變形鏈球菌粘附抑制多肽的研究進展

石佳偉 綜述姜穎 審校

(廣東醫(yī)學(xué)院，廣東 湛江 524000)

變形鏈球菌粘附抑制多肽的研究進展

石佳偉 綜述姜穎 審校

(廣東醫(yī)學(xué)院，廣東 湛江 524000)

變形鏈球菌是人類齲病的主要致病菌，該菌在牙面粘附聚集并形成致齲性微生態(tài)環(huán)境-牙菌斑，進而導(dǎo)致齲病發(fā)生。變形鏈球菌粘附的表面粘附素主要有表面蛋白(PAc)、葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(Gtf)等。針對這些粘附素設(shè)計的粘附抑制多肽為齲病的預(yù)防帶來了一種全新的可能。本文就變形鏈球菌粘附素的特點及變形鏈球菌粘附抑制多肽的研究進展做一綜述，有望建立一種簡單、安全、有效的新型防齲方法。

變形鏈球菌；粘附；多肽；齲病

齲病是口腔的常見病，它與腫瘤和心血管疾病被世界衛(wèi)生組織并列為人類三大重點防治疾病。齲病發(fā)生的主要原因是變形鏈球菌粘附于牙表面，形成致齲性微生態(tài)環(huán)境-牙菌斑，并不斷地代謝碳水化合物產(chǎn)酸，導(dǎo)致牙體硬組織脫礦。變形鏈球菌粘附于牙面主要通過初始粘附以及蔗糖依賴性粘附兩種機制。在這兩種機制中變形鏈球菌粘附素表面蛋白(PAc)、葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(Gtf)等扮演了重要角色。近幾十年來，隨著免疫學(xué)、分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)的發(fā)展,變形鏈球菌粘附機制認(rèn)識的逐步深入，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)針對變形鏈球菌中與粘附功能相關(guān)的氨基酸序列制作的粘附抑制多肽可有效抑制變形鏈球菌在牙面的粘附，已經(jīng)成為防齲研究的熱點。本文就變形鏈球菌粘附素的特點及變形鏈球菌粘附抑制多肽的研究進展做一綜述。

1 變形鏈球菌粘附機制

1.1 變形鏈球菌的初始粘附 變形鏈球菌粘附于牙面主要通過初始粘附以及蔗糖依賴性粘附兩種機制。初始粘附是指由于細(xì)菌表面的蛋白成分和牙面獲得性膜中凝集素相互作用，進而選擇性地粘附于相應(yīng)組織表面并定居下來的過程。初始粘附又稱非特異性粘附、非蔗糖依賴性粘附。變形鏈球菌粘附素表面蛋白(PAc)在其中發(fā)揮重要作用。

1.2 變形鏈球菌的蔗糖依賴性粘附 經(jīng)初始粘附后，變形鏈球菌在Gtf的作用下利用蔗糖，合成水不溶性葡聚糖來介導(dǎo)該菌的不可逆性粘附，即蔗糖依賴性粘附。確保細(xì)菌定植于牙面，逐漸形成齲發(fā)生的局部環(huán)境，從而使齲齒得以發(fā)生[1]。

2 抑制變形鏈球菌初始粘附的多肽

2.1 根據(jù)變形鏈球菌PAc合成的多肽 在變形鏈球菌初始粘附過程中，表面蛋白扮演了重要的角色。變形鏈球菌表面蛋白又稱AgⅠ/Ⅱ、P1及PAc等，屬于粘附素AgⅠ/Ⅱ家族，主要存在于變形鏈球菌菌體胞壁，由SpaP基因或Pac基因編碼。表面蛋白與唾液凝集素相互作用涉及復(fù)雜的構(gòu)象，可能存在多個粘結(jié)活性位點[2]。有研究證實A區(qū)與P區(qū)均在表面蛋白的表達和粘附中起重要作用[3]。C末端的附著能力大部分由C1C2區(qū)(aa 992-1332)決定[4]。C1C2區(qū)可與唾液糖蛋白gp-340結(jié)合并且含有主要粘附表位[5]。Larson等[6]認(rèn)為：表面蛋白與唾液凝集素的結(jié)合可能發(fā)生于兩個部位，一個是位于A3VP1內(nèi)的魚鉤狀結(jié)構(gòu)，再一個可能是在C末端內(nèi)。因此針對其可能的粘附區(qū)域來合成多肽，可有效抑制變形鏈球菌在牙面的粘附。

