羅安勇 陳萬英

（中國十九冶集團有限公司職工醫(yī)院口腔科，四川 攀枝花 617000）

AI-2信號分子及其在口腔微生物中的研究進(jìn)展

羅安勇 陳萬英

（中國十九冶集團有限公司職工醫(yī)院口腔科，四川 攀枝花 617000）

在自然狀態(tài)下口腔中種類繁多的細(xì)菌以生物膜（biof i lm）的形式生活。它們彼此混合生長、共同生存，想要保持菌群的構(gòu)成比始終平衡，就需要對菌種的信號進(jìn)行高效傳導(dǎo)。近年來的研究發(fā)現(xiàn)AI-2群體感應(yīng)信號分子是口腔中細(xì)菌與細(xì)菌之間的信號傳導(dǎo)的一種重要分子。本文就AI-2信號分子及其在口腔微生物中的研究進(jìn)展做一綜述。

AI-2；群體感應(yīng)；細(xì)菌；口腔

最近幾年，經(jīng)過研究表明：各個細(xì)菌間都能夠互相交流信息。大多數(shù)細(xì)菌都可以進(jìn)行合成，并且產(chǎn)生一種為稱之誘導(dǎo)性物質(zhì)的信號分子，細(xì)胞以外的AI濃度伴隨著細(xì)菌的密度改變而改變，進(jìn)而到達(dá)濃度臨界數(shù)值。AI可以將菌體內(nèi)有關(guān)基因進(jìn)行啟動、表達(dá)，對菌體的生物活動進(jìn)行控制，如形成毒素、抗生素、產(chǎn)生生物膜、孢子、熒光等，從而與環(huán)境的改變相適應(yīng)。人們一般將上述情況稱之為群體感應(yīng)。群體感應(yīng)一般僅出現(xiàn)在細(xì)菌密度高于一定數(shù)值后，因此，人們也把此情況稱之為細(xì)胞密度的基因依賴性表達(dá)。QS體系能夠讓細(xì)胞呈多細(xì)胞的形式完成單細(xì)胞不能實現(xiàn)的功能。對于種群來講其對QS體系的適應(yīng)性與誘導(dǎo)分子、感應(yīng)分子和下游的調(diào)控蛋白共同構(gòu)成。一般依據(jù)合成細(xì)菌的AI和感應(yīng)機制的不同，將其劃分成3類：其一，革蘭陰性菌體系；其二，革蘭陽性菌體系；其三，LuxS/AI-2依賴的QS系統(tǒng)。目前細(xì)菌信號分子AI-2被認(rèn)為是細(xì)菌通用的信號分子，參與口腔細(xì)菌間的交流，調(diào)控牙菌斑生物膜的穩(wěn)定性。本文就AI-2分子的合成途徑與結(jié)構(gòu)，與口腔中細(xì)菌關(guān)系的研究進(jìn)展做一綜述。

1 AI-2的合成途徑與結(jié)構(gòu)

AI-2信號分子早期出現(xiàn)于研究哈氏弧菌的QS體系中，并使哈氏弧菌產(chǎn)生生物學(xué)發(fā)光現(xiàn)象。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，AI-2樣活性廣泛存在于各種微生物中。目前，AI-2分子的合成途徑與結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本確定。AI-2分子的實質(zhì)就是一類呋喃丙酮類的化合物，其結(jié)構(gòu)為對稱的雙五環(huán)形式，隸屬于呋喃酰硼酸二酯一類。其是由S-腺苷甲硫氨酸經(jīng)過三步催化酶合成、催化形成的，S-腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，是毒素的中間物質(zhì)，再被核苷酸酶Pfs水解，分成腺嘌呤及S-核糖高半胱氨酸，LuxS蛋白催化SRH產(chǎn)生4，5-二羥基2，3-戊二酮和高半胱氨酸，但是，戊二酮的結(jié)構(gòu)較不穩(wěn)定，如果在硼酸鹽的情況下，戊二酮被快速環(huán)化，形成的物質(zhì)為呋喃酰硼酸二酯，也可以稱其為AI-2的信號分子。把Phs，LuxS，SAH在體外混合后能夠檢測到AI-2活性，LuxS是產(chǎn)生所必需的蛋白。對活性基因進(jìn)行突變、克隆表明luxS是產(chǎn)生AI-2所必需的基因。Al-2是當(dāng)前已知的、單一的可以進(jìn)行物種間及物種內(nèi)通信的語言，在細(xì)菌的測序操作期間，存在一般以上的基因組，其內(nèi)涵luxs基因的相同序列，另外，很多細(xì)菌都被證明了存在AI-2的特性。

