胡穎文,馬曉嵐,牛海濤,黃躍,3*

(1.暨南大學(xué) 口腔醫(yī)學(xué)院,廣東 廣州 510632;2.暨南大學(xué) 附屬口腔醫(yī)院,廣東 佛山 528300;3.廣州市無菌動物與微生態(tài)轉(zhuǎn)化重點實驗室,廣東 廣州 510632;4.暨南大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與公共衛(wèi)生學(xué)院,廣東 廣州 510632;5.暨南大學(xué) 實驗動物管理中心,廣東 廣州 510632)

慢性牙周病影響著全球近50%的人口,許多研究發(fā)現(xiàn)它與全身系統(tǒng)疾病有著密切的關(guān)聯(lián),特別是與約占全球人類所有死亡的1/3的心血管系統(tǒng)疾病有著顯著的相關(guān)性。而牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonasgingivali)是定植于牙周袋中的絕對厭氧菌,是牙周炎的常見致病菌,與心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Porphyromonasgingivalis及其釋放的毒性產(chǎn)物可通過引發(fā)機體一系列的免疫炎癥反應(yīng),使得炎癥介質(zhì)進入血液循環(huán),加速動脈粥樣硬化的進展、誘導(dǎo)免疫反應(yīng)加重高血壓、抑制梗死心肌的愈合等,從而影響CVD的發(fā)生和發(fā)展［1-2］。隨著研究的深入,本綜述詳細地總結(jié)了Porphyromonasgingivalis與CVD的相關(guān)性,揭示了不同致病因子、途徑、機制之間導(dǎo)致的不同結(jié)果,為今后Porphyromonasgingivalis與CVD相關(guān)性研究提供新的研究視角。

1 牙齦卟啉單胞菌的致病因子

Porphyromonasgingivalis是一種機會致病菌,其通過逃避宿主免疫監(jiān)視來干擾宿主防御機制,通過致病因子入侵宿主細胞導(dǎo)致致病。其致病因子包括外膜囊泡(outer membrane vesicles,OMVs)、脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)、牙齦蛋白酶、菌毛、莢膜等［3］。它們單獨或一起發(fā)揮著作用,加重CVD的發(fā)生［4］。

1.1 外膜囊泡

OMVs直徑在 50 至 250 nm 之間,平均約為 50 nm［5］,其內(nèi)部含有LPS、外膜蛋白、磷脂、熱休克蛋白和DNA［6］。OMVs高度集中大量的毒性因子,避免了蛋白水解酶的降解和破壞,增強了Porphyromonasgingivalis的毒性。Farrugia等［7-8］研究表明,OMVs可通過牙齦蛋白酶水解切割人血管內(nèi)皮細胞(endothelial cells,ECs),血管通透性增加,導(dǎo)致組織滲出液增加,組織水腫 。OMVs通過抑制一氧化氮,血管收縮增加,內(nèi)皮細胞凋亡增多,促進AS的發(fā)生［9］。OMVs還參與了細菌黏附,生物膜形成、侵襲并損傷宿主細胞和從而影響宿主免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)［4,10-11］。

1.2 脂多糖

LPS是細菌外膜的一個相對分子量約為10 kD的較大的分子,是細菌外膜的重要組成部分,對牙周組織具有很強的毒性作用,是Porphyromonasgingivalis的主要毒力因子。LPS可以在Porphyromonasgingivalis存活期間游離成膜泡釋放出來,也可以在Porphyromonasgingivalis死亡裂解后釋放出來,透過組織的上皮屏障,侵入并破壞深層組織。Porphyromonasgingivalis-LPS及Porphyromonasgingivalis菌毛,能夠誘導(dǎo)不同Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR),發(fā)生炎癥和免疫反應(yīng),并且識別TLR2并結(jié)合蛋白LBP對機體CD14受體等信號通路誘導(dǎo)成骨細胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎癥因子誘導(dǎo)牙槽骨溶解破壞［12-14］。