Li等[7]基于表面蛋白C末端C1區(qū)的1 025～1 044氨基酸殘基序列合成人工多肽p1025，并將其添加至牙膏中，分別進行體外及體內(nèi)實驗。體外實驗表明：p1025能與細(xì)菌粘附素競爭吸附牙面的唾液蛋白受體，從而抑制細(xì)菌粘附于羥基磷灰石。50 mmol/L為該多肽粘附抑制的最佳濃度。體內(nèi)實驗選擇30名 22～23歲的志愿者進行實驗。志愿者應(yīng)用含多肽p1025的牙膏刷牙1個月后，取樣品制得的平板中變形鏈球菌總數(shù)[log(3.11±0.80)]顯著低于對照組[log (4.09±0.90)](P＜0.01)。

2.2 根據(jù)植物提取物合成的多肽 有研究者[8]根據(jù)洋紫荊植物血凝素(BVL)合成重組洋紫荊植物血凝素(rBVL-I)多肽。這種重組的多肽具有生物活性，能夠抑制變形鏈球菌對唾液包被的羥基磷灰石的初始粘附，而不對該菌的生長造成影響，可以在不引起菌群失調(diào)的情況下降低齲病的發(fā)生。

2.3 根據(jù)同源序列合成的多肽 SspA和SspB是戈登鏈球菌中目前研究最多的也是起重要作用的表面蛋白。對SspA，SspB、Pac等多肽的預(yù)測氨基酸序列研究中發(fā)現(xiàn)它們之間存在廣泛的序列同源性和共同結(jié)構(gòu)特征[9]。Okuda等[10]根據(jù)戈登鏈球菌SspB(aa 390～400)片段合成一種小分子多肽能與唾液受體結(jié)合，該多肽不僅能抑制戈登鏈球菌對羥基磷灰石的粘附也能抑制變形鏈球菌對羥基磷灰石的初始粘附，從而降低患齲風(fēng)險。

3 抑制變形鏈球菌蔗糖依賴性粘附的多肽

為針對變形鏈球Gtf合成的多肽，Gtf是變形鏈球菌合成的固有酶。人類口腔中主要存在三種Gtf，分別為Gtf-I、Gtf-S和Gtf-SI。Gtf-I合成水不溶性葡聚糖;Gtf-SI合成水溶性和水不可溶性的葡聚糖;Gtf-S合成水溶性葡聚糖。其中水不溶性葡聚糖具有黏性，在變形鏈球菌的蔗糖依賴性粘附中發(fā)揮重要作用[11]。Gtf具有兩個功能區(qū)：氨基端1/3肽段的催化活性(CAT)區(qū)和羧基端約1/3肽段的葡聚糖結(jié)合(GLU)區(qū)。CAT區(qū)具有催化蔗糖水解產(chǎn)生水溶性葡聚糖(WSG)和水不溶性葡聚糖(WIG)的能力。GLU區(qū)則能與葡聚糖產(chǎn)生特異性、不可逆的結(jié)合。通過Gtf的作用，變形鏈球菌可以粘附于牙體表面，導(dǎo)致齲病發(fā)生。

變形鏈球菌CAT區(qū)具有催化功能，因而抑制該區(qū)段的功能可能對抑制齲病的發(fā)生有重要作用。Eto等[12]根據(jù)葡糖基轉(zhuǎn)移酶Gtf-I合成了22個可能具有抑制Gtf酶活性作用的多肽，其中根據(jù)Gtf-I 1 176～1 194氨基酸殘基序列(DGQVQYFDEMGYQA KGKFV)合成的多肽可抑制葡糖基轉(zhuǎn)移酶活性達75%以上，在抑制蔗糖水解的同時也能抑制葡萄糖轉(zhuǎn)化成葡聚糖，對變形鏈球菌的粘附有一定抑制作用。