2 AI-2與口腔中細(xì)菌關(guān)系

人的口腔是一個復(fù)雜的微生態(tài)環(huán)境，其中生存著大約700多種，這些細(xì)菌與口腔健康的維護(hù)以及疾病的產(chǎn)生密切相關(guān)?，F(xiàn)今，很多研究調(diào)查顯示，大多數(shù)口腔內(nèi)的致病菌基因中都含有LuxS基因的同源的序列，AI-2信號分子與牙菌斑內(nèi)細(xì)菌間進(jìn)行信息溝通，同時通過QS體系對特定的生理行為進(jìn)行控制。

2.1 變形鏈球菌。對于齲病來講，其指的是牙齒的堅硬組織出現(xiàn)慢性損壞的一類疾病，造成齲病得原因在于存在變形鏈球菌。AI-2的信號分子對其基因調(diào)控起了重要作用。Akihiro等發(fā)覺AI-2能夠?qū)ζ咸堑幕虮磉_(dá)及轉(zhuǎn)移進(jìn)行控制，GTF基因中的B、C、D共同構(gòu)成了GTF得基因編碼，同時，其產(chǎn)生的非水溶性葡聚糖又具備較強的粘結(jié)性，是S.mutans的重要毒素分子之一。同野生的S.mutans植株相比，其LuxS缺陷株gtfB、gtfC活性明顯增強。所以，缺陷植株可以產(chǎn)生更多的非水溶性葡聚糖，對細(xì)菌間的黏附、聚集性能產(chǎn)生促進(jìn)作用。Wen等通過比較變異鏈球菌野生株（UA159）和luxS突變株（TW26）的AI-2信號分子對細(xì)菌各種生物學(xué)行為的影響。將兩種菌株分別在混有鹽酸和過氧化氫的培養(yǎng)液中培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，突變株耐酸力下降，抗過氧化氫能力增強；在蔗糖存在的條件下，突變株生物膜松散成蜂房狀；基因融合技術(shù)顯示，突變株中細(xì)菌的果聚糖酶下調(diào)50%；RNA印記雜交顯示，luxS突變菌株中編碼酸誘導(dǎo)DNA修復(fù)酶相關(guān)的recA、smnA、nth等基因的表達(dá)下調(diào)，編碼信號識別蛋白亞單位的ffh基因和編碼膜調(diào)節(jié)蛋白的brpA基因也出現(xiàn)下調(diào)反應(yīng)，上述基因提示表達(dá)下降情況可能是造成酸性耐力降低的原因；另外，luxS突變株的壓力反應(yīng)顯示，DnsK和GroEL的蛋白表達(dá)顯著提升，向細(xì)胞提示缺少AI-2的分子信號，能夠利用壓力反應(yīng)測試的方法被蛋白表達(dá)量感知，而在插入失活突變體中，則沒有發(fā)生變化。有相關(guān)學(xué)者研究顯示，luxS的基因編碼上端存在一個極為關(guān)鍵的調(diào)節(jié)構(gòu)件，其覆蓋了基因編碼的大部分區(qū)域。所以，在突變體敲除后，對調(diào)節(jié)構(gòu)件可能造成損壞，如果在失去活性的突變體中插入，則該構(gòu)件不會受到影響。這也是造成luxS基因突變植株喪失活力的關(guān)鍵因素之一。