1.3 牙齦蛋白酶

牙齦蛋白酶可以直接損傷牙周組織,并且輔助Porphyromonasgingivalis逃逸宿主免疫系統(tǒng)使其長時間持續(xù)存在并破壞牙周組織。牙齦蛋白酶誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶表達量過大,基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子過小,從而致使牙周組織細胞間隙擴大,通透性增強,開辟通道使細菌及其毒性產(chǎn)物入侵,破壞結(jié)締組織并引起牙周組織變性、降解,加深牙周袋和牙槽骨的吸收［15-17］。

1.4 菌毛

Porphyromonasgingivalis菌毛是Porphyromonasgingivalis的表面結(jié)構(gòu),是從外膜突出的薄的絲狀細胞表面突起,Porphyromonasgingivalis主要有長菌毛和短菌毛,其中牙周炎患者中分布最廣的是I型和II長菌毛型。菌毛FimA和Mfa1均有利于Porphyromonasgingivalis早期黏附并定植到唾液蛋白、真核細胞、細胞外基質(zhì)或其他細菌,并且能夠增強生物膜形成、細菌運動、細菌與宿主細胞的黏附及細菌侵入細胞。長菌毛可以被上皮細胞、內(nèi)皮細胞和免疫細胞的TLR2受體識別激活NF-κB通路并誘導(dǎo)促炎細胞因子和黏附分子的產(chǎn)生,而CD14是識別PorphyromonasgingivalisFimA所需的TLR2 共同受體,與TLR2受體共同作用［18］。長菌毛與單核細胞/巨噬細胞中的補體受體3(complement receptors,CR3;CD11b/CD18) 相互作用,導(dǎo)致細胞外信號調(diào)節(jié)激酶 1/2磷酸化并抑制 LPS 誘導(dǎo)的白細胞介素-12(interleukin cell-12,IL-12)產(chǎn)生。短菌毛除了與 TLR2 和 CD14 相互作用誘導(dǎo)細胞因子產(chǎn)生外,還可刺激樹突狀細胞吞噬Porphyromonasgingivalis［19］,但促進了抗菌自噬和溶酶體融合的逃逸,導(dǎo)致Porphyromonasgingivalis在骨髓樹突細胞中持續(xù)存在［20-22］。

1.5 莢膜

Porphyromonasgingivalis莢膜是Porphyromonasgingivalis的表面結(jié)構(gòu),是毒力因子之一,由氨基半乳糖、氨基葡萄糖等構(gòu)成的黏附于細胞壁外層的多聚物。研究發(fā)現(xiàn),在有莢膜和無莢膜的Porphyromonasgingivalis小鼠模型中有莢膜的Porphyromonasgingivalis毒力較強,能引起小鼠全身感染［3］,并且發(fā)現(xiàn)感染有莢膜Porphyromonasgingivalis的小鼠產(chǎn)生IL-8 等炎癥因子較少,可能與其抗吞噬,減緩傷口愈合有關(guān)［23］。Porphyromonasgingivalis的致病因子如圖1所示。

圖1 Porphyromonas gingivalis的致病因子

2 Porphyromonas gingivalis與心血管疾病關(guān)系

Porphyromonasgingivalis與心血管疾病密切相關(guān),研究表明,患有牙周病的患者其患心血管疾病的風(fēng)險更高［24］。CVD包括心肌梗死(myocardial infarction,MI)、高血壓、心力衰竭、動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)、心肌炎、冠心病等［25］。報道中顯示129 630名志愿者對22項研究報告表明牙周炎患者患心肌梗死的概率比非牙周炎患者高出2倍［26］。在許多動脈粥樣硬化術(shù)后病灶標(biāo)本中檢出了高含量的Porphyromonasgingivalis［27-29］。64.1%的主動脈瘤患者的動脈瘤標(biāo)本和口腔牙菌斑中發(fā)現(xiàn)Porphyromonasgingivalis的感染等［30-31］。Porphyromonasgingivalis與CVD相關(guān)性研究,證實了Porphyromonasgingivalis從多個途徑感染CVD相應(yīng)病灶部位,它們之間存在著相關(guān)性(表1)。

