牙周炎與腸道菌群相關性研究進展

謝雨桐 ，胡穎哲，高鵬玉，徐全臣

近年來，隨著“口腔-腸軸”機制的提出，牙周炎和腸道菌群之間的密切聯(lián)系越來越受到關注[1]。牙周炎作為一種由菌斑生物膜引發(fā)、多種影響因素參與、可引起宿主免疫炎性反應的疾病不僅會導致牙周支持組織的破壞，甚至會危害全身健康[2]。牙周炎時的口腔細菌被吞咽至胃腸道，通過改變腸道原本的微生物群，從而導致腸道菌群失調，在腸道疾病患者的腸腔內容物和腸道黏膜組織中可發(fā)現(xiàn)大量口腔細菌聚集[3]，并且腸道菌群失調所導致的全身性疾病。例如，炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)的患者被發(fā)現(xiàn)可同時患有牙周炎[4]。IBD是一種非特異性的慢性腸道疾病，它同時受到遺傳、感染、環(huán)境、免疫反應等多種因素影響[5]。雖然IBD主要影響腸道，但該疾病的腸外表現(xiàn)往往很明顯，其中口腔就是主要受累的部位之一，口腔受累的病例可高達50%，對于兒童IBD而言可高達80%[6]。IBD患者往往具有口腔潰瘍、牙齦炎、牙周炎等非特異性炎癥表現(xiàn)[7]。人類的腸道包含一個復雜的基因庫，該基因庫源自人類腸道中1×1010個微生物群[8]，微生物群大致分為5個主要門，即厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、疣狀菌門。這些分類群的改變與腸黏膜免疫損傷有關，而口腔細菌則是導致腸道菌群改變的重要誘因之一[9]。

1 腸道菌群失調對牙周炎的影響

口腔病變在IBD患者中很常見，因為兩者都與宿主免疫反應和局部菌群失調所介導的炎癥反應息息相關[6]。學者們發(fā)現(xiàn)IBD患者牙周炎的患病率較高，IBD患者中有更多位點的臨床附著喪失≥ 4 mm[7]。在口腔衛(wèi)生的情況相似的條件下，IBD和牙周病之間的聯(lián)系也在兒童發(fā)病的IBD中被發(fā)現(xiàn)[10]。有證據(jù)顯示在IBD患者的結腸活檢中牙周致病菌具核梭桿菌(Fusobacteriumnucrelatum，F(xiàn)n)的檢出率升高，炎癥組織活檢中鑒定的Fn菌株比從對照患者健康組織中分離的Fn菌株更具侵襲性[11]。雖然IBD患者的口腔菌群組成與健康對照組之間存在差異，但這種差異在口腔生態(tài)系統(tǒng)中的原因尚不清楚，有待進一步的研究。另一方面，F(xiàn)igueredo等[12]檢測了IBD患者和對照受試者的血清、牙齦后發(fā)現(xiàn)，與對照受試者相比IBD患者齦溝液中的IL-4水平偏低，而血清中IL-18水平偏高。IBD重癥患者往往伴隨較為嚴重的牙槽骨吸收，這可能是由于齦溝液中低水平的IL-4對破骨細胞活性抑制作用受限[13]。同樣，IL-18作為炎癥因子之一，能夠激活NF-κB信號通路促進成纖維細胞及中性粒細胞、單核細胞等炎性細胞分泌基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinses，MMPs)，從而造成牙周組織的破壞[14-15]。由此，可以推斷IBD可通過腸道菌群失調產生的細胞因子與慢性牙周炎相聯(lián)系。

2 牙周炎對腸道菌群的影響

研究表明，口腔細菌能夠擴散到結腸，這在牙周炎等情況下最為明顯，其中特定的細菌，即具核素梭菌和牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonasgingivalis，Pg)占主體。在結腸中，這些細菌可以改變腸道的微生物群的組成，導致腸道生態(tài)失調[16]。

