牙周致病菌促進心血管疾病發(fā)生發(fā)展的分子機制研究進展

駱凱華， 彭顯， 李繼遙

1. 口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(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. 口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，四川 成都（610041）

牙周炎是一種多因素的慢性細菌感染性疾病，其特征是牙支持組織，包括牙齦、牙周韌帶和牙槽骨等牙周組織完整性的進行性破壞。牙周炎和心血管疾病均有很高的發(fā)病率，并且擁有許多共同的危險因素。但當(dāng)兩種疾病發(fā)生在同一個體身上時，很難評估這兩種疾病之間的相關(guān)或因果關(guān)系。盡管如此，越來越多的流行病學(xué)證據(jù)顯示，牙周炎患者（包括接受牙周治療的患者)罹患心血管疾病的風(fēng)險顯著增加［1］。雖然臨床上已經(jīng)觀察到牙周炎和心血管疾病之間存在密切相關(guān)性，但連接這兩種疾病的詳細機制尚未闡明。牙周致病菌作為牙周炎的始動因子，近年來在心血管疾病病變部位的檢出［2］，進一步印證了牙周炎與心血管疾病之間的潛在關(guān)系，且牙周致病菌在其中扮演了重要的角色。本文對牙周致病菌促進心血管疾病發(fā)生發(fā)展的可能機制進行了綜述。

1 牙周炎相關(guān)病原體直接或間接入侵心血管系統(tǒng)

在牙周炎患者中，細菌能夠在齦溝或牙周袋中聚集，在某些情況下（如牙周治療等）可以通過損傷的上皮進入血液循環(huán)，由此導(dǎo)致菌血癥的發(fā)生。一項納入了9 項觀察性研究的綜述顯示，在牙周手術(shù)后，219 例患者中有106 例（49.4%）存在菌血癥［3］。Castillo 等［4］在患者行牙周治療干預(yù)后，利用分子鑒定的方法檢測到外周血中存在特異性牙周病原體的患者比例為54.8%，而治療干預(yù)前僅為16.6%。牙齦卟啉單胞菌、伴放線放線桿菌及一些鏈球菌是采取口腔衛(wèi)生措施或牙周治療后血液中檢測到最常見的的致病菌［4-5］。牙周致病菌除了能夠直接進入血液外，還能夠通過間接入侵宿主細胞（主要是吞噬細胞和樹突狀細胞）的方式，由宿主細胞轉(zhuǎn)運至心血管系統(tǒng)［6］。這些吞噬了牙周致病菌的宿主細胞能夠在心血管系統(tǒng)與黏膜的界面大量聚集，從而間接地通過體循環(huán)的方式將細菌運送到身體遠端。因此，牙周致病菌在血液中或在吞噬細胞的胞內(nèi)及胞外循環(huán)，隨后沉積在心血管疾病病變部位，尤其是粥樣硬化斑塊的各個部位［2］。

牙周致病菌侵入內(nèi)皮細胞并進入血液的間接證據(jù)主要來自于粥樣硬化斑塊中牙周致病菌DNA的鑒定。近年來，大量研究在粥樣硬化病變中檢測到了不同細菌的DNA［7］。在小鼠體內(nèi)將粥樣硬化斑塊中存在的口腔細菌與小鼠齦溝液中的細菌及對應(yīng)的牙周狀況相匹配，一定程度上證明了兩者間的相關(guān)性［8］。盡管在動脈粥樣硬化病變中發(fā)現(xiàn)了大量不同種類的口腔細菌，但很少有研究報道能夠從動脈粥樣硬化斑塊樣本中成功分離培養(yǎng)出如牙齦卟啉單胞菌、伴放線放線桿菌等牙周致病菌活菌。因此，需要更多的研究來闡釋微生物在動脈粥樣硬化斑塊形成中的機制和影響能力，以及驗證這些檢出的牙周致病菌DNA 是否來自于牙周局部。

牙周病原體也可直接入侵包括心血管系統(tǒng)在內(nèi)的器官和組織。例如，Louhelainen［9］等發(fā)現(xiàn)約40%的心包炎患者的心包液中存在牙周病原體。牙齦卟啉單胞菌是眾多牙周病原體中入侵作用最顯著的細菌之一。在實驗室培養(yǎng)過程中，它能夠入侵多種人類血管細胞，牙齦卟啉單胞菌感染人主動脈內(nèi)皮細胞還可誘導(dǎo)促凝血作用［10-11］。最近的研究提供了某些牙周細菌在心臟組織中存在的證據(jù)，這些細菌的存在能夠?qū)π姆亢托募〗M織造成不同程度的炎癥影響［12-13］。

