具核梭桿菌與牙周炎關(guān)系的研究進(jìn)展

宋冰清， 任彪， 程磊

1.口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科，四川成都（610041）； 2.口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院，四川 成都（610041）

牙周炎作為最常見(jiàn)的口腔慢性疾病之一，是成年人失牙的最主要原因。全球疾病負(fù)擔(dān)研究顯示，重度牙周炎已經(jīng)成為世界第六大流行疾?。?］。第四次全國(guó)口腔健康流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，中老年人群牙周健康率不足10%，口腔衛(wèi)生和牙周健康狀況較差，牙周疾病預(yù)防與治療仍是口腔醫(yī)生的重點(diǎn)工作之一［2］。牙菌斑生物膜是牙周病的始動(dòng)因子，當(dāng)口腔菌群與宿主免疫之間相互制約的平衡被打破，則可能發(fā)生牙周感染，進(jìn)而發(fā)生炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致軟硬組織的破壞［3］。牙周致病菌大都為革蘭陰性厭氧菌，其中最具有代表性的是由牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，Pg）、福塞斯坦納菌（Tannerella forsythia，Tf）、齒垢密螺旋體（Treponema denticola，Td）組成的紅色復(fù)合體［4］。除此之外，還有多種微生物如具核梭桿菌（Fusobacte-rium nucleatum，F(xiàn)n）等協(xié)同致病，共同促進(jìn)牙周炎的發(fā)生發(fā)展。本文旨在闡述Fn 與牙周炎的相關(guān)性及Fn 導(dǎo)致牙周炎的可能機(jī)制，為牙周炎的預(yù)防和治療提供新的思路。

1 Fn 與牙周炎的相關(guān)性

Fn 是一種革蘭陰性專性厭氧菌，細(xì)長(zhǎng)如梭形，是口腔共生菌之一。它在口腔生物膜形成中起橋梁作用，是紅色復(fù)合體定植的必要條件，且與牙周深袋密切相關(guān)，因此被學(xué)者歸入牙周致病菌中的橙色復(fù)合體成員。

多個(gè)臨床研究顯示在牙齦炎、牙周炎等牙周疾病患者口腔中，F(xiàn)n 檢出率都明顯升高。Arenas Rodrigues 等［5］采集了70 位牙齦炎患者、75 位牙周炎患者以及95 位牙周健康對(duì)照組的齦下菌斑，通過(guò)實(shí)時(shí)熒光定量PCR 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，牙周健康人群和牙齦炎患者齦下菌斑中Fn 檢出率分別為51.5%和74.2%，而牙周炎患者牙周深袋中Fn 的檢出率更是高達(dá)90.6%。Yang 等［6］也發(fā)現(xiàn)Fn 的檢出與牙周炎狀態(tài)及程度呈正相關(guān)關(guān)系。Ko 等［7］利用16S rRNA序列分析的方法檢測(cè)唾液樣本，也得出了類似結(jié)論。還有學(xué)者對(duì)慢性牙周炎患者和牙周健康對(duì)照組進(jìn)行牙周基礎(chǔ)治療后，通過(guò)禁止受試者進(jìn)行口腔衛(wèi)生措施以觀察齦下微生物再定植，通過(guò)DNA-DNA 雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)牙周炎組Fn 再定植明顯多于對(duì)照組［8］。

在臨床研究基礎(chǔ)上，多位學(xué)者通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證Fn 在牙周炎發(fā)生發(fā)展中的重要作用。Fn 單獨(dú)感染小鼠可促進(jìn)宿主炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)及炎性因子分泌，導(dǎo)致牙周膿腫發(fā)生，增強(qiáng)破骨細(xì)胞活躍度，進(jìn)一步導(dǎo)致牙周骨質(zhì)破壞［9］。當(dāng)Fn 分別與Td、Tf、Pg 共同感染小鼠時(shí)，小鼠牙周骨質(zhì)破壞程度和炎性反應(yīng)均比單菌種感染加重［10-11］，表明Fn 與紅色復(fù)合體之間存在毒力協(xié)同作用，共同導(dǎo)致牙周炎的發(fā)生發(fā)展。

