納米細菌與感染和相關鈣化性疾病研究進展

馬宏亮，楊 彬，張雁鋼，趙國江，郭 強，王靖宇

(山西醫(yī)科大學附屬山西大醫(yī)院泌尿外科,太原 030032;*通訊作者,E-mail:13015404637@163.com)

納米細菌與感染和相關鈣化性疾病研究進展

馬宏亮，楊 彬，張雁鋼，趙國江，郭 強，王靖宇*

(山西醫(yī)科大學附屬山西大醫(yī)院泌尿外科,太原 030032;*通訊作者,E-mail:13015404637@163.com)

納米細菌; 磷酸鈣沉積; 感染

1985年芬蘭科學家Kajander等[1]發(fā)現(xiàn)了一種可以自我復制礦化且直徑只有50-800 nm的微生物,包括了一類革蘭氏染色陰性、基因序列是16S rRNA的顆粒性物質,稱為納米細菌(nanobacteria,NB)。NB的最大特點是在生理性鈣磷濃度中生成磷灰石碳酸鹽結晶,形成牢固的鈣化外包裹,引起細胞的空泡樣變性、壞死及組織炎癥反應[2]。其特征決定了與一些疾病具有相關性,尤其與感染和病理性鈣化性疾病密切相關。目前研究發(fā)現(xiàn)許多疾病發(fā)生發(fā)展過程中均有磷酸鈣沉積現(xiàn)象,如泌尿系結石、Ⅲ型前列腺炎、間質性膀胱炎、動脈粥樣硬化和胎盤鈣化等,但形成機制尚不確定。本文旨對納米細菌與感染和鈣化性疾病的研究進展做一綜述。

1 納米細菌的生物學特性

近年來研究發(fā)現(xiàn)NB與結石、炎癥、動脈硬化、胎盤鈣化等多種疾病密切相關。因可從血液、尿液、唾液、關節(jié)積液及人體較多器官組織中分離培養(yǎng)出NB,故認為NB無組織特異性。NB在特定的培養(yǎng)基上生成碳灰石或磷灰石的生物礦化反應,即形成一種具有細胞毒作用的生物鈣化被膜,之后處于一種類似休眠狀態(tài),能夠在90 ℃高溫和γ-射線輻射下生存[3]。NB可在沒有宿主細胞的條件下實現(xiàn)自身復制功能。普通抗生素難以對其產(chǎn)生作用,機體免疫細胞不能識別,而被機體免疫系統(tǒng)誤認為正常情況下形成的一種普通鈣化灶[4]。只有在NB重新激活,生物毒性的被膜被分解,對臨近細胞產(chǎn)生細胞毒性作用,機體免疫系統(tǒng)才開始識別并產(chǎn)生炎性反應。以上是NB能在人體組織中長期生存的主要原因。

2 納米細菌與相關性疾病的關系

2.1 納米細菌與泌尿系結石的關系

泌尿系結石是泌尿外科的高發(fā)疾病,影響結石形成因素與年齡、性別、種族、遺傳、環(huán)境因素、飲食習慣和職業(yè)等有關。對泌尿系結石的成因,眾多學者進行了大量的研究,提出腎鈣斑、過飽和結晶、基質移植物缺乏、取向附生、免疫損傷等學說,試圖解釋泌尿系結石的生成機制[5],但至今尚無明確的定論。

Akerman等[6]證實NB對腎小管有細胞毒性作用。人體NB主要從泌尿及生殖通道隨尿液排出。隨著對泌尿系結石發(fā)病機制的深入研究,證實NB與腎結石的形成相關,其依據(jù)是:①NB的動物實驗構建出腎臟結石動物模型,胡衛(wèi)國等[7]創(chuàng)建納米細菌腎臟結石模型,證明NB通過損傷腎小管上皮細胞,誘導大鼠腎小管內生成含鈣結晶,從而參與生成腎臟結石;②對腎臟結石病人血液、尿液和結石成分進行NB分離培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)95%腎臟結石病人均可檢測出NB,Khullar等[8]利用腎臟結石去礦化及尿液細菌培養(yǎng)證明納米細菌的存在,進一步證明納米細菌與腎臟結石生成存在關系;③NB是一種具有生物礦化作用的致病細菌,具有獨特的生物礦化功能,能夠在pH=7.4和生理性鈣磷濃度下能生成堅固的礦化外殼包裹在納米細菌四周[9];④NB的礦化顆粒由鈣及磷構成,具有磷酸鈣外殼,它可以聚集環(huán)境中的鈣離子并形成礦化納米顆粒;⑤NB具有獨特的礦化能力,可作為活性中心,通過各種途徑進入血液,依靠黏附血液中的鈣、磷等離子以及自身的生物礦化作用形成礦化顆粒,進而形成結石。