2 牙周致病菌相關(guān)毒力因子與內(nèi)毒素血癥

某些牙周致病菌的毒力因子不僅能加速上皮黏膜屏障的破壞，還可經(jīng)由破壞的上皮屏障入血，進一步引發(fā)內(nèi)毒素血癥與全身的炎癥反應(yīng)。例如牙齦卟啉單胞菌分泌的蛋白酶牙齦素可降解連接黏附分子1（junctional adhesion molecule 1，JAM1）、E-鈣黏蛋白等增加上皮屏障的通透性，提高了細菌及其產(chǎn)物如脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和肽聚糖（peptidoglycan，PGN）等局部侵襲及擴散至外周血的能力［14］。臨床研究也表明，重度牙周炎患者血清中，LPS 水平升高，且由此引發(fā)的內(nèi)毒素血癥隨牙周炎嚴(yán)重程度的增加而加重［15］。牙周局部炎癥程度、齦下菌斑的微生物負擔(dān)，均是內(nèi)毒素血癥的危險因素。Liljestrand 等［16］通過測定505 名成年人的唾液和血清LPS 活性，并與相應(yīng)的冠狀動脈造影結(jié)果進行線性回歸分析，結(jié)果表明，包含牙齦卟啉單胞菌、伴放線放線桿菌在內(nèi)的11 株細菌的水平與唾液LPS 水平顯著相關(guān)，且內(nèi)毒素血癥與心血管疾病顯著相關(guān)，說明LPS 可能是牙周炎與心血管疾病之間的分子媒介。血液循環(huán)中牙周致病菌相關(guān)毒力因子如LPS 水平的升高與全身炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、脂代謝都存在一定的聯(lián)系，由此加劇高脂血癥與動脈粥樣硬化的病理進程，最終影響心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。

此外，入侵血液循環(huán)中的牙周致病菌在與內(nèi)皮細胞、免疫細胞相互作用的同時，細菌相關(guān)毒力因子如菌體表面的菌毛、LPS、分泌的蛋白酶等也能夠通過干擾內(nèi)皮細胞及血管平滑肌功能、促進泡沫細胞及不穩(wěn)定斑塊形成，從而促進動脈粥樣硬化進程，促進心血管疾病的發(fā)生與發(fā)展［17］。

3 牙周炎與心血管疾病關(guān)聯(lián)的分子機制

3.1 全身炎癥狀態(tài)、脂代謝與氧化應(yīng)激

在牙周炎狀態(tài)下，牙周致病菌通過直接或間接的方式進入血液循環(huán)能夠引發(fā)菌血癥，并有可能于機體遠端定植，甚至可以誘發(fā)全身的炎癥反應(yīng)。多項研究表明，牙周炎患者全身炎癥介質(zhì)水平升高，如C 反應(yīng)蛋白、pentaxin-3 和纖維蛋白原等［18］。而在積極的牙周治療干預(yù)下，這些系統(tǒng)性炎癥生物標(biāo)志物能夠明顯下調(diào)［19］。Hajishengallis［20］提出：牙周炎患者紊亂的口腔菌群，不僅可以介導(dǎo)局部炎癥狀態(tài)，同時也能夠影響到身體遠端的全身炎癥反應(yīng)狀態(tài)。O’boyle 等［21］通過動物實驗證明了結(jié)扎誘導(dǎo)的實驗性牙周炎能夠誘發(fā)全身性的炎癥狀態(tài)。Richardson 等［22］研究也證明了身體局部的感染因子可以導(dǎo)致炎癥的激活，并加速高膽固醇血癥兔子的動脈粥樣硬化病理進程。因此，由牙周局部炎癥狀態(tài)或血液循環(huán)內(nèi)的牙周致病菌所導(dǎo)致的全身炎癥狀態(tài)，被認為是牙周炎和心血管病之間一種可能的聯(lián)系機制。

此外，全身炎癥程度通常決定牙周炎和心血管病的易感性和預(yù)后。一項橫斷面研究表明，牙周炎癥和頸動脈炎癥在心血管疾病患者中并存時，全身炎癥的程度是預(yù)后的重要評估因子［23］。Leira 等［24］研究指出，在心血管疾病患者中，牙周炎導(dǎo)致的全身炎癥狀態(tài)能夠進一步導(dǎo)致內(nèi)皮功能受損，由此造成動脈粥樣硬化風(fēng)險升高。體外實驗表明，反復(fù)暴露于牙齦卟啉單胞菌可以誘導(dǎo)人冠狀動脈內(nèi)皮細胞促炎分子和血管收縮分子的激活上調(diào)，從而導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙［25］。

