牙齦卟啉單胞菌與常見非腫瘤性疾病的研究進展*

買熱拍提·買明，熱孜萬姑麗·亞森 綜述，郭治辰，龔忠誠△ 審校

(1.新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院口腔頜面腫瘤外科，烏魯木齊 830054；2.新疆維吾爾自治區(qū)口腔醫(yī)學研究所，烏魯木齊 830054；3.西安交通大學口腔醫(yī)院，西安 710004)

牙齦卟啉單胞菌(P.gingivalis)口外感染方面的相關研究最早可追溯至19世紀80年代，其證實了P.gingivalis涉及多種系統(tǒng)性疾病，如心血管疾病、神經系統(tǒng)疾病、自身免疫性疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、代謝性疾病、不良妊娠等?，F將P.gingivalis與常見非腫瘤性疾病的研究進展綜述如下。

1 P.gingivalis的主要特征

P.gingivalis是一種革蘭氏陰性專性厭氧菌，最初作為噬纖維菌-黃桿菌-擬桿菌(CFB)群的模式生物引起了學者興趣，后來作為口腔病原體漸漸露出水面，隨著P.gingivalis參與阿爾茨海默病(AD)的證據被發(fā)現，臨床對其關注度達到高峰。慢性牙周炎(PD)是指牙周圍組織因細菌積聚(牙菌斑形成)而發(fā)生的炎癥，可使牙齒與牙槽骨的膠原附著逐漸喪失，如不加以控制，可能導致牙齒松動、脫落[1]。P.gingivalis是公認的口腔疾病牙周炎主要病原體，其致病因素多樣，包括自身結構成分[如脂多糖(LPS)]、菌毛、熱休克蛋白(HSP)和分泌成分(如牙齦素和外膜囊泡)[2]。這些因子刺激相鄰上皮細胞產生各種細胞因子，包括白細胞介素(IL)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)[3]。P.gingivalis同時是一種兼性胞內細菌，能入侵多種宿主細胞，包括牙齦上皮細胞、內皮細胞、血管平滑肌細胞(VSMCs)、樹突狀細胞(DC)和神經元[4]。有關P.gingivalis口外感染方面的研究最早源于19世紀80年代，已證實P.gingivalis涉及多種系統(tǒng)性疾病。P.gingivalis產生的牙齦素會導致局部組織破壞，擾亂宿主的抗菌防御，導致口腔和腸道內共生細菌的過度生長及播散。這會使有毒代謝物過度產生，促進心血管疾病和自身免疫相關代謝紊亂。大腦中產生的牙齦素則對AD的發(fā)生、發(fā)展有重要意義。P.gingivalis產生的肽基精氨酸脫亞胺酶(PAD)亦是其重要致病因素[5]，其可打破瓜氨酸蛋白的免疫耐受，加重易患類風濕性關節(jié)炎(RA)個體的癥狀[5]。

囊泡是細胞膜的一部分，大小為50～300 nm，形成于A-LPS和具有C-末端結構域(CTD)的蛋白質[如牙齦素、PAD或血紅素結合蛋白35(HBP35)]組成的雙層膜結構[2]。菌毛促使細菌黏附宿主細胞、與外基質分子、細胞因子和纖維蛋白原、CD14、β2整合素、toll樣受體(TLR)2、TLR4結合[6-7]。這些相互作用促使單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)、TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8等促炎因子合成，并誘導多細胞間黏附分子-1(ICAM-1)、血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)[6]、P-選擇素、E-選擇素、CD40、CD80和CD86的表達[6-7]。其中，IL-8能夠誘導可結合血紅蛋白的受體(HbR)，以捕獲卟啉環(huán)和血紅素，從而得到P.gingivalis生長所需的鐵[8]。LPS結合高度敏感的模式識別受體(PRR)后通過核因子-κB(NF-κB)依賴性產生TNF-α，激發(fā)涉及胞外調節(jié)蛋白激酶(ERK)的炎癥，激活p38和c-Jun氨基末端激酶(JNK)，上調纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)-1的表達[9]，因此，LPS對細胞串擾作用、P.gingivalis的毒力至關重要。P.gingivalis與牙周來源致病菌能夠在到達血液之前遷移并侵入上皮、結締組織[4]，其內毒素和外毒素也能到達血液，從而擴散到遠處發(fā)揮毒性。上述某些促炎分子，如IL-1β、IL-6或TNF-α會進入體循環(huán)，觸發(fā)肝臟等其他組織的反應[10]。