2.2 納米細菌與Ⅲ型前列腺炎的關系

已知的4型前列腺炎:I型、Ⅱ型病因明確,臨床治療效果顯著;Ⅳ型前列腺炎無明顯臨床癥狀,臨床治療策略比較被動;Ⅲ型前列腺炎是最常見的類型,其病因及發(fā)病機制尚無統(tǒng)一定論,給臨床治療帶來很大困難。

目前認為Ⅲ型前列腺炎與病原體感染、排尿異常、物理與化學刺激、精神心理、神經(jīng)內分泌、免疫反應異常、氧化應激和盆腔相關疾病等因素有關[10],但各學說均不能解釋該病的臨床特點。臨床上Ⅲ型前列腺炎患者中,炎癥反應標志物陽性、鈣化灶存在,但尿液和前列腺液檢查大多正常,提示可能存在不被普通檢查方法檢測出來的感染因素。

由于NB引起組織炎癥反應的特有生物學特性,且諸多學者在Ⅲ型前列腺炎中發(fā)現(xiàn)NB的存在,為Ⅲ型前列腺炎的病因學研究提供了新的思路。引起機體炎癥反應的NB主要經(jīng)泌尿系統(tǒng)排泄,尿液排出時尿道內壓力升高致尿液返流逆行入前列腺導管和腺泡內[11],在這個過程中尿液中的NB易被隨行轉移[12],從而引起炎癥的產(chǎn)生,這可能是引起Ⅲ型前列腺炎的重要原因。另外,前列腺導管細長、彎曲、入口直徑小,且與尿流通道形成垂直關系或斜向上入尿道,尿液中病原體容易進入前列腺內,但不利于腺體炎性反應物排泄和分泌,因而NB可在前列腺內大量繁殖寄生,上述條件為NB在前列腺內感染和引起疾病提供了便利和場所。

國外學者Jones等[13]通過采集慢性前列腺炎病人血液,利用ELISA檢測NB抗原,發(fā)現(xiàn)細菌陽性率明顯高于非患病或前列腺增生病人。國內學者從Ⅲ型前列腺炎患者前列腺液中分離、培養(yǎng)出了NB[12,14],研究表明Ⅲ型前列腺炎與非前列腺炎患者尿液標本中NB陽性率分別為6%和3%。兩項研究對難治性Ⅲ型前列腺炎合并前列腺結石的病人采用四環(huán)素抗炎治療后,患者臨床癥狀明顯好轉,同時前列腺結石體積縮小或者檢測不到[14,15]。Ⅲ型前列腺炎患者的前列腺小管存在致病性鈣化灶,阻塞導管引起前列腺內壓升高,引起疼痛癥狀,該鈣化灶可能與NB感染后發(fā)生的礦化作用有關。臨床上針對NB引起的Ⅲ型前列腺炎治療,許多抗生素無效,但四環(huán)素能緩解臨床癥狀,這與四環(huán)素可以穿透NB的羥基磷灰石保護層有關。

2.3 納米細菌與間質性膀胱炎的關系

間質性膀胱炎(interstitial cystitis,IC)是一類以盆底部位和/或會陰部間斷性疼痛并伴有膀胱刺激征及儲尿期痛為主要癥狀的病變,病理學特點是無因性的膀胱壁的慢性炎癥和膀胱的慢性間質纖維化[16]。到目前為止,IC發(fā)病機制不清,容易發(fā)生誤診,且缺乏有效的治療方案。