表1 Porphyromonas gingivalis與CVD相關(guān)性研究Table 1 Study on the correlation between Porphyromonas gingivalis and CVD

3 Porphyromonas gingivalis對CVD的致病途徑

Porphyromonasgingivalis對CVD的致病途徑主要為吞噬細胞介導(dǎo)和通過入血導(dǎo)致菌血癥引起心血管疾病。

3.1 吞噬細胞介導(dǎo)

在CVD中,血管內(nèi)皮受到異常刺激,導(dǎo)致血小板黏附在內(nèi)皮細胞脫落的區(qū)域［39］。并從血液中招募單核細胞黏附到內(nèi)膜下并持續(xù)釋放前炎性介質(zhì),最終分化為泡沫細胞和導(dǎo)致VSMCs增生［40］,從而形成成熟的斑塊并增大,甚至阻塞血管導(dǎo)致CVD發(fā)生［41-43］。

3.2 菌血癥感染

慢性牙周炎有高達8～20 cm2的牙周袋潰瘍上皮襯里,如果損傷使牙周袋潰瘍上皮襯里連續(xù)性中斷,則有可能導(dǎo)致Porphyromonasgingivalis進入血液循環(huán)引起菌血癥［44］。從而導(dǎo)致血管內(nèi)皮的通透性被破壞,低密度脂蛋白(density lipoprotein,LDL)被VSMCs攝入,同時氧化應(yīng)激發(fā)生在內(nèi)皮中并產(chǎn)生大量超氧化物,形成泡沫細胞,然后被氧化得到氧化低密度脂蛋白(Oxidized density lipoprotein,oxLDL),導(dǎo)致VSMCs增生,從而導(dǎo)致CVD發(fā)生［45］。Porphyromonasgingivalis進入心血管系統(tǒng)的致病途徑如圖2所示。

圖2 Porphyromonas gingivalis進入心血管系統(tǒng)的致病途徑

4 Porphyromonas gingivalis對CVD的致病機制

在機制上,Porphyromonasgingivalis及其釋放的毒性產(chǎn)物可通過引發(fā)機體一系列的免疫炎癥反應(yīng),使得炎癥介質(zhì)CRP、IL-6、TNF-α等進入血循環(huán),從而影響心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展［46］。Porphyromonasgingivalis對CVD的致病機制有以下幾個方面:氧化應(yīng)激(oxidative Stress,OS)和內(nèi)皮功能障礙;脂質(zhì)蓄積與泡沫細胞形成;血管重塑;血管鈣化;血栓形成;斑塊破裂。

