)特點(diǎn)是具一定的細(xì)胞毒作用,可引起細(xì)胞的溶解和凋亡。Ciftcioglu等利用MTT分析法及乳酸脫氫酶(LDH)釋放實(shí)驗(yàn)證明,“納米細(xì)菌”能感染人及哺乳動(dòng)物的3T6成纖維細(xì)胞并使之溶解和凋亡,其機(jī)制主要是通過(guò)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞胞作用導(dǎo)致細(xì)胞空泡性變,在此過(guò)程中“納米細(xì)菌”可誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生大量的炎性介質(zhì)(如白細(xì)胞介素、熱休克蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶等),從而導(dǎo)致被感染組織的細(xì)胞死亡[2]。Kajander等[14]認(rèn)為,“納米細(xì)菌”作為致炎因子能通過(guò)其細(xì)胞毒作用損傷腎小管的上皮細(xì)胞,受損的組織再生后則可導(dǎo)致多囊腎的形成。有研究者在13例多囊腎患者的囊液中檢測(cè)到超過(guò)75%含有脂多糖(LPS)的成分,約有85%的患者檢測(cè)出“納米細(xì)菌”,其中男性檢出率高于女性;同時(shí)還發(fā)現(xiàn),“納米細(xì)菌”與多囊腎中抗衣原體抗體LPS及巴爾通氏菌存在交叉反應(yīng),四環(huán)素或檸檬酸鹽可抑制該細(xì)菌的生長(zhǎng)[15]。Shen等在3型前列腺炎動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):大鼠注射“納米細(xì)菌”后1~2周發(fā)生了急性炎癥,4周后轉(zhuǎn)為慢性;分別在建模1、4、8周注射“納米細(xì)菌”2周后,各實(shí)驗(yàn)組大鼠血清中的 IL-1β和TNF-α水平均高于對(duì)照組[16]。Tsurumoto[17]、石慶新等[18]在類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的血清中也檢測(cè)到了“納米細(xì)菌”[17-18]。
“納米細(xì)菌”的發(fā)現(xiàn)及其獨(dú)特的特性雖為病理性鈣化相關(guān)疾病的研究提供了新的思路,但仍存在一定的意見(jiàn)分歧。學(xué)者們通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)“納米細(xì)菌”的生物學(xué)行為進(jìn)行研究后認(rèn)為:磷脂可以結(jié)合并促進(jìn)鈣磷酸鹽晶體的形成,所形成的晶體不僅具有與“納米細(xì)菌”相似的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu),還能象活生物那樣在體外進(jìn)行復(fù)制并增殖;而“納米細(xì)菌”不僅體積太小難以界定為理論上的細(xì)菌,而且從“納米細(xì)菌”中所檢測(cè)出的核酸序列實(shí)際是來(lái)自實(shí)驗(yàn)室的污染[19-20]。因此“納米細(xì)菌”是否能界定為細(xì)菌受到了極大的質(zhì)疑。
一種新的觀點(diǎn)認(rèn)為,所謂“納米細(xì)菌”是由礦物質(zhì)離子和非礦化大分子化合物組成,尚無(wú)足夠的證據(jù)證明其是一種獨(dú)立的生命體。首先,無(wú)生命活性的生物大分子所形成的納米粒子在結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)上都與“納米細(xì)菌”相似;其次,無(wú)生命活性生物大分子對(duì)帶電荷的分子如離子、碳水化合物、脂類(lèi)、核酸等也具有很強(qiáng)的結(jié)合力,當(dāng)?shù)V物質(zhì)離子過(guò)飽和時(shí)即可形成結(jié)晶、鈣化顆?;蚋鼮閺?fù)雜的結(jié)構(gòu)[21-23]。另外,經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),礦物質(zhì)離子與非礦化大分子復(fù)合物中的蛋白主要是胎球蛋白A,其次是載脂蛋白、白蛋白等;免疫印跡法檢測(cè)顯示,針對(duì)“納米細(xì)菌”的特異性抗體與血清中的白蛋白、胎球蛋白A等均存在交叉反應(yīng)[24-26]。