Fn 已作為主要菌種參與構(gòu)建牙周炎研究微生物模型。目前，已經(jīng)建立了包括Fn 在內(nèi)的雙菌種甚至多菌種小鼠模型，用于牙周炎致病機(jī)制、防治藥物等研究。Ben Amara 等［12］利用Pg 和Fn 共同感染小鼠牙周以研究群體感應(yīng)系統(tǒng)。Gao 等［13］引入紅色復(fù)合體與Fn 協(xié)同作用的四菌種感染模型，探究牙周炎致病機(jī)制與牙周組織生物力學(xué)特性，均成功導(dǎo)致軟組織炎癥及骨質(zhì)破壞，優(yōu)化了牙周炎研究模型。

2 Fn 的致病機(jī)制

2.1 Fn 的共聚作用

在口腔菌斑生物膜的形成過(guò)程中，F(xiàn)n 憑借其狹長(zhǎng)的桿狀結(jié)構(gòu)及表達(dá)的多種黏附素，起到至關(guān)重要的橋梁連接作用。一方面，F(xiàn)n 憑借精氨酸可抑制性黏附素［arginine（R）-inhibitable adhesin，RadD］、膜相關(guān)蛋白（adherence inducing determinant 1，Aid1）及外膜蛋白（coaggregation mediating pro-tein A，CmpA）可與最初定植于牙面的變異鏈球菌（Streptococcus mutans，Sm）等相結(jié)合［14］；另一方面，通過(guò)黏附素RadD、孔蛋白FomA 及脂肪酸結(jié)合蛋白2（fatty-acid-binding protein 2，F(xiàn)ap2）的介導(dǎo)，F(xiàn)n可與后期定植微生物Pg 等實(shí)現(xiàn)共聚，使其定植于生物膜中。由此可見(jiàn)，F(xiàn)n 可以大量共聚致齲菌及牙周致病菌，促進(jìn)了這兩種疾病的始動(dòng)因子即牙菌斑的形成和成熟。在牙周炎發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，F(xiàn)n 可 以 共 聚Pg 等 細(xì) 菌［15］，促 進(jìn)Pg 的 牙 周 致 病作用。

2.2 Fn 的毒力因子與黏附侵入作用

黏附素FadA 是Fn 最具代表性的毒力因子，在Fn 黏附和侵入上皮細(xì)胞中起到重要作用。FadA有分泌型和非分泌型兩種存在形式，二者形成復(fù)合體，共同調(diào)節(jié)Fn 對(duì)宿主細(xì)胞的黏附與侵襲。Fa-dA 是具核梭桿菌主動(dòng)入侵細(xì)胞的必要條件，無(wú)需依賴于其他微生物。有學(xué)者通過(guò)梭桿菌屬全基因組分析，將具核梭桿菌等可主動(dòng)入侵的菌種與被動(dòng)入侵菌種相比較，認(rèn)為Fn 入侵細(xì)胞是FadA、分泌型自主轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（RadD）以及膜占位與識(shí)別聯(lián)結(jié)蛋 白2（membrane occupation and recognition nexus protein，MORN2）協(xié)同作用的結(jié)果［16］。FadA 可與牙齦上皮細(xì)胞的穿膜糖蛋白上皮鈣粘蛋白（epithelial cadherin，E-cadherin）結(jié)合，借助其狹長(zhǎng)的外形以拉鏈機(jī)制侵入宿主細(xì)胞，同時(shí)影響細(xì)胞之間的黏附連接，方便其他微生物侵襲牙齦上皮。侵入上皮細(xì)胞的Fn 可借助FadA 與胞內(nèi)受體維甲酸誘導(dǎo)基因蛋白I（retinoic acid-inducible gene I，RIG-I）相互作用，激活核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）通路，進(jìn)而激活炎癥反應(yīng)，發(fā)揮致病作用，引起組織破壞。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)Fn 等革蘭陰性牙周致病菌可通過(guò)促進(jìn)牙齦上皮細(xì)胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)蝸牛同源物1（果蠅）樣1 蛋白（Snail-1）表達(dá)上調(diào)，E-cadherin 表達(dá)下調(diào)，破壞上皮細(xì)胞間連接，使牙齦上皮完整性喪失，從而促進(jìn)致病菌侵入牙周組織深處［17］。

