胡丹陽(yáng)， 李 蘭， 張錦龍， 張妍妍， 王成龍

1.聯(lián)勤保障部隊(duì)大連療養(yǎng)院小平島療養(yǎng)區(qū) 十科，遼寧 大連116023；2.聯(lián)勤保障部隊(duì)綜合訓(xùn)練大隊(duì) 衛(wèi)勤訓(xùn)練隊(duì)衛(wèi)勤教研室，遼寧 大連116000；3.解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心 口腔科，北京 100039

細(xì)菌生物膜是微生物在自然界中的一種獨(dú)特存在方式。 與浮游細(xì)胞相比，細(xì)菌生物膜具有更加適應(yīng)復(fù)雜生存環(huán)境的特點(diǎn)[1]。 99%以上的自然界中細(xì)菌以生物膜形式存在，60%以上臨床患者發(fā)生感染均與細(xì)菌生物膜的形成有關(guān)[2-3]。 有研究表明，與浮游狀態(tài)的同種細(xì)菌相比，存在于菌斑生物膜中的變形鏈球菌具有更強(qiáng)的毒力、更大的耐藥性以及更高的對(duì)抗宿主免疫防御能力。 變形鏈球菌能否在口腔環(huán)境中長(zhǎng)期存活并發(fā)揮其致齲特性，與菌斑生物膜這一特殊結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 生物膜的發(fā)展過(guò)程可分為可逆吸附階段、不可逆吸附階段、微菌落階段、成熟階段、從生物被膜解離階段。 菌斑生物膜的形成具有初期非特異且微弱，后期特異且高親和力的特點(diǎn)，探究其初期粘附機(jī)制對(duì)于齲病防治具有重要意義[4]。 作為主要致齲菌，變形鏈球菌的初期粘附是其發(fā)揮致齲作用的關(guān)鍵。 本文對(duì)變形鏈球菌菌斑生物膜初期粘附機(jī)制的研究進(jìn)展予以綜述。

1 蔗糖依賴(lài)機(jī)制

1.1 葡糖基轉(zhuǎn)移酶 葡糖基轉(zhuǎn)移酶(glucosyltransferase，GTF)為變形鏈球菌的重要致病因子之一，在細(xì)菌附著和菌斑形成中發(fā)揮重要作用[5]。 失活變鏈GTF 會(huì)導(dǎo)致其蔗糖依賴(lài)的粘附明顯降低，生物膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，且致齲力也有不同程度下降[6]。GTF 可特異性以蔗糖為底物合成葡聚糖，變形鏈球菌中至少包含3 種葡聚糖，分別為GTF-B 編碼的GTF-I，GTF-C 編碼GFT-SI，GTF-D 編碼的GTF-S[7]。GTF-I 主要合成非水溶性葡聚糖；GFT-SI 既合成非水溶性葡聚糖又合成水溶性葡聚糖；GTF-S 主要合成水溶性葡聚糖[7]。 GTF 以蔗糖為底物合成的葡聚糖沉積于牙齒表面的獲得性膜，而葡聚糖的葡萄糖殘基為細(xì)菌表面的GTF 繼續(xù)提供結(jié)合位點(diǎn)，使得變形鏈球菌特異性粘附于獲得性膜，進(jìn)一步介導(dǎo)了細(xì)菌對(duì)牙齒表面的粘附[8-9]。 GTF 具有與其他細(xì)菌細(xì)胞結(jié)合的能力，即使不是合成自身糖基轉(zhuǎn)移酶的細(xì)菌。 因此，GTF 與微生物之間的相互作用使得細(xì)菌細(xì)胞之間能夠相互連接，并牢固粘附于牙齒表面[10]。