2 P.gingivalis與動脈粥樣硬化(AS)

AS是一種常見于大中型動脈的慢性疾病，被認為是大多數心血管疾病的發(fā)病基礎[10-12]。在過去數十年中，相關證據越來越傾向于AS是一種慢性炎癥疾病。動脈斑塊形成是AS的病理基礎，其由脂質、鈣、巨噬細胞等成分在動脈壁堆積而成?；颊咭蛲饪剖中g、牙齦炎、口腔潰瘍、口腔黏膜病變和創(chuàng)傷等使血管破裂，引起口腔中的病原體隨血液循環(huán)遷移，特別是P.gingivalis[10]。2012年，美國心臟協會發(fā)表了聲明[11]，支持PD與動脈粥樣硬化性血管疾病(ASVD)之間的聯系，該聯系獨立于已知的混雜因素。

圖1 P.gingivalis與全身多種疾病的相關性

P.gingivalis可通過連接、進入/內化、傳輸、持久化和退出等過程入侵心血管細胞和組織[13]，其在AS中的作用機制可歸納為以下多個方面。(1)P.gingivalis可導致內皮細胞功能障礙。內皮氧化應激促進單核細胞黏附和促炎細胞因子釋放，導致內皮功能障礙，這是AS的前兆[14]。P.gingivalis能夠誘導嚴重的內皮細胞氧化應激[15]，這一過程主要由TLR-NF-κB信號軸促進。P.gingivalis表面LPS被TLR介導識別后，激活下游信號通路NF-κB及其活性亞基p65，從而觸發(fā)氧化應激[9,16]。氧化應激后，P.gingivalis會觸發(fā)脈管系統(tǒng)的炎癥反應，內皮細胞中的促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α和γ-干擾素(IFN-γ)分泌增加[17]，同時IL-1β、IL-8和MCP-1等細胞因子促進人主動脈內皮細胞(HAEC)中產生趨化因子[18]。P.gingivalis上調的IL-8可通過激活NF-κB通路直接增加內皮通透性[19]；IL-1β通過NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3(NLRP3)炎癥小體激活釋放，并促進動脈粥樣硬化斑塊的破裂。NLRP3為核苷酸結合寡聚化結構域樣受體家族含pyrin域3的炎癥小體，在AS的病理生理學中起重要作用，P.gingivalis可通過炎性環(huán)境中的巨噬細胞激活NLRP3炎性小體，推進內皮中的炎癥過程和氧化應激[20]。P.gingivalis還能夠下調生物種基因BMAL1的表達，促進氧化應激，加重動脈粥樣硬化[16]。研究報道，不同P.gingivalis菌株引起不同程度的內皮功能障礙[13,18],如P.gingivalis381(菌毛Ⅰ型)誘導菌毛依賴性現象，如人冠狀動脈內皮細胞中GroA、GroE、IL-6、IL-8基因的表達、TLR介導VCAM-1和內皮白細胞黏附分子-1(ELAM-1)的分離。W83有包膜但沒有菌毛，可適度激活TLR2并減弱炎癥反應[13]。此外，P.gingivalis能夠誘導內皮細胞凋亡和內皮-間充質轉化(EndMT)，并抑制其增殖，從而減少內皮細胞的數量，導致血管內皮屏障的損傷[21]。此時，循環(huán)中的白細胞和低密度脂蛋白(LDL)在受損的內皮下積聚，導致AS的發(fā)生[22]，此過程與巨噬細胞通過CD36攝取和積累脂蛋白相關[20]。(2)P.gingivalis及其毒力成分(如LPS、菌毛)參與AS形成過程中單核細胞活動的各個階段，支持單核細胞向內皮表面遷移、內膜浸潤，并分化為M1型巨噬細胞，最終形成泡沫細胞，而泡沫細胞對AS的發(fā)展至關重要[21]。P.gingivalis通過巨噬細胞的內化實現免疫逃避，繼而保持毒力和持續(xù)性感染[21]。巨噬細胞對P.gingivalis的攝取取決于3型補體受體[CR3(CD11b/CD18)]和TLR2[23]。(3)VSMCs對動脈損傷和脂質浸潤的反應。LPS可刺激VSMCs增殖和鈣化，導致血管鈣化[24-25]。牙齦素對血漿的胰蛋白酶樣作用有助于VSMCs增殖，這一過程可能主要由轉化生長因子-β(TGF-β)/Notch途徑調節(jié)[25]。(4)P.gingivalis影響粥樣斑塊中的免疫細胞。P.gingivalis及其LPS和牙齦素可以激活單核細胞，促進Th17/IL-17反應，使TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-17增加，經TLR2/TLR4信號介導，促進炎癥反應，誘導動脈粥樣硬化斑塊形成[26]。