在一項平行觀察病例對照研究中，研究人員利用16S rRNA基因的高通量測序，確定并比較牙周炎患者與牙周健康對照者的腸道微生物組的組成，結果顯示牙周炎患者腸道菌群的多樣性降低并且種類發(fā)生了改變，其顯著特征是厚壁菌/擬桿菌比率增加，以及細菌門、疣狀菌和變形菌的富集[17]。動物實驗也有相似的結論：在給小鼠灌胃牙齦卟啉單胞菌10個周期后，對小鼠回腸內容物測序，顯示Pg給藥小鼠腸道菌群中厚壁菌占比55.4%、擬桿菌占比38.7%，對照組小鼠腸道菌群中厚壁菌占比72.8%、擬桿菌占比17.0%，差異具有統(tǒng)計學意義[18]。在同一作者之前的一項研究中[19]，Pg給藥小鼠的腸道菌群中厚壁菌門減少，擬桿菌門升高。在屬水平上，未分類的S24-7和普雷沃菌增加，梭狀芽孢菌減少。上述動物實驗都說明了口腔細菌腸道易位定植是引起腸道生態(tài)失調的病因之一。牙周炎患者無論牙周狀況如何，均能在個體的腸道微生物群中都檢測到大量與牙周破壞和炎癥相關的口腔菌群[20]。

牙周炎經治療炎癥得到控制后腸道菌群也發(fā)生改變。在一項動物實驗中，研究者們使用牙周基礎治療的方法治療經結扎誘導牙周炎的小鼠，牙周炎小鼠經過基礎治療后，顯示出腸屏障恢復的趨勢，研究人員又進一步分析了牙周基礎治療后小鼠腸道微生物群的變化：異桿菌、巴氏桿菌、孢子桿菌的數(shù)量明顯減少，而生殖菌和雙歧桿菌的相對豐度增加[21]。此外，一項益生菌調節(jié)腸道菌群改善牙槽骨丟失的實驗表明：在卵巢切除(OVX)大鼠中，益生菌可顯著防止炎癥性牙槽骨吸收，益生菌通過豐富的丁酸產生菌提高腸道丁酸的生成，改善了OVX大鼠的腸道屏障受損程度，降低了腸道通透性，并且由于OVX大鼠被摘除了卵巢，益生菌能夠抑制大鼠體內因雌激素分泌受限所導致的以IL-17A和TNF-α等炎性細胞因子升高為特征的炎性反應，盡管具體機制尚不清楚，但在動物模型中口服某些益生菌菌株已顯示出抑制牙槽骨丟失的有效性[22-24]。

3 牙周炎影響腸道菌群的可能途徑

3.1 腸內途徑

牙周病原微生物的毒力因子及其引起的腸道炎癥可能導致腸道通透性增強[25]。腸道屏障雖然具有多層防御，包括黏液層、緊密連接蛋白、腸道完整性和腸道免疫，但腸道防御機制受多種因素的影響，如分泌性IgA減少和免疫力普遍降低可能進一步削弱腸道屏障增加腸道通透性，導致內毒素、肽聚糖和微生物DNA等細菌產物進入腸道免疫系統(tǒng)[26]。上述細菌產物與腸細胞表面的TLR和細胞內NLR相互作用，從而觸發(fā)IL-1、IL-6、IL-8等細胞因子生成，進一步加重腸道炎性反應[27]。

此外，在生理條件下，由于受到胃酸和堿性膽汁的保護，口腔菌群很少進入腸道[28]。在健康個體中，頂葉細胞通過H+/K+ATP酶分泌H+進入胃腔，然后將主細胞分泌的胃蛋白酶原轉化為胃蛋白酶，防止口腔細菌在腸道內傳播[29]。然而，牙周炎患者的口腔菌群明顯不同于口腔健康人群，例如，Pg在牙齦炎和牙周炎患者中顯著升高，由于Pg具有耐酸性，部分Pg可通過胃進入腸道，破壞腸道內穩(wěn)態(tài)[30-31]。已有研究證實在患有與胃酸缺乏相關的胃功能障礙患者以及IBD患者中，口腔細菌在腸道定植概率顯著增加[3，32]。雖然部分口腔細菌具有耐酸性但目前還不清楚進入胃腸道的牙周病原體如何在胃酸和堿性膽汁中存活。