酪蛋白磷酸肽(CPP)是以牛乳酪蛋白為原料，通過生物技術(shù)制得的具有生物活性的多肽。有實驗表明[13]，K-酪蛋白磷酸多肽能降低Gtf粘附至羥基磷灰石，也能影響酶的活性，使菌斑中合成的葡聚糖減少47%以上進而干擾變形鏈球菌的蔗糖依賴性粘附。Emamieh等[14]將添加酪蛋白磷酸肽鈣磷復(fù)合體(CPP-ACP)的口香糖與添加木糖醇的口香糖的抑齲效果進行比較，發(fā)現(xiàn)含CPP-ACP的口香糖和含木糖醇的口香糖均可有效控制變形鏈球菌的生長，但前者臨床治療效果更為顯著，并且無毒副作用。

4 展 望

長期以來，學(xué)者們針對變形鏈球菌進行了大量研究，期望建立起有效的防齲措施。國內(nèi)外目前的研究大量集中在對氟化物的推廣以及防齲疫苗的應(yīng)用上[15]。但隨著時間的推移，這些措施已暴露出一些問題：(1)適量使用氟化物防齲能在一定程度上控制齲病的發(fā)生，但是在口腔長期大量使用時，可能導(dǎo)致耐氟菌株產(chǎn)生[16]。有關(guān)研究顯示耐氟菌株與親代菌株在產(chǎn)酸性、粘附能力及基因序列等方面有所差異，但是其致齲能力卻和親代菌株相似[17-18]。耐氟菌株存在的情況下單純使用氟化物防齲存在一定局限性。(2)針對變形鏈球菌的防齲疫苗主要有全菌疫苗、純抗原亞單位疫苗、合成肽疫苗、基因工程重組疫苗、DNA疫苗等。防齲疫苗通常采用口服和鼻腔免疫，目前主要在安全性、合理的載體或投遞系統(tǒng)的尋找、免疫劑量及免疫持續(xù)時間等方面還有許多問題有待解決。

將針對變形鏈球菌粘附素合成的多肽局部應(yīng)用于口腔，能率先占據(jù)并結(jié)合唾液蛋白受體從而競爭性抑制變形鏈球菌的粘附或者通過影響酶的表達水平而抑制變形鏈球菌的粘附。不存在誘發(fā)菌群失調(diào)及耐藥菌株形成等問題。有望建立起一種更簡單、安全、有效的齲病預(yù)防方法，將會獲得更好的防齲效果，成為其他幾種防齲措施的有力補充。不過如何長期維持合成多肽有效的粘附抑制濃度、多肽的貯存等還需要更進一步的研究。

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Research progress on adhesion-inhibiting peptides of Streptococcus mutans.

SHI Jia-wei,JIANG Ying.Guangdong Medical College,Zhanjiang 524000,Guangdong,CHINA

Streptococcus mutans(S.mutans)is considered as a primary cariogenic bacterium.Its ability of adherence and further accumulation on teeth to generate dental biofilm constitutes an important condition for dental caries. Adhesins generated by S.mutans include cell surface protein antigen AgI/II(PAc)and the glucosyltransferase(Gtf)enzyme,etc.A new possibility may be brought in to prevent dental caries with adhesion-blocking synthetic peptides designed specifically for such adhesions.In this paper,we summarize the characteristics of adhesins and make a survey of recent progress on adhesion-inhibiting peptides of Streptococcus mutans.We also propose a simple,safe and efficient way to prevent caries.

Streptococcus mutans;Adherence;Peptide;Dental caries

R378.1+2

A

1003—6350（2016）05—0777—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.05.031

2015-11-02)

廣東省醫(yī)學(xué)科研基金立項課題(編號：A2013435)；廣東醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院博士科研啟動基金(編號BK201211)

姜穎。E-mail：jy197701@163.com