4.1 氧化應(yīng)激和內(nèi)皮功能障礙

OS是體內(nèi)氧化與抗氧化失衡的一種狀態(tài),其產(chǎn)生的中間產(chǎn)物對體內(nèi)組織產(chǎn)生不良影響。Shiheido等［2］研究發(fā)現(xiàn),Porphyromonasgingivalis侵入了 MI 小鼠的缺血心肌,增加氧化應(yīng)激反應(yīng),基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix met-alloproteinases,MMP-9)活性增加,并誘導(dǎo)心臟破裂。Xie等［29］發(fā)現(xiàn),Porphyromonasgingivalis感染可激發(fā)TLRs-NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)軸和增加DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA methyltransferase 1,DNMT-1)表達,使鐘基因BMAL1的轉(zhuǎn)錄下降,并增強鐘基因CLOCK表達使p65磷酸化,使NF-κB信號傳導(dǎo)增加,促進氧化應(yīng)激和人主動脈內(nèi)皮細胞的炎癥反應(yīng),從而誘導(dǎo)AS發(fā)生。內(nèi)皮功能障礙是內(nèi)皮在血管疾病中的全身病理狀態(tài)［47］,Porphyromonasgingivalis可通過改變炎癥物質(zhì)和增加血管緊張素Ⅱ從而使血管內(nèi)皮功能障礙誘導(dǎo)AS、高血壓發(fā)生［1］。Sampath等［47］的研究發(fā)現(xiàn),Porphyromonasgingivalis感染的原代人主動脈內(nèi)皮細胞活力下降,誘導(dǎo)二氫葉酸還原酶mRNA下降,糖原合酶激酶3β的mRNA增高,從而使血管內(nèi)皮功能障礙,誘導(dǎo)AS等其他心血管疾病發(fā)生。因此,在慢性牙周炎中,Porphyromonasgingivalis可誘導(dǎo)誘發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng),并且介導(dǎo)巨噬細胞攝取膽固醇和轉(zhuǎn)變成泡沫細胞［48］,促進促炎細胞因子釋放、通過NF-κB、NF-κB-BMAL1-NF-κB、NLRP3、激活蛋白 1 (AP-1)、p38、c-Jun N-激酶等通路增加血管內(nèi)皮損傷［29,49-50］。Porphyromonasgingivalis誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化和凋亡,損害其完整性并失去修復(fù)能力［51］,證實其在破壞心血管內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)的進展中產(chǎn)生關(guān)鍵作用［52-54］。因此,在實驗設(shè)計和臨床研究中,如果能從減緩Porphyromonasgingivalis介導(dǎo)的炎癥因子的釋放和氧化應(yīng)激反應(yīng)而增加血管內(nèi)皮細胞的完整性和增強其修復(fù)功能的切入點進行研究,或許能減少心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。

3）驗證性實驗過多，不能培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。所使用的實驗設(shè)備為模擬電路工具箱，學(xué)生實驗只是連接封裝的模型，由示波器觀察實驗結(jié)果。實驗內(nèi)容包含典型環(huán)節(jié)模擬、二階系統(tǒng)時間響應(yīng)、典型環(huán)節(jié)頻率特性以及控制系統(tǒng)分析，這些實驗均以驗證性為主，延展性不足，無法達到鍛煉動手能力的目的，對于學(xué)生理解幫助不大。

4.2 脂質(zhì)蓄積與泡沫細胞形成

LDL通過氧化修飾激活內(nèi)皮等細胞,其細胞因子能夠使血液循環(huán)中的單核細胞遷移到內(nèi)膜并分化成巨噬細胞,并衍生出泡沫細胞,而Porphyromonasgingivalis能夠增加VSMCs攝取脂質(zhì)并在巨噬細胞內(nèi)蓄積［55］。Yang等［56］研究表明Porphyromonasgingivalis通過LDL誘導(dǎo)泡沫細胞形成并溶酶體整合膜蛋白2(Lysosomal integrated membrane protein 2,LIMP2)的表達導(dǎo)致動脈壁中脂質(zhì)沉積和斑塊形成［57］,內(nèi)膜細胞增生,血流流動受阻,誘發(fā)心血管疾病［56,58］。同時發(fā)現(xiàn)Porphyromonasgingivalis促進泡沫細胞的形成,并使溶酶體整合膜蛋2(lysosomal integral membrane protein 2,LIMP2)表達上升、NF-κB通路激活和JNK激酶(Jun kinas,JNK)活性升高,使Porphyromonasgingivalis誘導(dǎo)的LIMP2 的表達升高,導(dǎo)致泡沫細胞形成,誘導(dǎo)AS發(fā)生。

這些研究表明,Porphyromonasgingivalis-LPS可干擾巨噬細胞中的脂質(zhì)代謝,增加巨噬細胞對LDL膽固醇的攝取,并通過LDL刺激巨噬細胞和泡沫細胞導(dǎo)致促炎細胞因子上調(diào),從而誘導(dǎo)AS的發(fā)生發(fā)展。因此,如何通過減緩Porphyromonasgingivalis-LPS的作用來調(diào)控巨噬細胞對脂質(zhì)的攝取代謝,減少泡沫細胞形成,或許能減少Porphyromonasgingivalis對CVD的加劇。