1.2 葡聚糖結(jié)合蛋白 作為變形鏈球菌蔗糖依賴(lài)性粘附機(jī)制的另一個(gè)重要致病因子，葡聚糖結(jié)合蛋白(glucan-binding protein，Gbp)能夠介導(dǎo)細(xì)菌與葡聚糖結(jié)合，但無(wú)GTF 活性。 Gbp-A、Gbp-B、Gbp-C、Gbp-D 4 種類(lèi)型的蛋白質(zhì)均在細(xì)菌粘附和生物膜形成中具有關(guān)鍵作用。 葡聚糖可以分為水溶性葡聚糖與非水溶性葡聚糖[11]。 水溶性葡聚糖主要含有α-1，6-糖苷鍵，而非水溶性葡聚糖主要含有α-1，3-糖苷鍵。游離的GTF 在牙面獲得性膜內(nèi)合成葡聚糖，α-1，6-糖苷鍵可以被變形鏈球菌表面的Gbp 活性部位即葡聚糖結(jié)合功能區(qū)(glucan-binding domain，GBD)識(shí)別結(jié)合，進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)菌對(duì)于獲得性膜的初始粘附。 Gbp 通過(guò)活性部位與葡聚糖結(jié)合，疏水端與變形鏈球菌菌體結(jié)合，使菌斑生物膜的結(jié)構(gòu)更加緊密，在菌斑成熟過(guò)程中起到重要作用。 Gbp可以與α-1，3-糖苷鍵結(jié)合介導(dǎo)非水溶性葡聚糖的粘附[11]。 Banas 等[12]研究認(rèn)為，GBD 含有大量β折疊結(jié)構(gòu)，靈活的β 折疊結(jié)構(gòu)可能與介導(dǎo)非水溶性葡聚糖的粘附相關(guān)。

2 非蔗糖依賴(lài)機(jī)制

表面抗原I/Ⅱ家族(細(xì)菌粘結(jié)素)不僅存在于變形鏈球菌表面，還存在于化膿性鏈球菌、無(wú)乳鏈球菌或豬鏈球菌等其他微生物中。 在編碼表面抗原I/Ⅱ的6 種基因序列中，富含脯氨酸的P 區(qū)和富含丙氨酸的A 區(qū)均能夠通過(guò)調(diào)節(jié)變形鏈球菌等口腔鏈球菌在牙表面的粘附，非特異性的結(jié)合唾液糖蛋白，從而參與生物膜的形成。 A 區(qū)、V 區(qū)編碼出現(xiàn)在細(xì)菌細(xì)胞表面上的粘附性表位，這些粘性表位與唾液糖蛋白具有親和力。 有研究證實(shí)，A 區(qū)、P 區(qū)、V 區(qū)突變的菌株均不能粘附到唾液包被的固體表面。 AgI/Ⅱ家族的SpaP 蛋白與唾液中發(fā)現(xiàn)的糖蛋白-340(glycoprotein-340，gp-340)相互作用[14]。溶解在唾液液相中的gp-340 會(huì)在細(xì)菌細(xì)胞的聚集中發(fā)揮作用，凈化口腔。 然而，如果gp-340 被吸附在牙齒或牙齦表面，可以作為表面細(xì)菌粘結(jié)素的受體，引發(fā)細(xì)菌對(duì)牙面的粘附。 AgI/Ⅱ蛋白家族同時(shí)參與微生物間的相互作用[15]。

3 密度感應(yīng)系統(tǒng)