對IC患者尿液普通細菌培養(yǎng)無陽性發(fā)現(xiàn),普通抗炎效果不明顯,但對一些IC病人使用四環(huán)素類抗菌藥物后臨床癥狀得到明顯緩解,提示該疾病存在病菌感染引發(fā)炎癥反應[17]。張慶華等[18]通過采集IC病人活體組織、尿液,運用熒光免疫組化染色、電鏡基因擴增及測序法進行觀察研究,研究結果表明48.1%的IC患者膀胱組織中可分離、培養(yǎng)出NB,而正常人中只有1例檢測出NB類似物,并對IC患者采用NB敏感抗生素四環(huán)素治療,臨床癥狀得到明顯緩解,推斷NB感染與間質性膀胱有著密不可分的關系。因此,對NB與IC關系的進一步研究,對明確診斷和治療有積極作用。

2.4 納米細菌與動脈粥樣硬化的關系

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是一種臨床常見疾患,為心腦血管缺血性病變的重要致病原因[19]。到目前為止,AS的致病機制尚無明確的結論,炎癥假說是當前的主要學說,但仍無法完全解釋AS斑塊中出現(xiàn)的鈣化物質的現(xiàn)象。

近年來,王學軍等[20]報告8%正常人血清中存在NB抗原。耿文茂等[21]通過單克隆抗體間接免疫熒光染色法進一步證實腹主動脈斑塊中存在NB,考慮到納米細菌的礦化及細胞毒性作用,認為NB可能參與動脈粥樣斑塊的形成。王佑權等[22]采用NB感染體外培養(yǎng)的人臍靜脈內皮細胞(HUVEC),結果表明NB促進了內皮細胞中具有自身保護功能的超氧化物歧化酶(SOD)的分泌,NB可以損壞內皮細胞致動脈粥樣硬化開始。Maniscalco等[23]使用依地酸鈣鈉(一個體外研究證實對NB有效的藥物)和四環(huán)素聯(lián)合治療確診的77名冠心病患者,對其進行血清抗原檢測,其中44例抗原陽性患者冠狀動脈鈣化計分明顯下降,而33名抗原陰性患者動脈鈣化評分無明顯改變,而19例心絞痛癥狀患者中16例癥狀緩解或者消失。

2.5 納米細菌與其他疾病的關系

NB還與胎盤鈣化、牙周炎和牙結石的發(fā)生、發(fā)展有密切關系。郭亞楠等[24]首次從鈣化胎盤組織中分離培養(yǎng)鑒定出NB,表明其感染與胎盤鈣化有關。劉勝男等[25]研究表明胎盤鈣化與NB感染有關,臍帶血適用于檢測鈣化胎盤的NB感染。張松梅等[26]研究證實了牙結石中存在納米細菌,并且NB作為礦化中心參與牙結石形成。韓耀倫等[27]從牙周炎患者的唾液和牙結石中檢出NB，證明其與牙周炎的形成相關。

3 總結

NB與泌尿系結石、Ⅲ型前列腺炎、IC、AS等相關疾病的發(fā)生、發(fā)展有著密不可分的關系,盡管目前尚無明確定論,但有足夠的研究表明NB顆粒普遍存在于生物體中,需要更深入的研究進一步驗證NB與上述疾病的相關聯(lián)系,以及針對NB的特異性治療。

[1] Kajander EO, Ciftcioglu N, Aho K,etal. Characteristics of nanobacteria and their possible role in stone formation[J]. Urol Res, 2003, 31(2):47-54.

[2] Cisar JO, Xu DQ, Thompson J,etal.An alternative interpretation of nanobacteria-induced biomineralization[J].Proc Natl Acad Sci USA,2000,97 (21):11511-11515.

[3] Tasian GE, Copelovitch L. Evaluation and medical management of kidney stones in children[J]. J UROLOGY, 2014, 192(5):1329.

[4] 張雷.納米細菌對人膽囊結石形成的影響和機制探討[D].中南大學,2007.

[5] 雷鳴.部分上尿路結石患者成石相關性代謝異常檢查的應用和意義[D].廣州:南方醫(yī)科大學,2010.

[6] Akerman KK, Kuikka JT, Ciftcioglu N,etal. Radiolabeling and in vivo distribution of nanobacteria in rabbits[J]. Proc SPIE-Int Soc Optical Engineering, 1997, 13:436-442.

[7] 胡衛(wèi)國,王曉峰,徐濤,等.納米細菌大鼠腎結石模型初步建立及成石因素分析[J].北京大學學報(醫(yī)學版),2010,42(4):433-435.