4.3 血管重塑

血管重塑是通過使血管壁增厚或變薄,從而改變血管動力學(xué),是一種病理性的適應(yīng)性改變,Porphyromonasgingivalis可增加血管斑塊的形成,促使血管重塑,防止血管變窄發(fā)生缺血。DeLeon-Pennell等［32］發(fā)現(xiàn),接種Porphyromonasgingivalis-LPS的小鼠分泌Ccl12促炎因子增多,修復(fù)反應(yīng)減少,疤痕形成減少,單核細胞趨化蛋1(monocyte chemoattractant protein 1,MCP-1)增多,致使血管重塑,從而對MI后的左心室產(chǎn)生不良影響,誘導(dǎo)MI發(fā)生。Zaidi等［33］發(fā)現(xiàn),Porphyromonasgingivalis-LPS激活記憶CD8+T細胞,巨噬細胞增多,導(dǎo)致MI后心臟血管重塑不良,從而誘導(dǎo)MI發(fā)生。

因此,為了適應(yīng)血管內(nèi)膜的增生、斑塊增大,血管得以重塑,以維持恒定的血流防止缺血,Porphyromonasgingivalis釋放的牙齦蛋白酶可刺激主動脈平滑肌細胞中血管生成素-2的表達,促使主動脈平滑肌細胞遷移誘導(dǎo)血管重塑。而Porphyromonasgingivalis-LPS可上調(diào)血管平滑肌VSMCs中內(nèi)皮素β受體的表達,進而使動脈對內(nèi)皮素-1介導(dǎo)的血管收縮敏感［59-60］。所以,如何從減緩Porphyromonasgingivalis及其毒性物質(zhì)能抑制ECs的功能、增殖和遷移并誘導(dǎo)凋亡的角度出發(fā),從而減少誘導(dǎo)血管重塑并加重CVD還有許多值得研究的地方。

4.4 血管鈣化

血管鈣化是血管壁出現(xiàn)異常的鈣化沉積,從而使血管壁硬化,舒張收縮功能下降,引起局部缺血。唐路等［35］發(fā)現(xiàn),Porphyromonasgingivalis誘導(dǎo)VSMCs活力和鈣化增高,VSMCs異常的分化、遷移和凋亡會造成血管的損傷,導(dǎo)致主動脈壁鈣化增高,導(dǎo)致血管鈣化,誘導(dǎo)AS的發(fā)生。

血管壁的中內(nèi)膜層,是血管發(fā)生鈣化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),許多研究都表明血管鈣化是由VSMCs分化所致［61］。而Porphyromonasgingivalis可誘導(dǎo)VSMCs活性增強并分化,并且導(dǎo)致VSMCs和主動脈鈣化,并直接引起主動脈壁鈣化沉積。血管鈣化使血管硬度增加,斑塊形成,并導(dǎo)致AS的發(fā)生［62-64］。臨床上可加強牙周等治療,改善口腔衛(wèi)生環(huán)境,從而減少Porphyromonasgingivalis的產(chǎn)生而導(dǎo)致的血管鈣化引起的AS。

4.5 血栓形成

Porphyromonasgingivalis釋放的牙齦蛋白酶誘導(dǎo)ECs的促凝,并降低ECs的質(zhì)膜上的血栓調(diào)節(jié)蛋白(CD141)的活性,使轉(zhuǎn)化為抗凝酶的凝血酶可以與血小板結(jié)合,刺激血小板聚集,形成血栓［53,65］。Senini等［66］研究發(fā)現(xiàn),Porphyromonasgingivalis-LPS 刺激Cdc42升高,凝血時間減少,導(dǎo)致血栓形成,誘導(dǎo)MI等心血管疾病的發(fā)生。為防止失血和維持血管的完整性,血管損傷后血栓便形成了,這不僅減少了血流量,而且導(dǎo)致了組織缺氧和梗死,誘導(dǎo)并加重MI。