3.2 血液途徑

在牙周炎發(fā)生發(fā)展過程中，牙周局部炎癥一般能通過被破壞的袋上皮及附近結締組織中的膠原纖維和基質進入全身血液循環(huán)系統(tǒng)，導致菌血癥或內毒素血癥，從而擴散至全身[33]。近年來提出的“口腔-腸道-肝軸”機制[34]認為肝臟和口腔之間的聯(lián)系可能是通過受損的腸道屏障實現(xiàn)的，腸道屏障通透性增加能使口腔細菌及其產物和從口腔直接轉移到體循環(huán)，相反，牙周炎患者血液中的口腔致病菌也能透過受損的腸道屏障在腸道定植。在動物實驗性牙周炎模型的血液、心臟、肺臟、肝臟等全身器官中均檢測到了具核梭桿菌基因組DNA，這提示牙周炎時口腔細菌能通過血液進行全身的系統(tǒng)性傳播[35-37]。有研究人員在部分慢性牙周炎患者血液中發(fā)現(xiàn)變異鏈球菌血清型k菌株TW295能夠刺激肝細胞產生γ干擾素(interferon gamma，IFN-γ)，加速腸道的炎性反應，但是口服相同菌株并沒有產生相似的效果，進一步佐證口腔致病菌可通過血液循環(huán)到達腸道引發(fā)或加重腸道炎癥[38]。

3.3 IL-17/Th17免疫途徑

人體的免疫反應可以分為先天性免疫和適應性免疫，兩種免疫反應共同維持著組織穩(wěn)態(tài)，如果二者之間相互作用的平衡被打破則可能導致慢性炎癥和自身免疫，這被認為是免疫介導炎癥性疾病(immune mediated inflammatory diseases，IMIDs)發(fā)生和進展的主要潛在原因，其中Th17細胞及其關鍵細胞因子IL-17在適應性免疫反應中發(fā)揮了關鍵作用[39]。白細胞介素17(interleukin-17，IL-17)是一種高度通用的促炎性細胞因子，對宿主防御、組織修復、炎癥疾病發(fā)病機制等多種過程至關重要[40]。有動物實驗通過酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)分析了來自小鼠腸系膜淋巴結、腹股溝淋巴結和脾臟的PMA/離子霉素刺激的淋巴細胞培養(yǎng)上清液中IL-17的水平，與對照組小鼠相比，Pg給藥小鼠產生的IL-17數(shù)量顯著增加，由此證實Pg可升高小鼠全身炎癥細胞因子水平，并在腸系膜淋巴結中誘導Th17反應[27]。其次，菌群失調被認為是誘導屏障組織產生保護性免疫反應的主要因素，牙周炎癥產生的大量口腔細菌在腸道中富集，并且其毒性產物和局部組織產生的促炎因子，如TNF-α、IL-1β等能刺激腸道屏障產生免疫反應，其中以IL-17影響最為顯著[41]。但與此同時有學者發(fā)現(xiàn)雖然在動物模型中，IL-17與牙周感染關系密切，但Th17細胞在人類中的生理作用并不明顯[42]。動物模型和人體生理之間的差異可能與實驗小鼠自身微生物的可控性以及所處實驗環(huán)境的清潔程度有關，在實驗室中抗原暴露的程度較低，但是人體是持續(xù)處在復雜的微觀環(huán)境中的，所以兩者實驗結果會存在差異[43-44]，即便如此，多組牙周炎患者的齦溝液中也記錄到IL-17升高[44]。這些結果表明，腸道菌群失調和由此產生的內毒素血癥和以Th17主導的腸道免疫反應可能是慢性牙周炎和全身系統(tǒng)性疾病之間關聯(lián)的機制。

