甲基硫醇在牙周病病因学中的研究进展

    作者：马琴睿综述 何永红，万呼春审校    作者单位：1.四川大学华西口腔医院综合科；2.口腔疾病研究国家重点实验室 四川 成都 610041

    【摘要】  甲基硫醇是由特定的牙周可疑致病微生物在L-甲硫氨酸-γ-水解酶（METase）的催化下，代谢L-甲硫氨酸生成的。甲基硫醇可增加牙龈上皮的通透性，影响细胞骨架的重组；抑制牙龈、牙周结缔组织胶原以及细胞外基质的合成与分泌，从而影响细胞迁移；激活免疫级联反应，加速胶原的降解和牙槽骨的吸收。抑制METase活性即可抑制甲基硫醇的生成。下面就甲基硫醇的生成机制及其对牙周组织的破坏机制进行综述。

    【关键词】  甲基硫醇； L-甲硫氨酸-γ-水解酶； 牙周可疑致病微生物； 牙周病

    AThe role of methyl mercaptan in the etiology of periodontitis  MA Qin-rui1, HE Yong-hong2, WAN Hu-chun1. （1.Dept. of General Dentistry, West China College of Stomatology, Sichuan University，Chengdu 610041, China; 2.State Key Laboratory of Oral Diseases, Sichuan University, Chengdu 610041, China）

    [Abstract]  Methyl mercaptan is the metabolite of putative periodontal pathogen catalyzed by L-methionine-γ-lyase（METase）. It plays an important role in cytoskeletal reorganization through increasing permeability of mucosa, cell migration through inhibiting synthesis and secretion of collagen and extracellular matrix, and in collagen degradation and alveolar bone resorption through immunological activities. Production of methyl mercaptan declines with inhibiting the enzyme activity. The objective of this article is to review the production of methyl mercaptan and the relationship of methyl mercaptan and periodontitis.

    [Key words]  methyl mercaptan； L-methionine-γ-lyase； putative periodontal pathogen； periodontitis

    甲基硫醇是一种挥发性硫化物（volatile sulfur compound，VSC），具有低级硫醇的特臭，嗅觉阈值仅为0.5×10-6 g/L。甲基硫醇是由定植在舌背、牙周袋和牙齿邻面的革兰阴性厌氧菌代谢含硫蛋白质生成的。甲基硫醇在慢性牙周炎患者龈沟内较其他挥发性硫化物是一种优势气体，参与牙龈上皮组织、牙龈、牙周结缔组织的破坏以及牙槽骨的吸收等牙周病的病理过程。下面就甲基硫醇的生成机制及其对牙周组织的破坏机制进行综述[1-2]。

    1  甲基硫醇的生成机制

    1.1  甲基硫醇与牙周可疑致病微生物

    在口腔定植的微生物中，只有不到1/3的微生物可利用L-甲硫氨酸分解生成甲基硫醇。其中，牙龈卟啉单胞菌、牙髓卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体、具核梭杆菌、中间普雷沃菌和洛氏普雷沃菌等牙周可疑致病微生物可以生成大量的甲基硫醇[3]。

    牙周袋中硫化物质量浓度不同的位点，微生物种类有显著的差别。在硫化物阳性位点处，牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体、具核梭杆菌、福塞斯坦纳菌和变黑普雷沃菌的检出率明显高于硫化物阴性位点，而牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体、福塞斯坦纳菌属于与牙周炎紧密相关的红群家族，具核梭杆菌和洛氏普雷沃菌属于与红群定植紧密相关的橘群家族。有关牙周炎患者龈下菌斑微生物与牙周状况关系的研究显示，红群与牙周健康指数，尤其与牙周探诊指数和龈沟出血指数紧密相关，即甲基硫醇可能主要是由上述与牙周炎密切相关的致病性微生物生成的[4-5]。