P.gingivalis感染損傷內皮細胞，導致泡沫細胞的形成及平滑肌細胞的鈣化，隨Th/Tregs失衡、內皮細胞活化、斑塊形成，對AS的進展起促進作用。

3 P.gingivalis與類風濕

研究表明[27]，PD患者RA患病率遠高于非PD患者，且關節(jié)炎和牙周炎的嚴重程度呈正相關。RA的病因非常復雜,大多數病例是由瓜氨酸化蛋白的自身免疫反應引發(fā)，蛋白質的瓜氨酸化通過PAD進行。雖是生理條件下產生，因遺傳易感體的免疫耐受性喪失，導致滑膜中產生抗瓜氨酸合成蛋白的自身抗體(ACPA)，由此發(fā)展為RA[20,28]。P.gingivalis能夠打破機體對瓜氨酸化蛋白的免疫耐受[29]。

此外，P.gingivalis使腸道生態(tài)失調，上調IL-17水平，從而促進RA的進展[5]。Th17/Treg的失調也起重要作用，P.gingivalis通過誘導TLR2和IL-1驅動的Th17細胞反應激活免疫系統(tǒng)[29]。在抗原誘導的C57BL/6小鼠關節(jié)炎模型中，Th17/IL-17A信號通路參與了P.gingivalis誘導的實驗性關節(jié)炎，導致關節(jié)中性粒細胞浸潤增加[30]。P.gingivalis感染的抑制膠原性關節(jié)炎模型(CIA)小鼠中，產生IL-10的調節(jié)性B細胞(B10)被下調，P.gingivalis直接促進Th17、Treg和骨髓源性抑制細胞(MDSCs)的分化，但抑制B細胞向B10細胞分化，提示B10細胞的下調可能是PD促進RA的關鍵機制，其他主要免疫抑制細胞如Treg和MDSCs等均被下調[28]。同時，P.gingivalis感染促進破骨細胞分化，加入補體C5a中和抗體則抑制其分化；與P.gingivalis抗體陰性的RA患者比較，陽性的RA患者血清C5a水平升高，表明P.gingivalis感染通過C5a促進RA的進展[31]。PAD誘導蛋白質的瓜氨酸化，一直處于RA和PD相關致病假說的中心。P.gingivalis毒力因子(如LPS、菌毛等)可被宿主口腔內的上皮細胞、DC、中性粒細胞的TLR、蛋白酶激活受體(PARS)和/或NOD2受體識別，釋放炎性細胞因子和趨化因子，激活補體系統(tǒng)、RANKL信號通路和T細胞的分化[32]，最終促進破骨細胞的產生。RA的慢性骨侵蝕和PD的慢性牙槽骨破壞的炎癥細胞和促炎細胞因子相似，PD可能是RA中發(fā)生的自身免疫炎癥反應啟動和維持的一個因素[33]。