4 腸道菌群失調影響牙周炎的可能途徑

4.1 微生物途徑

IBD引起的全身炎癥是否會導致口腔菌群的改變，從而導致生態(tài)失調，加劇口腔炎癥，目前并沒有確切的報道，但是已有研究證實一些慢性炎癥性疾病如糖尿病、系統(tǒng)性紅斑狼瘡或類風濕性關節(jié)炎均能響口腔菌群的組成[45-47]。此外，有學者構建了兩種結腸炎小鼠模型[48]，一種是用葡聚糖硫酸鈉誘導小鼠結腸炎癥，另一種則是用檸檬酸桿菌使小鼠發(fā)生結腸炎。研究人員們在兩組模型中均發(fā)現(xiàn)小鼠的唾液和口腔黏膜的微生物群落產生了改變，其中主要產生變化的是螺旋體、雙變形菌和乳酸菌；它們在舌體上減少，在唾液中反而增加。有研究分析了未患有IBD的牙周炎患者和患牙周炎的IBD患者牙周袋內的微生物群，結果顯示IBD患者牙周袋內細粒彎曲桿菌和齒垢密螺旋體的水平更高，而且牙周破壞程度更嚴重[49]。

4.2 免疫途徑

IBD是一種由局部微生物失調及免疫穩(wěn)態(tài)失衡共同引起的腸道慢性炎癥，雖然IBD是一種系統(tǒng)性疾病，主要影響腸道，但并不局限于腸道。該疾病通常伴隨著大量腸外表現(xiàn)(extraintestinal manifesta-tions，EIM)，例如，關節(jié)炎、葡萄膜炎、牙齦炎、牙周炎、口炎等[50]。EIM的發(fā)病機制并不明確，但據(jù)目前的研究可知EIM的發(fā)生與腸道疾病發(fā)病過程中交叉反應有關[51]?？乖慕徊娣磻允侵府斖庠纯乖c自身抗原結構相似時，就會觸發(fā)自身免疫反應[52]。當腸道處于炎癥狀態(tài)時，腸道中的Th1/Th17淋巴細胞被激活，然后進入滑膜組織中觸發(fā)炎癥反應[50]。EIM也可能是簡單地從促炎狀態(tài)發(fā)展而來的，它會導致特定的細胞和趨化因子的上調，從而導致宿主免疫失調[4，12]。在IBD中，抗原提呈細胞與T輔助細胞的相互作用導致巨噬細胞的激活，活化的巨噬細胞產生廣泛活躍的炎癥細胞因子，包括腫瘤壞死因子[53]。TNF還可以通過NF-κB通路進一步增強炎癥反應，從而導致各種白細胞介素、細胞和趨化因子的上調[54]。

5 小 結

綜上所述，將牙周炎與腸道狀況聯(lián)系起來的機制包括共同的風險因素、口腔細菌的直接作用以及炎癥介質的影響。根據(jù)目前的研究我們了解到口腔微生物群可能對胃腸系統(tǒng)的健康有很大影響。事實上，無論牙周狀態(tài)如何，口腔細菌都可以通過吞咽進入腸道微生物群，但在宿主患有牙周炎癥時大量的口腔細菌會在腸道中定植。我們推測口腔細菌是通過腸內途徑、血液途徑、IL-17/Th17免疫途徑在腸道中聚集，而疾病的嚴重程度和宿主的遺傳易感性也會促進口腔細菌的異位定植。然而，這方面的研究仍處于起步階段，需要進一步研究才能得出確切的結論。不僅如此，進入胃腸道的Pg如何在胃酸和堿性膽汁中存活、調節(jié)口腔和結腸黏膜間免疫細胞遷移的機制也有待進一步闡明。不過，良好的口腔衛(wèi)生、牙周治療、益生元和益生菌可能有助于改善口腔致病菌引起的胃腸道疾病，這為牙周炎和腸道菌群失調引起的腸道疾病或全身性疾病的預防和治療提供了新的研究方向。