2.3 Fn 的內(nèi)毒素與代謝產(chǎn)物

當(dāng)Fn 死亡溶解時(shí)，可以釋放內(nèi)毒素，即脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），后者被牙齦上皮細(xì)胞及成纖維細(xì)胞表面的Toll 樣受體識(shí)別，細(xì)胞內(nèi)危險(xiǎn)信號(hào)釋放，激活核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白（nu-cleotide binding oligomerization domain，NOD）樣受體家族3（NOD-like receptors，NLRP3）炎癥小體，從而促進(jìn)成熟的細(xì)胞因子白細(xì)胞介素（Interleukin，IL）-1β 等釋放［18］，促進(jìn)炎癥反應(yīng)和骨吸收。Fn 還可以分泌一種65 kDa 的絲氨酸蛋白酶［19］，不僅為其自身生長(zhǎng)提供絲氨酸等營(yíng)養(yǎng)需求，還具有破壞宿主組織的作用。一方面，絲氨酸蛋白酶可以降解細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，導(dǎo)致牙周結(jié)締組織的破壞；另一方面，它還可以降解宿主免疫系統(tǒng)中的免疫球蛋白和補(bǔ)體，如消化IgA 的α 鏈，有助于細(xì)菌逃避宿主的防御系統(tǒng)。

Fn 的代謝產(chǎn)物丁酸也可影響牙周健康，通過(guò)誘導(dǎo)活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生，抑制細(xì)胞周期進(jìn)程從而抑制人牙齦上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞的增殖，并且可影響其蛋白質(zhì)合成，促進(jìn)細(xì)胞因子釋放，誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。丁酸滲透進(jìn)入牙周組織深處，不斷富集，高濃度的丁酸可以促進(jìn)成骨細(xì)胞ROS 的產(chǎn)生，從而刺激8-異構(gòu)前列腺素、基質(zhì)金屬蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）等的分泌，導(dǎo)致骨質(zhì)破壞并影響骨的修復(fù)［20］。丁酸還可在T 細(xì)胞中產(chǎn)生毒性作用，誘導(dǎo)其凋亡，調(diào)節(jié)牙周組織中免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞群體數(shù)量，從而影響牙周炎的發(fā)生發(fā)展。

2.4 Fn 對(duì)宿主免疫應(yīng)答的影響

宿主依靠免疫防御系統(tǒng)抵御Fn 的侵襲，如牙齦上皮的物理防御作用，巨噬細(xì)胞及中性粒細(xì)胞的吞噬作用等。牙齦上皮細(xì)胞還能通過(guò)TLR2 識(shí)別致病微生物，促進(jìn)抗菌肽如人β-防御素（human β-defensin，HβD）-2、HβD-3 等釋放，輔助牙齦上皮的防御屏障作用。牙周炎癥發(fā)生后，中性粒細(xì)胞可以通過(guò)NOD-1、NOD-2 受體被激活，形成中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)，限制感染的范圍［21］。宿主免疫反應(yīng)是一把雙刃劍，過(guò)度的炎癥反應(yīng)加重組織破壞。Fn 對(duì)宿主的負(fù)面影響不僅包括上述的破壞上皮防御屏障以及降解抗體，還可誘導(dǎo)外周血單核細(xì)胞和多形核粒細(xì)胞凋亡，產(chǎn)生免疫抑制作用，與口腔微生物相平衡的免疫防御破壞后，多種致病菌富集，促進(jìn)牙周炎的發(fā)生發(fā)展。