[8] Khullar M, Sharma SK, Singh SK,etal. Morphological and immunological characteristics of nanobacteria from human renal stones of a north Indian population[J]. Urol Res, 2004, 32(3):190-195.

[9] 馮彬.上尿路結石不同層面的成分分析及其成因研究[D].銀川:寧夏醫(yī)科大學,2012.

[10] 屠凌嵐,鄭高利.慢性非細菌性前列腺炎機制及藥物治療研究進展[J].浙江實用醫(yī)學,2010,15(1):76-78.

[11] Tae-Hyoung K, Ryoun KH, Soon-Chul M. Detection of nanobacteria in patients with chronic prostatitis and vaginitis by reverse transcriptase polymerase chain reaction[J]. Kor J Urol, 2011, 52(3):194-199.

[12] 明愛民,張新際,郭君毅,等.納米細菌感染致SD大鼠前列腺結石的實驗研究[J].中華泌尿外科雜志,2011,32(2):122-125.

[13] Jones JA,Carlson D,Shoskes D,etal.Association of calcifying nanoparticles within serum and prostates of patients with prostatic inflammation and hyperplasia:a preliminary analysis[C].San Antonio TX:Meeting of the American Urology Association,2006:31.

[14] Zhou Z, Hong L, Shen X,etal. Detection of nanobacteria infection in type III prostatitis[J]. Urology, 2008, 71(6): 1091-1095.

[15] Shoskes DA, Thomas KD, Gomez E. Anti-nanobacterial therapy for men with chronic prostatitis/chronic pelvic pain syndrome and prostatic stones: preliminary experience[J]. J Urol, 2005, 173(2): 474-477.

[16] 孫志軍,李和明,賴學佳.間質性膀胱炎膀胱黏膜的組織病理檢查意義[J].浙江臨床醫(yī)學,2016,18(4):706-707.

[17] Zhang QH, Shen XC, Zhou ZS,etal. Decreased nanobacteria levels and symptoms of nanobacteria-associated interstitial cystitis/painful bladder syndrome after tetracycline treatment[J]. Int Urogynecol J, 2010, 21(1):103-109.

[18] 張慶華,宋波.納米細菌在間質性膀胱炎發(fā)病機制中作用的初步研究[D].重慶：第三軍醫(yī)大學,2011.

[19] 楊建,潘戈英,徐元杰,等.動脈僵硬度指數(shù)與腦梗死關系的探討[J].新疆醫(yī)學,2006,36(4):111-112.

[20] 王學軍,劉威,楊竹林,等.部分健康成年人群血清納米細菌感染的調查[J].中華流行病學雜志,2004,25(6):492-493.

[21] 耿文茂,張倩,吳亞光,等.腹主動脈粥樣硬化斑塊中納米細菌的培養(yǎng)與鑒定[J].中華實驗外科雜志,2012,29(2):321-323.

[22] 王佑權,劉國文,黃果,等.納米細菌對人臍靜脈內皮細胞的損傷及超氧化物歧化酶分泌的影響[J].中國動脈硬化雜志,2016,24(9):899-903.

[23] Maniscalco BS, Taylor KA. Calcification in coronary artery disease can be reversed by EDTA—tetracycline long-term chemotherapy[J]. Pathophysiology, 2004, 11(2):95.

[24] 郭亞楠,張名均,張德純,等.鈣化胎盤中納米細菌的分離培養(yǎng)與鑒定[J].中國微生態(tài)學雜志,2010,22(12):1097-1100.

[25] 劉勝男,張德純,張名均,等.鈣化胎盤及臍帶血中納米細菌的形態(tài)學觀察[J].臨床檢驗雜志,2013,31(3):215-217.

[26] 張松梅,田菲,李靜,等.對納米細菌在牙結石形成過程中的作用的初步研究[J].中國微生態(tài)學雜志,2009,21(2):152-155.

[27] 韓耀倫,陳紅莉,李慶福.人類唾液和牙結石中納米細菌的分離培養(yǎng)及形態(tài)觀察[J].中國繼續(xù)醫(yī)學教育,2015,7(24):213-214.

R691

A

1007-6611(2017)09-0963-03

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.09.023

山西省基礎研究計劃項目(自然科學基金)(2014011042-1)

馬宏亮,男,1989-08生,碩士,E-mail:963377568@qq.com

2017-06-19