4 P.gingivalis與AD

AD是一種神經退行性疾病，其特征是進行性認知下降和記憶喪失，最終導致智力完全喪失甚至死亡[33]。AD的病理學主要有兩個特征：由神經原纖維纏結組成的高磷酸化tau蛋白沉積和淀粉樣蛋白β(Aβ)沉積[34]。一項隊列研究發(fā)現，PD患者患AD的風險升高[34]。動物實驗表明，靜脈感染P.gingivalis在SD大鼠中誘導tau過度磷酸化[35]。此外，連續(xù)5周系統(tǒng)地暴露于P.gingivalis-LPS會導致12月齡野生型小鼠腦中Aβ蛋白的聚集，出現學習和記憶障礙，此過程可能通過TLR4/NF-κB信號通路來實現。糖原合酶激酶3β(GSK3β)作為tau蛋白的激酶[36]，參與P.gingivalis-LPS促進的神經炎癥和tau過度磷酸化[36-37]，而P.gingivalis產生的牙齦素協同促進小膠質細胞向感染部位遷移，激活PI3K/Akt和MEK/ERK通路，從而加速AD進展[38]。P.gingivalis在局部誘導產生的促炎介質如TNF-α、IL-6和IL-1β可通過血腦屏障或通過調節(jié)血腦屏障通透性到達中樞神經系統(tǒng)[25,33]。此外，研究證實P.gingivalis會影響Aβ蛋白的清除，并誘導免疫抑制[38]。P.gingivalis會進入細胞質，逃避宿主的免疫監(jiān)視并持續(xù)釋放炎性介質。其毒力因素抑制宿主整體的免疫反應，使宿主細胞釋放大量促炎細胞因子，導致機體長期處于炎癥狀態(tài)，影響tau蛋白的合成與代謝，使Aβ淀粉樣蛋白在腦組織沉積，引起認知障礙和記憶力減退。

5 P.gingivalis與不良妊娠結局

不良妊娠結局是一個寬泛術語，主要包括先兆子癇(妊娠20周后伴有蛋白尿或肺水腫、少尿或驚厥的妊娠高血壓)、宮內感染(由生殖道或非生殖道來源的微生物引起)、早產(妊娠第37周前的任何活產)、低出生體重(新生兒體重<2 500 g)、自然流產(妊娠20周前流產)和/或死產(新生兒出生時無生命跡象)等[39]。有學者于1996年報道，母親患有牙周炎可能是不良妊娠結局的潛在危險因素[40]。

相對于牙周組織健康的孕婦，患有牙周炎的孕婦的胎盤可能攜帶各種牙周病原體[41]。P.gingivalis的LPS在合胞滋養(yǎng)層、滋養(yǎng)層細胞、蛻膜細胞、臍帶、羊膜上皮和羊水、胎盤內皮細胞、胎兒毛細血管和新生兒鼻胃液中均可被檢測到[42]。臨床研究表明，在不良妊娠的女性中，齦溝液中的炎癥細胞因子水平升高，這可能會加速分娩[43]。動物模型研究提示，口腔內持續(xù)感染P.gingivalis后，母體血清中TNF-α、IFN-γ增加2.5倍，IL-17、IL-6、IL-1β增加2倍，且胎盤組織中TLR2和Fas/Fas配體途徑被上調，導致早產和低體重出生兒[39]。研究表明，P.gingivalis通過JNK和p53/p38通路，導致人滋養(yǎng)層細胞損傷，這是擾亂細胞周期和促進凋亡的重要因素，會對正常妊娠產生負面影響[42]。此外，LPS-TLR4相互作用增加了子宮肌層中Rho相關蛋白激酶的活性，使子宮肌細胞中鈣的內流，從而促進肌層收縮，增加了復發(fā)性流產的風險[42]。P.gingivalis上調了與白細胞上補體受體結合的C5a水平，并損傷白細胞殺傷能力[31]。P.gingivalis可持續(xù)感染和長期存活在胎兒和母體組織中，逃避機體的免疫監(jiān)視，引起微生物菌群失調；其獨特的毒力因子、表面黏附能力、產生的相關酶能直接損傷胎兒和母體組織的形態(tài)；其所產生的促炎細胞因子、自由基和相關酶蛋白增加，Th17/Tregs失衡，從而增加子宮肌層收縮和早產風險。此外，P.gingivalis增加胎兒腎上腺皮質醇的生成[42]。在此基礎上，必要時可行進一步研究，評估P.gingivalis感染是否是妊娠和胎兒并發(fā)癥的絕對/相對危險因素。

