變異鏈球菌與白色念珠菌相互作用在齲病發(fā)生中的研究進(jìn)展

李?yuàn)檴?楊芳

1.青島大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院 青島 266003；2.青島市市立醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)中心 青島 266071

齲病是一種常見(jiàn)的生物膜性疾病[1]，如不及時(shí)治療，會(huì)影響患者的咀嚼功能、社會(huì)心理環(huán)境及生活質(zhì)量。變異鏈球菌（Streptococcus mutans，S.mutans）具有極強(qiáng)的產(chǎn)酸性及胞外合成葡聚糖能力，被認(rèn)定為致齲菌[2]。有大量口腔微生物參與齲發(fā)生[3-4]，這些微生物之間存在著復(fù)雜的相互作用[5]。Raja等[6]發(fā)現(xiàn)：96%的患齲兒童口腔中可以檢測(cè)出白色念珠菌（Candida albicans，C.albicans），而在健康個(gè)體中只有24%，因此齲齒的發(fā)生可能與C.albicans有關(guān)。研究[7]發(fā)現(xiàn)S.mutans和C.albicans之間存在復(fù)雜的相互作用。本文就這兩種細(xì)菌致齲機(jī)制、相互關(guān)系及抗混合生物膜治療作一綜述。

1 S.mutans和C.albicans的致齲作用

S.mutans是革蘭陽(yáng)性兼性厭氧菌，是幼兒齲?。╡arly childhood caries，ECC）的關(guān)鍵病原體，具有產(chǎn)酸、耐酸以及形成生物膜等多種毒力特征，可有效催化葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（glucosyltransferase，GTF）將膳食蔗糖轉(zhuǎn)化為胞外葡聚糖（exopolysaccharides，EPS），成為口腔中胞外多糖主要生產(chǎn)者。當(dāng)牙齒表面暴露在蔗糖中時(shí)，S.mutans可通過(guò)多種方式產(chǎn)生致齲作用。1）S.mutans浮游細(xì)胞產(chǎn)生GTF，利用蔗糖合成細(xì)胞外基質(zhì)，將其包裹于其中形成物理化學(xué)性能穩(wěn)定的生物膜[2]，生物膜結(jié)構(gòu)促進(jìn)了S.mutans與其他微生物（如牙齦卟啉單胞菌、鏈球菌、梭桿菌）在牙齒表面的定植，進(jìn)一步形成生物膜的支架核心或基質(zhì)，同時(shí)為自身代謝提供碳源，有利于繁殖以及混合生物膜的形成[7-8]。2）S.mutans代謝糖類產(chǎn)酸，使環(huán)境酸度降低，并降低唾液的緩沖能力，成為低pH環(huán)境下的優(yōu)勢(shì)菌[9-10]。此外，EPS基質(zhì)作為一種限制擴(kuò)散的屏障，可加速生物膜牙齒界面酸性微環(huán)境的形成，這種通過(guò)調(diào)節(jié)糖代謝途徑以及在酸性環(huán)境中生存的能力是S.mutans致病的關(guān)鍵機(jī)制。3）與其他微生物共聚時(shí)，S.mutans依靠分泌化學(xué)信號(hào)分子來(lái)監(jiān)測(cè)菌群密度并調(diào)控生理功能[11]，在基因和信號(hào)分子的協(xié)同作用下增殖、擴(kuò)散到其他部位。

C.albicans是人類陰道、呼吸道、口腔等器官黏膜的常駐菌之一，是口腔內(nèi)最主要的念珠菌種[12-13]。C.albicans是革蘭陽(yáng)性兼性厭氧菌，可在酵母、假菌絲和菌絲3種細(xì)胞形態(tài)相互轉(zhuǎn)換[14]。酵母與菌絲生長(zhǎng)形態(tài)的轉(zhuǎn)換與其致病性密切相關(guān)。菌絲有助于C.albicans高效攝取營(yíng)養(yǎng)，而其優(yōu)異的黏附能力也是C.albicans定植和致病[15]的關(guān)鍵因素之一。C.albicans能分泌甘露糖蛋白，與黏膜表面的糖蛋白受體結(jié)合，使酵母相細(xì)胞黏附于黏膜表面。當(dāng)人體免疫能力下降時(shí)，C.albicans成為機(jī)會(huì)性病原體，由酵母相變?yōu)榫z相，大量攝取營(yíng)養(yǎng)并繁殖、黏附于機(jī)體黏膜表面，引起相應(yīng)疾病[16]。C.albicans與齲病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，在兒童中尤為明顯[17-18]。Raja等[6]的研究顯示：兒童齲病的發(fā)生與C.albicans攜帶率呈正相關(guān)。Xiao等[19]發(fā)現(xiàn)：患有嚴(yán)重ECC的兒童很可能是由他們的母親傳染的，因?yàn)檫@些兒童的母親具有非常高的C.albicans檢出率。Klinke等[17]在一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)中證明：C.albicans能以較高的速率引起大鼠晚期齲。Falsetta等[20]發(fā)現(xiàn)：C.albicans可通過(guò)促進(jìn)齲病生物膜的形成引起猛性齲的發(fā)生。