根據(jù)以上觀點(diǎn)和相關(guān)研究結(jié)果,有學(xué)者認(rèn)為“納米細(xì)菌”并非生物體,只是一種蛋白—礦物復(fù)合物,因?yàn)閺闹鲃?dòng)脈瓣和股動(dòng)脈瓣鈣化斑塊、牙結(jié)石中分離培養(yǎng)的“納米細(xì)菌”并未檢測(cè)出16sRNA序列[12,27-28]。最先提出“納米細(xì)菌”概念的 Kajander、Ciftcioglu等也表示,由于缺乏滿意的16sRNA序列,將其命名為鈣化納米顆粒更為恰當(dāng);但納米礦化顆粒與病理性鈣化之間的關(guān)系仍需進(jìn)行深入研究和探討[7,29-30]。Jahnen-Dechent等報(bào)道,在腎結(jié)石中也可檢測(cè)到胎球蛋白,從而認(rèn)為胎球蛋白A可能作為病理性鈣化的抑制劑而具有監(jiān)管作用,該物質(zhì)的缺乏與人和鼠軟組織鈣化密切相關(guān)[26]。Hamano等通過(guò)對(duì)73位糖尿病及慢性腎臟疾病患者的胎球蛋白礦物質(zhì)復(fù)合物進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)后也認(rèn)為,胎球蛋白A與骨外病理性鈣化相關(guān)[31]。Alexander等研究發(fā)現(xiàn),納米礦化顆??勺鳛槌珊撕诵男纬纱丶癄罱Y(jié)構(gòu),其形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)上與頭部、子宮腫瘤的圖像具有相似性[32]。
“納米細(xì)菌”與牙周病之間的相關(guān)性提出主要基于幾個(gè)方面:①流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)“納米細(xì)菌”的檢出率和牙石的患病率均為男性高于女性[33];②鹽酸四環(huán)素及乙二胺四乙酸(EDTA)可抑制“納米細(xì)菌”的復(fù)制,而這些藥物用于牙周病治療業(yè)已多年[3];③開(kāi)發(fā)的含二磷酸鈉、磷酸二鈉、氯磷酸二鈉、硝酸稼、乙二胺四乙酸的抗“納米細(xì)菌”牙膏、漱口水對(duì)牙石的形成及牙周病均有預(yù)防效果[34]。
Zhang等認(rèn)為,來(lái)自血清的齦溝液可能存在“納米細(xì)菌”,而且牙石形成所需的堿性環(huán)境及鈣化過(guò)程與“納米細(xì)菌”相似,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn):在牙周病患者的牙石和齦溝液中均提取出“納米細(xì)菌”,其表面相關(guān)物質(zhì)為鈣、磷酸鹽,與牙石類(lèi)似;“納米細(xì)菌”通過(guò)受體介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用可導(dǎo)致細(xì)胞空泡性變、細(xì)胞凋亡,并能誘導(dǎo)磷脂酰絲氨酸作為“納米細(xì)菌”及其他大分子的結(jié)合位點(diǎn),從而引起更多的“納米細(xì)菌”聚集以及細(xì)胞外基質(zhì)的礦化[12]。張松梅、黃小慶等也報(bào)道,在慢性牙周炎患者的齦溝液和牙石中均檢測(cè)出“納米細(xì)菌”[35-36]。以上結(jié)果提示,“納米細(xì)菌”能在牙表面形成生物礦化中心,并與其周?chē)拟}及磷酸鹽結(jié)合而形成牙石。
此外,口腔是一個(gè)與外界交通、多種菌群混合居住的復(fù)雜環(huán)境,且含有豐富的血管,因此全身性疾病與口腔之間易通過(guò)血液循環(huán)發(fā)生交叉感染。已有文獻(xiàn)報(bào)道,牙周病和冠心病存在相關(guān)性[37],而且在冠心病患者的相關(guān)樣本中也可檢測(cè)到“納米細(xì)菌”,那么“納米細(xì)菌”是否在兩者之間具有橋梁作用,值得進(jìn)一步探討[38]。
Badry等報(bào)道,在復(fù)發(fā)性唾液腺結(jié)石中可檢測(cè)到“納米細(xì)菌”[39]。曾勁峰等從髓石中分離培養(yǎng)、鑒定出“納米細(xì)菌”,并認(rèn)為該物質(zhì)對(duì)牙髓細(xì)胞有細(xì)胞毒性,這種階段性病理性鈣化標(biāo)志物可為髓石的防治、提高根管治療療效提供新的切入點(diǎn)[40]。臨床研究發(fā)現(xiàn),齲病的流行在有牙石的患者中顯著低于無(wú)牙石患者,據(jù)此有理論認(rèn)為:“納米細(xì)菌”可能參與齲壞牙釉質(zhì)的修復(fù)過(guò)程,可礦化缺損的牙體組織;因此須權(quán)衡“納米細(xì)菌”形成牙石導(dǎo)致牙周病及其在牙釉質(zhì)修復(fù)、齲病預(yù)防之間的利弊[41]。另有學(xué)者還提出,“納米細(xì)菌”可懸浮在云層中,并通過(guò)空氣傳播途徑引起全球范圍的口腔病理性鈣化疾病(牙石,髓石,唾液腺等)的流行[41-42]。
近年來(lái),關(guān)于“納米細(xì)菌”的研究已受到愈來(lái)愈多學(xué)者的關(guān)注,但其是否能界定為生物及其引起病理性鈣化的機(jī)制仍需進(jìn)一步研究,可通過(guò)加大樣本量、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、免疫機(jī)制研究等多種手段來(lái)揭示“納米細(xì)菌”的特性;針對(duì)其特殊的理化性質(zhì),還可在檢測(cè)方法上尋找新的更為準(zhǔn)確快速的方法對(duì)其進(jìn)行鑒定。而有關(guān)“納米細(xì)菌”與口腔疾病,特別是牙周病的關(guān)系,目前研究尚少,仍需更多的證據(jù)證明“納米細(xì)菌”牙菌斑、唾液、齦溝液、髓石中的存在及其作用原理。如果“納米細(xì)菌”作為牙周病病因?qū)W能被確立,那么對(duì)牙周病乃至心血管疾病的防治將有重要意義。
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