    1.2  甲基硫醇的生成途径

    甲基硫醇是由口腔内脱落的上皮细胞，血液和唾液中的血细胞（主要是白细胞）以及食物残渣中的含硫蛋白质水解生成含硫蛋白胨和含硫多肽，并进一步降解成L-甲硫氨酸，再由L-甲硫氨酸脱氨基脱巯基形成。这2个阶段分别由不同的酶来催化完成，前一阶段是蛋白水解酶和肽酶催化形成L-甲硫氨酸；后一阶段是L-甲硫氨酸-γ-水解酶（L-Methionine-γ-lyase，METase）催化形成甲基硫醇。蛋白酶降解牙周组织细胞的蛋白成多肽，还可供养无蛋白分解能力的其他口腔细菌生长，对牙周组织造成破坏，其致病机制已有大量文献研究报道，在此不再赘述。多数厌氧菌和兼性厌养菌都不能直接利用蛋白质，而是通过非氧化脱氨基形式分解游离氨基酸，生成相应的饱和脂肪酸和氨。目前推断只有少数细菌，如牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体、具核梭杆菌和恶臭假单胞菌可通过氧化脱氨脱巯基作用，将L-甲硫氨酸分解为α-丁酮酸、氨和甲基硫醇，此过程在细胞内由METase催化完成[6-10]。

    1.3  甲基硫醇的代谢酶

    METase与L-甲硫氨酸的亲和力高，极少量的L-甲硫氨酸也可被分解生成甲基硫醇。牙龈卟啉单胞菌与齿垢密螺旋体METase的底物亲和力大致相同，当其底物质量浓度较高时，两者的产物生成量相当；但是当其底物的质量浓度较低时，齿垢密螺旋体的产物生成量是牙龈卟啉单胞菌的100倍。究其原因，可能系两者将L-甲硫氨酸摄取至细胞内的能力不同，也可能系两者METase的mgl基因表达水平有所不同[7-8]。

    METase除了引发α、γ-键断裂催化L-甲硫氨酸生成α-丁酮酸、氨和甲基硫醇外，还可引发α、γ-键断裂或者α、β-键断裂催化L-乙硫氨酸、S-甲基-L-半胱氨酸、DL-同型半胱氨酸、L-半胱氨酸等生成α-酮酸、氨和相应的巯基化合物，但METase催化α、γ-键断裂的效率更高。METase对底物的相对特异性，提示能合成该酶的细菌可以利用结构相似的多种底物生成挥发性的巯基化合物[7]。

    METase是某些牙周致病微生物的毒力因子之一。构建牙龈卟啉单胞菌METase缺失突变菌株，分别给小鼠注射突变及其亲代菌悬液，注射突变菌株组的小鼠致死率明显高于注射亲代菌悬液组，致死模型可粗略推断METase或其产物甲基硫醇对机体有毒性作用[6-7]。

    METase还是某些糖肽类抗生素的灭活酶。具核梭杆菌METase能将某些肽聚糖合成抑制剂分解为α-酮酸、氨和相应的巯基化合物，从而逃避这一类抗生素的作用[9]。

    目前，METase只在牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体、具核梭杆菌3种牙周可疑致病微生物中检测到，而未能在哺乳动物体内检测到。若能抑制METase，就能在患者体内通过选择性地抑制牙周可疑致病微生物来治疗口臭，并且在一定程度上延缓牙周病的进程。氟化甲硫氨酸衍生物可以抑制牙龈卟啉单胞菌的生长，但是对不生成甲基硫醇的细菌则没有抑制作用，其用于牙周病和口臭治疗的潜在前景备受学者关注[11]。

    2  甲基硫醇对牙周组织的破坏机制

    2.1  甲基硫醇对牙龈上皮的破坏

    沟内上皮的基底膜具有半透膜作用，正常状态下只允许某些小分子物质选择性地通过，大分子物质则不能通过。暴露在甲基硫醇下，上皮通透性增加，为细菌酶、毒素及其代谢产物向深层组织的入侵打开了门户。甲基硫醇严重抑制原本生长速率较高的上皮源性癌细胞的生长。小鼠皮肤打孔模型显示，甲基硫醇可延缓上皮创面的愈合，使上皮细胞Ⅳ型胶原合成障碍[12-13]。