4.6 斑塊破裂

Zhang等［53］研究發(fā)現(xiàn),Porphyromonasgingivalis增多可導(dǎo)致輔助性T 細胞17(T helper cell 17,Th17)增多和調(diào)節(jié)性T細胞(Regulatory cells,Tregs)減少,導(dǎo)致Th17/Tregs失衡和斑塊不穩(wěn)定。Porphyromonasgingivalis及代謝產(chǎn)物使單核細胞增多,誘導(dǎo)Th17/IL-17 反應(yīng)增多,使 TNF-α、IL-1β、IL-6 和 IL-17升高,通過 TLR2/TLR4 調(diào)控和炎癥反應(yīng)形成AS斑塊,導(dǎo)致AS發(fā)生。

5 小結(jié)與展望

綜上所述,口腔微生物的發(fā)生發(fā)展與心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生息息相關(guān),Porphyromonasgingivalis是其中常見而典型的細菌,研究其中的關(guān)系將為未來口腔與心血管疾病的防治提供重要參考價值,有利于疾病的轉(zhuǎn)歸。

在牙周炎致病過程中,Porphyromonasgingivalis是其常見致病菌,當(dāng)合并其他細菌如伴放線桿菌(Aa)、福賽坦氏菌等時,它們的致病因子、致病途徑和致病機制對CVD的影響值得深入探討。

在致病因子上,Porphyromonasgingivalis的菌毛、血凝素均有不同分型,還有牙齦素、Toll樣受體、膠原酶等不常見的毒力因子未被深入研究,它們可對Porphyromonasgingivalis的毒力、侵襲力產(chǎn)生影響并可通過調(diào)節(jié)宿主的免疫、炎癥等反應(yīng),誘導(dǎo)心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展,可以對其做探討。

在發(fā)病機制上,目前許多報道Porphyromonasgingivalis與CVD的密切關(guān)系,Porphyromonasgingivalis可通過募集黏附單核細胞,使泡沫細胞形成和內(nèi)膜細胞增生,促進巨噬細胞表面LDL增加導(dǎo)致硬化斑塊及血栓形成,從而引發(fā)CVD［68］。然而,對于急性心肌梗死(AMI),Sun等［61］發(fā)現(xiàn)Porphyromonasgingivalis毒素雖可激活記憶 CD8+T 細胞,但在阻斷CD8+T 細胞的激活后,并沒有影響巨噬細胞數(shù)量或使其細胞壁變薄,表明該激活CD8+T 細胞可能只是AMI的發(fā)生其中一個原因,其原理值得深究［33］;另一方面,Porphyromonasgingivalis對血管鈣化的作用研究目前也較少;因此,Porphyromonasgingivalis參與CVD發(fā)生發(fā)展的過程及發(fā)病機制尚有許多值得探討與深入研究的地方。

在治療上,Shiheido等［2］用免疫球蛋白 Y 對抗牙齦蛋白酶治療顯著降低了由心臟破裂引起的 Pg 接種 MI 小鼠的死亡率;Chen 等［69］的發(fā)現(xiàn)表明BMP4 在感染相關(guān)血管鈣化中可能具有治療作用。唐路等［35］發(fā)現(xiàn)通過牙周治療,可減緩頸總動脈內(nèi)膜厚度增加的進程。這都是我們在臨床上治療思路值得借鑒的地方,通過有效牙周治療,減少Porphyromonasgingivalis等炎癥因子,有利于防治CVD。也可以通過增加臨床樣本量,對大量受試者進行隨訪,明確牙周治療對CVD轉(zhuǎn)歸的影響。

作者貢獻聲明

胡穎文:提出研究思路,整理文獻,撰寫論文;馬曉嵐:提出研究框架,修改論文;牛海濤:制定大綱,審核論文;黃躍:提出研究思路,修改論文。

利益沖突聲明

本研究未受到企業(yè)、公司等第三方資助,不存在潛在利益沖突。