2 S.mutans與C.albicans協(xié)同致齲作用

在ECC中，S.mutans和C.albicans常共存于菌斑生物膜中[21-22]。Sztajer等[18]發(fā)現(xiàn)：S.mutans和C.albicans可形成混合生物膜，且其生物膜量、活菌量明顯高于單菌種。Klinke等[17]在一項(xiàng)于嚙齒類動(dòng)物模型上進(jìn)行的研究表明：相對(duì)于單一感染C.albicans或S.mutans的大鼠，同時(shí)感染C.albicans與S.mutans大鼠的齲病發(fā)病速度明顯增加。C.albicans與S.mutans的共生作用以生物膜為媒介，其作用機(jī)制與以下因素有關(guān)。

2.1 GTF

S.mutans在代謝過(guò)程中可產(chǎn)生細(xì)胞外GTF，而GTF衍生的EPS是跨界生物膜發(fā)育的關(guān)鍵中介，它們與C.albicans的共存可誘導(dǎo)S.mutans毒力基因的表達(dá)。Falsetta等[20]在一項(xiàng)體外和體內(nèi)共同培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)：C.albicans可顯著提高S.mutans的EPS產(chǎn)量，并誘導(dǎo)gtfB、fabM等毒力基因的表達(dá)，使生物膜量顯著增加。Hwang等[23]使用原子力顯微鏡探索GtfB與C.albicans相互黏附作用的強(qiáng)度和結(jié)合力，發(fā)現(xiàn)二者之間存在較大的作用力。C.albicans分泌產(chǎn)生甘露糖集聚于自身細(xì)胞外壁為S.mutans分泌產(chǎn)生的外生酶GtfB提供結(jié)合位點(diǎn)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，調(diào)節(jié)跨界生物膜的發(fā)育。這種共生作用，可促使EPS大量產(chǎn)生，形成致密混合生物膜，同時(shí)也為這兩種微生物提供大量碳源，加速微生物繁殖，使混合生物膜中生物量明顯多于單菌種生物量。由此推測(cè)，S.mutans與C.albicans的共存可能加速齲病的進(jìn)展或引起復(fù)發(fā)。

2.2 蔗糖

蔗糖的存在有助于C.albicans與S.mutans混合生物膜的形成。缺乏蔗糖時(shí)，C.albicans與S.mutans幾乎沒(méi)有物理黏附[24]；而蔗糖存在時(shí)，兩者之間的黏附作用顯著增強(qiáng)[16,25]。Marsh等[24]發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌可以代謝蔗糖產(chǎn)酸，有利于致齲性微生物的生長(zhǎng)以及EPS的產(chǎn)生。蔗糖是混合生物膜形成的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，當(dāng)蔗糖濃度增加時(shí)，pH值顯著減小，有利于致齲菌產(chǎn)生生物膜并增強(qiáng)脫礦作用。與相等濃度的葡萄糖和果糖相比，蔗糖顯著加劇了釉質(zhì)礦物質(zhì)的流失[26-27]。

2.3 SigX因子

SigX是S.mutans群體感應(yīng)的主要調(diào)控因子。Sztajer等[18]將S.mutans與C.albicans共同培養(yǎng)以探索二者間的跨界信號(hào)交流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：SigX在混合生物膜中有較強(qiáng)的誘導(dǎo)作用，而在單菌種生物膜中較弱或無(wú)作用。此外，雙菌種生物膜培養(yǎng)基能夠激活SigX，而且這兩種微生物均能從混合生物膜的生長(zhǎng)中獲益。該結(jié)果提示：未來(lái)齲病的治療可從考慮阻斷二者之間的SigX信號(hào)交流入手。

2.4 非生物膜因素

非生物膜因素也參與S.mutans和C.albicans之間的相互作用。麥角甾醇是C.albicans細(xì)胞膜的組成成分，可發(fā)揮毒力功能。王崢等[25]發(fā)現(xiàn)：將C.albicans的麥角甾醇合成通路突變株與S.mutans共培養(yǎng)，S.mutans生長(zhǎng)能力及毒力顯著增強(qiáng)；繼而使用抗真菌藥物氟康唑抑制麥角甾醇通路后，可見(jiàn)其促進(jìn)生長(zhǎng)作用受阻。該研究提示：氟康唑有成為齲病防治新型藥物的潛能，可以進(jìn)一步研究。