牙周細菌及其產(chǎn)物還能夠通過影響脂質(zhì)代謝，例如對脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)修飾，或者通過激活炎癥通路間接影響脂質(zhì)合成與修飾，從而影響全身的炎癥狀態(tài)，進一步造成炎癥細胞向心血管系統(tǒng)病變部位募集，增加動脈粥樣硬化斑塊的硬化程度［3］。研究表明，牙周炎能夠?qū)е聶C體甘油三酯、氧化型低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白的血清水平升高［26］。在牙周炎患者中，全身炎癥狀態(tài)引起的氧化應(yīng)激干擾了正常的脂代謝過程，同時由牙周致病菌釋放的毒力因子也可影響內(nèi)源性脂代謝［26］。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是脂質(zhì)途徑過氧化的重要產(chǎn)物，已被證明在冠心病發(fā)展過程的內(nèi)皮功能損傷中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎患者的唾液和血清MDA 水平高于健康受試者，而C反應(yīng)蛋白是唾液和血清MDA 水平增加的顯著預(yù)測因子［27］。前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9（proprotein convertase subtilisin/kexin type 9, PCSK9）在調(diào)節(jié)循環(huán)低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）膽固醇水平中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Miyazawa 等［28］動物研究發(fā)現(xiàn)，牙齦卟啉單胞菌可上調(diào)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白，促進PCSK9 的表達。同樣地，牙周炎患者血清的PCSK9 表達水平上升［29］。牙齦卟啉單胞菌誘導(dǎo)的PCSK9 的上調(diào)可能與Toll 樣受體的激活和腫瘤壞死因子α（tumour necrosis factor-α, TNF-α）的分泌有關(guān)［30］。

此外，隨著循環(huán)炎癥水平的上調(diào)，免疫細胞的活化將釋放大量的活性氧，導(dǎo)致氧化應(yīng)激。研究顯示，牙周炎患者血清和唾液的總抗氧化狀態(tài)（total oxidant status，TOS）和氧化應(yīng)激指數(shù)（oxidant stress index，OSI）升高［31］，同時齦溝液、唾液和外周血中的氧化應(yīng)激相關(guān)標(biāo)志物如髓過氧化物酶、還原型輔酶Ⅱ、氧化低密度脂蛋白（oxidative-LDL，Ox-LDL）水平均升高［32］。Ox-LDL 與LPS 對巨噬細胞的促炎功能還具有協(xié)同作用。這種協(xié)同作用引起的局部微環(huán)境改變可能正反饋調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激，增加LDL 的氧化修飾。在LPS 等牙周致病菌的毒力因子作用下，過量的活性氧帶來的脂質(zhì)過氧化將促進細胞鐵死亡，引起巨噬細胞的胞內(nèi)脂質(zhì)堆積和血管炎癥加重［17］。最新研究還發(fā)現(xiàn)，牙齦卟啉單胞菌還能通過調(diào)節(jié)控制晝夜節(jié)律的時鐘基因BMAL1，以反饋調(diào)節(jié)的方式增強下游的NF-κB 信號轉(zhuǎn)導(dǎo), 提高主動脈內(nèi)皮細胞的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，從而加速動脈粥樣硬化進程［26］。而牙周治療干預(yù)則能夠一定程度上改善脂質(zhì)分布，降低總膽固醇、血清低密度脂蛋白和氧化低密度脂蛋白等，通過改善脂質(zhì)的代謝從而減輕全身炎癥反應(yīng)［19］。

3.2 分子擬態(tài)

分子擬態(tài)是感染或化學(xué)制劑誘導(dǎo)自身免疫的主要機制之一。由于外來多肽和自身多肽之間存在相似性而誘發(fā)的自體反應(yīng)的T 細胞或B 細胞的激活，從而導(dǎo)致組織損傷或自身免疫反應(yīng)。分子擬態(tài)和自身免疫被認為是聯(lián)系牙周炎與動脈粥樣硬化的可能機制，而牙周致病菌的產(chǎn)物如LPS、熱休克蛋白（heat shock protein，HSPs）以及牙齦卟啉單胞菌的牙齦素是心血管組織中自我免疫反應(yīng)的潛在靶點。