2.2 牙齦卟啉單胞菌牙齦卟啉單胞菌是形成黑色素的短桿厭氧細(xì)菌，是產(chǎn)生牙周炎，特別是成人慢性及早發(fā)性牙周炎的關(guān)鍵優(yōu)勢細(xì)菌之一，是當(dāng)前世界人們普遍認(rèn)同的導(dǎo)致牙周病的細(xì)菌。AI-2能夠通過調(diào)控Pg來獲取血紅素。對于Pg來講，其在LuxS缺陷的條件下獲取血紅素蛋白及精氨酸特異蛋白酶（RgpA）表達(dá)顯著提高，同時，血紅素可以對Pg的毒素因子表達(dá)造成影響。Burgess等通過相關(guān)方法顯示一些牙齦卟啉單胞菌，并且在對數(shù)生長中期的時候達(dá)到相應(yīng)的最高峰，同時在靜止的階段降至最低，然而，變異鏈球菌卻是持續(xù)上升的。雖然和牙齦卟啉單胞菌之間的毒性有著一定的聯(lián)系，然而胱氨酸蛋白酶基因Rgp和Kgp在變異鏈球菌失去活性的時候就可以降低45%與30%，但是，變異鏈球菌的缺陷株在牙齦卟啉單胞菌的感染模型中，其可以生存的時間不會變化。進(jìn)而可以得出，變異鏈球菌的毒性調(diào)控效果與有關(guān)基因間不存在著一定的聯(lián)系，進(jìn)而也就不會降低牙齦卟啉單胞菌的毒性。Yuan等的研究發(fā)現(xiàn)Pg的luxS突變株表現(xiàn)出對溫度、pH及H2O2等具有較強的承載能力，也說明AI-2在Pg對改變口腔環(huán)境所造成的壓力反應(yīng)中發(fā)揮著調(diào)節(jié)的功能。

2.3 戈登鏈球菌目前的研究發(fā)現(xiàn)AI-2在戈登鏈球菌（Streptococus gordoni）存在同Pg的生物混合膜，盡管戈登鏈球菌的luxs缺少植株可以在玻璃片上進(jìn)行定植，然而Pg的luxs突變株卻無法產(chǎn)生生物膜。把luxs的基因引入到突變植株上，從而恢復(fù)生物混合膜的產(chǎn)生，說明二者間無論哪種細(xì)菌，AI-2都可以促進(jìn)其進(jìn)行溝通與交流，產(chǎn)生生物膜，同時研究還發(fā)現(xiàn)戈登鏈球菌luxs缺失菌株的gtfG、fruA等基因表達(dá)被下調(diào)。

2.4 伴放線放線桿菌伴放線放線桿菌與牙周炎，尤其是青、少年的牙周炎之間存在密切的關(guān)聯(lián)。Aa是僅有的、可以將白細(xì)胞的毒素分泌的細(xì)菌，可以對牙齦的內(nèi)部及外周的多核單細(xì)胞造成影響，對細(xì)胞膜造成損壞，從而造成白細(xì)胞的死亡。其釋放一種溶菌酶，可以造成牙齒周圍組織的損壞。Fong等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Aa處于對數(shù)生長階段，AI-2提升，AI-2報告菌株BB170的發(fā)光效應(yīng)提高了190多倍，在生長早期階段，在含有AI-2的培養(yǎng)液里，細(xì)菌形成Aa的白細(xì)胞毒素上升5倍，同時，編碼鐵離子中的轉(zhuǎn)運蛋白afuA基因轉(zhuǎn)錄能力提升了8倍左右，由此可以發(fā)現(xiàn)，AI-2在Aa形成的外毒素和鐵離子在運作期間具有十分關(guān)鍵的功能。

3 展 望

在自然狀態(tài)下口腔中種類繁多的細(xì)菌以生物膜（biofilm）的形式生活。它們彼此之間混合生長、共同生存，想要保持菌群的構(gòu)成比始終平衡，就需要對菌種的信號進(jìn)行高效傳導(dǎo)。而齲病，牙周病等正是由于細(xì)菌與宿主的相互作用引起的。QS系統(tǒng)是一種群體行為調(diào)控機制究，對AI-2的細(xì)致研究有利于掌握細(xì)菌同宿主間信息交流的方法，對細(xì)菌的種內(nèi)溝通及種間交流進(jìn)行揭示，從而為這些口腔常見病提供新的治療和預(yù)防手段。

R780.2

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1671-8194（2014）22-0073-02