3 S.mutans與C.albicans的相互抑制作用

C.albicans分泌的群體感應(yīng)分子法尼醇[28]可影響細(xì)胞黏附、生物膜構(gòu)建及生物膜細(xì)胞的離散。Fernandes等[29]發(fā)現(xiàn)：該信號(hào)分子對(duì)S.mutans的生長(zhǎng)有一定的抑制作用。該研究采用定量方法評(píng)價(jià)法尼醇對(duì)2種菌形成的單一和混合物種生物膜的影響，觀察到2類生物膜的總生物量和代謝活性顯著降低。但Kim等[21]學(xué)者發(fā)現(xiàn)：法尼醇可雙向影響S.mutans生長(zhǎng)，低水平的法尼醇能促進(jìn)S.mutans菌落擴(kuò)大，而高濃度時(shí)會(huì)限制其生長(zhǎng)。目前法尼醇在2種菌的跨界信號(hào)交流中的作用依然存在爭(zhēng)議。Willems等[22]發(fā)現(xiàn)：C.albicans可通過(guò)抑制S.mutans產(chǎn)酸以延緩牙體硬組織的脫礦。Barbosa等[30]發(fā)現(xiàn)：S.mutans的培養(yǎng)濾液可明顯抑制C.albicans的數(shù)量及菌絲態(tài)的形成，提示S.mutans可以分泌某些物質(zhì)來(lái)調(diào)控C.albicans的形態(tài)并降低其致齲性。

4 具有抗S.mutans和C.albicans生物膜活性的化合物

近年來(lái)，許多學(xué)者報(bào)道了與抑制口腔S.mutans和C.albicans生長(zhǎng)有關(guān)的化合物，這些抑菌方法在不同的作用模式下展現(xiàn)出良好的抑制效果。

4.1 抑制生物膜形成

一些化合物和技術(shù)具有抑制生物膜的功效。在抗生物膜的研究中，氯己定（一種廣泛應(yīng)用于控制菌斑和念珠菌感染的活性劑）受到越來(lái)越多的關(guān)注[31]。低濃度的氯己定與順式-2-癸烯酸聯(lián)合使用后，能夠有效分散S.mutans與C.albicans形成的單菌種及雙菌種生物膜[32]；氯己定葡萄糖酸鈉聯(lián)合酪醇在抗二者單一和混合生物膜方面也表現(xiàn)出良好的效果[33]。除了抗菌劑外，一些化合物，如一種可釋放氟的義齒樹(shù)脂對(duì)S.mutans與C.albicans也顯示出很好的生物活性反應(yīng)。以甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸羥乙酯和聚甲基丙烯酸甲酯為單體的共聚物通過(guò)限制生物膜的生長(zhǎng)顯示出控制疾病的潛力[34]。除了化合物外，光動(dòng)力療法作為新型抗菌療法可以利用光和光敏劑產(chǎn)生的光動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)行疾病診斷和治療，在抗生物膜中也有積極的作用。Fumes等[35]發(fā)現(xiàn)：光動(dòng)力療法對(duì)C.albicans生物膜無(wú)明顯影響，但對(duì)S.mutans微生物膜具有抑制作用。Trigo-Gutierrez等[36]以C.albicans、光滑念珠菌和S.mutans多物種生物膜為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)光敏劑氯鋁酞菁在陽(yáng)離子納米乳液中的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可致生物膜光失活，降低菌落計(jì)數(shù)。從目前的研究來(lái)看，光動(dòng)力抗菌技術(shù)在S.mutans和C.albicans生物膜感染管理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

還有一些抑制劑通過(guò)增強(qiáng)抗菌劑的活性實(shí)現(xiàn)對(duì)生物膜的抑制。細(xì)胞外多糖抑制劑聚維酮碘與抗真菌藥物氟康唑聯(lián)合使用可有效抑制α-葡聚糖的合成，從而抑制C.albicans與S.mutans混合生物膜的形成，提示碘衍生物的加入可提高氟康唑的療效[37]。此外，噻唑烷二酮-8能夠破壞各種微生物的生物膜形成，包括S.mutans與C.albicans兩者的混合生物膜[38]。

4.2 抑制細(xì)菌/真菌病原體活性

一些藥物可通過(guò)抑制S.mutans與C.albicans活性從而控制生物膜形成。Elshinawy等[39]發(fā)現(xiàn)：殼聚糖、納米銀和臭氧化橄欖油對(duì)S.mutans和C.albicans具有抗菌活性，這3種藥物聯(lián)合應(yīng)用具有抑制混合生物膜的潛力，且安全性良好。另外，幾種合成化合物，如氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷基三甲基銨和植物松油素-4-醇也顯示出對(duì)S.mutans與C.albicans顯著的抑菌活性。

另有一些化合物同時(shí)具有抗菌和抗生物膜的特點(diǎn)，如六氮化硼納米顆粒對(duì)S.mutans同時(shí)具有抗菌和抗生物膜的活性[40]。

5 小結(jié)

盡管醫(yī)學(xué)界和科學(xué)界作出了巨大努力，齲病仍是嚴(yán)重的口腔問(wèn)題之一。微生物之間的相互作用是齲病發(fā)病機(jī)制中的重要因素。S.mutans和C.albicans相互作用的致齲機(jī)制及混合生物膜治療已得到廣泛研究，治療方法如光動(dòng)力療法，以及具有抗生物膜活性的化合物等揭示了不同的抗菌潛能和應(yīng)用前景。未來(lái)仍需更多深入的體內(nèi)和臨床研究，以便有針對(duì)性地預(yù)防并治療齲病及其他口腔感染性疾病。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。