有研究表明，牙齦卟啉單胞菌的LPS 能夠誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細胞（human umbilical vein endothelial cell，HUVECs）的細胞間黏附分子-1 和血管細胞黏附分子-1 的表達，顯著增強炎癥細胞的跨內(nèi)皮遷移［33］。部分牙周炎患者血清中還可出現(xiàn)高水平的由牙齦素和磷酸甘油酸激酶誘導(dǎo)產(chǎn)生的抗心磷脂/β2 糖蛋白1 抗體。β2 糖蛋白1 可以調(diào)控血小板的聚集，影響內(nèi)皮功能和動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展［17］。此外，許多牙周致病菌都能夠表達人熱休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）的同源物，如牙齦卟啉單胞菌的HSP60/65 同源物（也稱GroEL 蛋白）能夠與宿主內(nèi)源性HSPs 發(fā)生交叉反應(yīng)，誘導(dǎo)宿主體液免疫和細胞免疫反應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)皮損傷加重［34］。Huang 等［35］證明了牙齦卟啉單胞菌的Gro-EL 蛋白能夠通過上調(diào)Toll 樣受體4 的表達調(diào)控內(nèi)皮細胞的動脈粥樣硬化。Wu 等［36］認為牙齦卟啉單胞菌的GroEL 蛋白還能通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）和血管內(nèi)皮細胞鈣粘連蛋白（VE-cadherin）的表達水平，加劇HUVECs 的內(nèi)皮功能障礙，并通過激活caspase-335 誘導(dǎo)細胞凋亡。此外，GroEL 蛋白在動脈粥樣硬化的發(fā)病過程中可能還具有誘導(dǎo)天然低密度脂蛋白氧化的能力［37］。

3.3 載脂蛋白E

載脂蛋白E（apolipoprotein E，APOE）是除LDL外脂蛋白的重要組成部分，參與了甘油三酯和膽固醇在各種組織中的再分配。APOE 與其他載脂蛋白相似，在血液循環(huán)時有助于穩(wěn)定和溶解脂蛋白，其在脂質(zhì)代謝中的作用包括維持脂蛋白結(jié)構(gòu)的完整性和作為脂蛋白受體的配體。

因此，APOE 基因敲除的小鼠模型因而也常用于牙周炎與心血管疾病的關(guān)系研究。利用APOE基因敲除小鼠模型，進一步證明了牙周致病菌能夠加速APOE 小鼠的動脈粥樣硬化，且致病菌及其產(chǎn)物能夠從口腔菌群轉(zhuǎn)移到動脈粥樣硬化斑塊中［38］。

APOE 基因具有多態(tài)性，其等位基因APOE4 被認為是免疫炎癥相關(guān)因子，也是心血管疾病的危險因子。然而，目前僅有少量的研究報道了APOE基因的多態(tài)性對口腔疾病個體的影響及其與心血管風(fēng)險的關(guān)系［39］。一項研究顯示，APOE4 在無牙人群中發(fā)現(xiàn)的頻率明顯高于有牙人群［40］。Pereira等［41］提出APOE4 與循環(huán)膽固醇、LDL 和促炎細胞因子水平升高有關(guān)。而循環(huán)中LDL 水平的升高更有利于ox-LDL 的形成，激活內(nèi)皮細胞和血管炎癥反應(yīng)，最終導(dǎo)致單核-巨噬細胞的招募和分化，加速動脈粥樣硬化進程。另有一項研究指出了APOE4患者相比于APOE4等位基因缺失的患者，口腔內(nèi)放線菌屬水平下降，提示可能存在的口腔菌群紊亂［42］。

然而，目前尚沒有研究評估APOE4 等位基因?qū)ρ乐苎谆颊叩男难芗膊★L(fēng)險的研究，需要進一步的研究證明APOE4 等位基因在牙周炎及心血管疾病之間的聯(lián)系機制。

4 小 結(jié)

牙周炎和心血管疾病是非常普遍的健康問題，且擁有許多共同的危險因素。本文回顧了近年來兩者的相關(guān)研究，證實牙周炎與心血管疾病之間的潛在相關(guān)性。為了評估牙周致病菌在兩種疾病之間扮演的角色，筆者基于大量的實驗性研究總結(jié)了牙周炎相關(guān)牙周致病菌促進心血管疾病發(fā)生發(fā)展的分子機制：牙周炎相關(guān)病原體及其產(chǎn)物的入侵，及由此引發(fā)的全身炎癥狀態(tài)、脂代謝與氧化應(yīng)激是目前被廣泛接受的聯(lián)系兩種疾病關(guān)系的可能機制，而分子擬態(tài)學(xué)說以及載脂蛋白E 在牙周炎與心血管疾病的內(nèi)在相關(guān)性還需要進一步的研究去探討。

【Author contributions】Luo KH and Peng X wrote the article. Li JY reviewed the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.