    上皮细胞的通透性是由细胞内和细胞外因子共同调控的，其中最重要的细胞内因子为细胞骨架。细胞骨架主要由微管、微丝和中间纤维组成，微丝与鹰架蛋白结合呈紧密连接，从而调节和维持细胞的通透性。微丝的组装与解聚受鸟苷三磷酸酶的调控，鸟苷三磷酸酶是Ras超家族小G-蛋白最主要的成员。VSC可改变Ras信号转导途径，影响细胞骨架，如改变细胞形态和改变微丝在细胞内的分布，从而破坏细胞间紧密连接，使上皮通透性增加。VSC还可导致上皮细胞出现大量受损细胞和死细胞[14]。

    2.2  甲基硫醇对牙龈和牙周结缔组织的破坏

    牙龈和牙周结缔组织包括胶原纤维、弹性纤维以及无定形基质，主要由成纤维细胞生成。其体外培养物暴露在甲基硫醇下1～2 d，细胞内总蛋白和胶原蛋白的质量减少，其中Ⅰ型胶原α1链、α2链以及Ⅲ型胶原的减少最为明显，这与牙周病始发期胶原的破坏相吻合。同时脯氨酸转运也受到严重抑制，机制尚不清楚。甲基硫醇可协同白细胞介素-1诱导成纤维细胞分泌胶原酶，胶原酶作为降解胶原的始动因子在胶原损伤中起重要作用[15-18]。

    免疫反应的信号由细胞外传至细胞内，依赖于环腺苷磷酸信号通路。炎症递质地诺前列酮作用于细胞膜受体，激活腺苷酸环化酶将腺苷三磷酸转化成环磷酸腺苷，依赖环腺苷磷酸的蛋白激酶A催化腺苷三磷酸使组织蛋白酶-B磷酸化，活化的组织蛋白酶-B不仅可直接降解胶原和蛋白多糖，还可激活基质金属蛋白酶降解多种细胞外基质。暴露在甲基硫醇下的成纤维细胞地诺前列酮和环腺苷磷酸的量显著增加，组织蛋白酶-B活性也显著增加，证明甲基硫醇触发这一信号通路的级联放大，从而增强免疫反应[18]。

    细胞与细胞外基质以及细胞间的黏附和迁移是由整联蛋白信号通路介导的。整联蛋白是细胞表面黏附分子，与纤维粘接蛋白结合，形成细胞-基质和细胞-细胞间复合物。暴露在甲基硫醇下的成纤维细胞，出现大量的纤连蛋白异单聚体，影响了细胞因子、细胞外基质、整联蛋白和基质金属蛋白酶的调节网络，从而影响细胞的迁移，最终导致引导性组织再生术后新附着的形成障碍[19]。

    钠氢泵的活性也影响细胞的迁移。所有的整联蛋白均能通过钠氢泵调节细胞内氢离子的浓度，暴露在甲基硫醇下的成纤维细胞内pH值下降，提示整联蛋白功能障碍[19-20]。

    2.3  甲基硫醇对牙槽骨吸收的影响

    甲基硫醇与脂多糖协同作用，除刺激单核细胞生成白细胞介素-1外，还可刺激成纤维细胞生成地诺前列酮。白细胞介素-1是骨脱矿最有效的诱导因素，可诱导破骨细胞的前体细胞增生分化，诱导破骨细胞活化，并间接作用于成熟的破骨细胞，刺激骨吸收。地诺前列酮是牙周骨吸收最有力的刺激因素，具有双向作用，既可诱导成骨细胞钙化，又可诱导破骨细胞分化和新生。地诺前列酮特别是在与白细胞介素-1共存的状态时，会出现相乘效应使骨吸收反应亢进。地诺前列酮还可刺激成纤维细胞生成白细胞介素-6。白细胞介素-6能刺激破骨细胞分化和骨吸收并抑制骨形成，在牙周炎的进展和骨吸收中也起重要的作用[18-20]。

    3  结束语

    综上所述，甲基硫醇作为牙周可疑致病微生物的代谢产物，对牙龈上皮、牙龈、牙周结缔组织和牙槽骨均有破坏作用，其牙周致病性备受学者关注。甲基硫醇的致病机制还有很多尚无定论，有待进一步的研究，以期为口臭和牙周病的治疗打开新的思路。

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