Fn 的促炎致病作用還表現(xiàn)在被Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）-2、TLR-4 識(shí)別后，激活髓樣 分 化 因 子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依賴性途徑，從而活化NF-κB，最終導(dǎo)致IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等細(xì)胞因子的釋放［22-23］。而IL-8 的釋放則依賴于p38 分裂原激活的蛋白激酶（mitogen activated pro-tein kinases，MAPK）通路［24］。同時(shí)，F(xiàn)n 可通過(guò)激活蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT）/MAPK 和NF-κB 信號(hào)通路，抑制成纖維細(xì)胞增殖并促進(jìn)其凋亡，產(chǎn)生ROS，釋放炎癥因子，抑制組織修復(fù)［25］。Fn 還能促進(jìn)宿主細(xì)胞產(chǎn)生MMP-13 和多種蛋白激酶，誘導(dǎo)炎癥發(fā)生，引起牙周組織破壞，促進(jìn)感染上皮細(xì)胞的遷移、增殖和存活。

2.5 Fn 介導(dǎo)牙周炎與系統(tǒng)性疾病

近年研究表明，牙周炎和全身系統(tǒng)性疾病之間存在緊密的聯(lián)系，微生物在兩者關(guān)聯(lián)中起到了重要的橋梁作用。Fn 等牙周致病菌借助消化道、呼吸道、血液等到達(dá)全身各個(gè)部位，其產(chǎn)生的毒素和代謝副產(chǎn)物也可能入血參與調(diào)節(jié)口腔以外的免疫炎癥反應(yīng)［26］。Fn 的毒力因子黏附素FadA 不僅是牙周炎的研究熱點(diǎn)，其在介導(dǎo)牙周炎與系統(tǒng)性疾病關(guān)系中也起到了重要的作用。孕婦牙周炎患者體內(nèi)的Fn 可以借助FadA 與胎盤屏障的血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣粘蛋白（vascular endothelial cadherin，VE-cadherin）結(jié)合，增加血管通透性［27］，促進(jìn)各種致病微生物進(jìn)入子宮，引起子宮感染，造成早產(chǎn)［28］、死產(chǎn)等不良妊娠結(jié)局［29］；腸道中Fn 表面的FadA 可與結(jié)直腸上皮細(xì)胞的E-cadherin 結(jié)合，激活Wnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）信號(hào)通路［30］，促進(jìn)細(xì)胞增殖，導(dǎo)致腫瘤形成［31］。但牙周炎與絕大多數(shù)疾病之間的因果關(guān)系及具體機(jī)制仍未明確，還有待進(jìn)一步研究。

3 小 結(jié)

Fn 作為牙周致病菌的典型代表，在牙周炎中具有高檢出率。Fn 可借助多種黏附素共聚致病菌、黏附侵入上皮細(xì)胞，利用毒力因子和代謝產(chǎn)物等破壞牙周組織，并可以誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生免疫炎癥反應(yīng)，促進(jìn)牙周炎甚至全身系統(tǒng)性疾病的發(fā)生發(fā)展。目前，齦上潔治、齦下刮治是牙周治療中最重要的基礎(chǔ)治療，但因?yàn)槠餍?、技術(shù)及解剖結(jié)構(gòu)等原因，無(wú)法完全清除菌斑，臨床中多采用沖洗上藥增加療效。臨床上輔助牙周基礎(chǔ)治療的藥物并不能針對(duì)Fn 等特定牙周致病菌，可能會(huì)導(dǎo)致菌群失調(diào)或耐藥等問(wèn)題，更多的輔助治療方法有待開(kāi)發(fā)。因此，通過(guò)明確Fn 的致病機(jī)制，研發(fā)針對(duì)Fn 黏附素、毒力因子、代謝產(chǎn)物或切斷各個(gè)致病通路的材料、藥物，降低深牙周袋中的Fn 豐度，以達(dá)到和其他口腔微生物及宿主的平衡，或許可成為牙周炎預(yù)防與治療的新思路。

【Author contributions】 Song BQ wrote the article. Ren B，Cheng L revised the article. All authors contributed to the article and approved the submitted version.