密度感應(yīng)(quorum sensing，QS)是細(xì)菌間進(jìn)行信號(hào)傳遞的一種特殊機(jī)制，在變形鏈球菌生物膜形成、感受態(tài)形成、毒力因子表達(dá)等方面起到重要作用。 目前，關(guān)于變形鏈球菌的研究中主要發(fā)現(xiàn)了兩種系統(tǒng)[16]。 一是雙組分信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)(two-component signal transduction system，TCSTS):依賴(lài)感受態(tài)刺激肽或者非依賴(lài)來(lái)控制細(xì)菌種屬內(nèi)信號(hào)交流；二是由LuxS 基因介導(dǎo)，依賴(lài)自身誘導(dǎo)分子-2 對(duì)不同細(xì)菌種屬間的信號(hào)交流進(jìn)行控制。 TCSTS 是一種廣泛存在于細(xì)菌中的蛋白質(zhì)磷酸化信號(hào)傳導(dǎo)途徑，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)菌的基因表達(dá)，使其在遭受環(huán)境刺激時(shí)調(diào)節(jié)各種細(xì)菌活動(dòng)[16-17]。 TCSTS 通常由二聚體化跨膜感受器，即組氨酸激酶(histidine kinase，HK)與細(xì)胞質(zhì)反應(yīng)調(diào)節(jié)子(response regulator，RR) 組成[18]。 HK 位于質(zhì)膜，能感應(yīng)環(huán)境刺激；RR 位于細(xì)胞質(zhì)，可調(diào)節(jié)基因表達(dá)來(lái)響應(yīng)環(huán)境的刺激。 TCSTS能調(diào)節(jié)細(xì)菌的細(xì)胞周期、細(xì)菌的多種代謝過(guò)程、細(xì)菌間的信號(hào)交流和毒力因子的表達(dá)[19]。

由LuxS 基因調(diào)控的依賴(lài)自身誘導(dǎo)分子-2 的信號(hào)系統(tǒng)對(duì)生物膜致病力的各種表型具有重要調(diào)控作用，如細(xì)菌毒力、生物膜形成能力、耐酸性和抗菌藥物敏感性等[20-21]。 LuxS 還具有調(diào)節(jié)變形鏈球菌蔗糖依賴(lài)性粘附的作用[21]。 以葡萄糖作為碳源時(shí)，野生株與LuxS 缺陷株形成的生物膜無(wú)明顯區(qū)別。 以蔗糖作為碳源時(shí)，LuxS 缺陷株形成的菌斑生物膜更加粗糙、稀薄，往往形成較大的顆粒和細(xì)菌聚集團(tuán)塊，使其對(duì)滅菌和消毒藥物的抵抗力明顯高于野生株。 有研究發(fā)現(xiàn)，變形鏈球菌UAl59 LuxS 缺陷株的耐酸能力整體下降，而抗過(guò)氧化氫的氧化能力有所增強(qiáng)[22]。

4 唾液凝集素

唾液凝集素可與口腔中的許多細(xì)菌發(fā)生作用，而且不同狀態(tài)的唾液凝集素對(duì)細(xì)菌的作用也不相同[23]。 固相上的唾液凝集素主要介導(dǎo)細(xì)菌的粘附，液相中的唾液凝集素主要介導(dǎo)細(xì)菌凝集[24]。有研究表明，不存在唾液凝集素的情況下，突變菌株的生物膜形成率顯著降低[25]。 因此，變形鏈球菌的粘附和生物膜形成的初始階段可能受到唾液凝集素和其他唾液蛋白質(zhì)(如高分子量的粘蛋白或富含酸性脯氨酸的蛋白質(zhì))的促進(jìn)。

5 小結(jié)

變形鏈球菌菌株的毒力取決于環(huán)境條件，因此細(xì)菌中致齲因子對(duì)粘附過(guò)程與環(huán)境中各因素的依賴(lài)性為其重要特征。 為形成生物膜結(jié)構(gòu)，不僅要確保適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，微生物本身還必須具有能夠粘附與形成微菌落的特征。 蔗糖依賴(lài)機(jī)制與非蔗糖依賴(lài)機(jī)制闡明了毒力因子在變形鏈球菌菌斑生物膜初期粘附的重要作用，為變形鏈球菌菌斑生物膜初期粘附的重要機(jī)制。 密度感應(yīng)系統(tǒng)通過(guò)細(xì)菌間信號(hào)傳遞調(diào)節(jié)毒力因子的表達(dá)，從而影響變形鏈球菌菌斑生物膜初期粘附，唾液凝集素作為環(huán)境條件促進(jìn)變形鏈球菌菌斑生物膜初期粘附。