6 P.gingivalis與肥胖癥

口腔和腸道微生物群中的厭氧菌在調節(jié)宿主代謝平衡和內環(huán)境穩(wěn)定中發(fā)揮了重要作用，也通過宿主免疫參與代謝紊亂的控制或發(fā)展，與全身慢性炎癥相關[44]。肥胖個體PD的發(fā)展和嚴重程度的增加導致腸道菌群失調，這與P.gingivalis等機會致病菌的全身播散密切相關。腸道微生物群可以消化某些人類因缺乏酶而無法消化的膳食多糖，如β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、內切葡聚糖酶等[45]，此過程產生短鏈脂肪酸(SCFA)。SCFA容易被吸收，促進脂肪生成相關分子途徑，抑制脂蛋白脂肪酶(LPL)的活性，但這會導致甘油三酯在宿主脂肪細胞中的積累[46]。動物實驗表明，給小鼠喂食高脂飲食后，持續(xù)性口服P.gingivalis會導致小鼠肥胖、糖耐量受損和加重肝臟脂肪變性[47]。P.gingivalis還能改變棕色脂肪組織(BAT)的內分泌功能，P.gingivalis注射可能導致BAT的葡萄糖穩(wěn)態(tài)和胰島素敏感度下降[48]。該過程與脂聯素相關，又稱脂肪連接蛋白，是一種脂肪細胞產生的激素，可改善血脂異常和胰島素抵抗。研究顯示，在使用P.gingivalis-LPS處理的脂肪細胞中，脂聯素的水平明顯下調[49]。此外，盡管P.gingivalis感染對雌性小鼠的血漿甘油三酯水平沒有明顯改變，但小鼠肝臟甘油三酯合成的基因表達下降，此結果可能會影響胎兒的生長發(fā)育。P.gingivalis感染導致母鼠妊娠期體重增加，胎兒體重降低[39,50]。P.gingivalis及其獨毒力因子主要通過引起腸道菌群失調及改變脂肪細胞內分泌功能來促進個體肥胖。盡管營養(yǎng)不均衡和腸道微生物群失調本身會誘發(fā)肥胖癥，伴隨的PD會增強胰島素抵抗，P.gingivalis的LPS則是PD的輔助劑。此外，與肥胖相關的某些代謝性疾病如“代謝綜合征”則可能進一步加劇PD。

7 小結與展望

本文總結了P.gingivalis對多種疾病中的作用，更具體的致病機制仍需深刻探討。P.gingivalis不僅是牙周炎的主要病原體，還能隨著血液播散到全身其他臟器，直接或間接引起各種損傷。不良的口腔衛(wèi)生會導致PD，并可能間接增加患AD的風險；如果AD患者在保持適當口腔衛(wèi)生方面存在障礙，則會增加患PD的風險，提示保持良好的口腔健康可能成為預防AD的一種措施。對于不良妊娠結局，目前缺乏證據表明產前口腔保健可以改善其影響。值得注意的是，世界衛(wèi)生組織于2007年提出應促進口腔健康，將其作為健康生活方式中不可或缺的一部分。通過改善口腔衛(wèi)生及牙周狀況，有望降低P.gingivalis的負荷，在一定程度上減少這些疾病對全身狀況產生的不良影響。