牙龈卟啉单胞菌与动脉粥样硬化

    作者：吴娟综述 孙卫斌审校    作者单位：南京医科大学口腔医学研究所 江苏 南京 210029

    【摘要】  大量流行病学证据已经证实牙周病和动脉粥样硬化存在一定的相关性，目前的研究主要偏向于牙周病在动脉粥样硬化病因中的作用机制，牙周病的病原体如牙龈卟啉单胞菌是否为动脉粥样硬化的病原体尚不清楚。本文对牙龈卟啉单胞菌在动脉粥样硬化发生、发展过程中所起的作用作一综述。

    【关键词】  牙周病； 动脉粥样硬化； 牙龈卟啉单胞菌

    APorphyromonas gingivalis and atherosclerosis  WU Juan, SUN Wei-bin. （Institute of Stomatology, Nanjing Me Udical iversity, Nanjing 210029, China）

    [Abstract]  Links between periodontal diseases and atherosclerosis have been well documented by epidemiological studies. Recently, research has shifted to elucidating the biologic mechanism for a causal relationship. However, it is still not clear whether periodontopathic pathogens, such as Porphyromonas gingivalis（P.gingivalis）, are truly etiologic agents or ubiquitous bystanders. This article reviewed the current understanding about the biological interactions between P.gingivalis and atherosclerosis and the biological plausibility of periodontitis as a potential risk factor for cardiovascular disease.

    [Key words]  periodontal diseases;  atherosclerosis;  Porphyromonas gingivalis

    牙周病是由细菌菌斑微生物引起的慢性感染性疾病，常导致牙齿周围结缔组织的破坏，包括附着丧失，牙周袋形成，牙槽骨吸收以及牙齿的松动脱落[1]。近年来大量的研究结果表明：牙周病可能是某些全身系统性疾病的重要潜在危险因素，包括心血管疾病、糖尿病、早产及低体重儿、呼吸道感染、类风湿性关节炎等。

    动脉粥样硬化（atherosclerosis，As）是主要分布在大、中型弹力纤维以及肌性动脉壁的一种病变。随着As斑块的增大，管腔狭窄，血流受阻，导致心肌低血、低氧，当As斑块破裂和血栓形成时可发生心肌低血性坏死，心肌梗死等，患者死亡率较高。近年来，冠状As性心脏病和低血性脑血管疾病的发生率逐渐上升，已成为世界范围内导致人类死亡的主要原因之一。

    As一直被认为是血管壁慢性脂质代谢异常和血管舒张功能受损的过程，但确切的病因尚未完全阐明。一般认为，As由多个遗传和环境因素相互作用所致，其重要的危险因素有高血压、高血脂、吸烟和糖尿病等，较次要的如肥胖、缺乏运动、心理社会因素、内分泌、遗传和年龄的因素，但目前有超过1/3的As患者缺乏以上危险因素[2-4]。相关的病因假说包括损伤反应学说、脂质浸润学说、氧化学说、血栓形成学说和炎症学说。

    1999年，Ross[3]提出，As是一种炎症性疾病，而不单纯是由于脂质沉积所致。2002年，Libby等[5]进一步提出，炎症反应在As的发生、斑块形成以及斑块表面破裂并发血栓形成的所有阶段均发挥了作用。在As斑块的活检或尸检发现，近一半的斑块标本可以检测到牙周常驻菌，其中多数为牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.gingivalis）。本文对P.gingivalis在As中的作用进行综述。

    P.gingivalis是成人牙周炎的主要病原体，为革兰阴性、无芽胞厌氧杆菌，主要定植于牙周袋上皮和龈下菌斑表面。P.gingivalis可以通过菌毛、荚膜、外膜、膜泡等黏附于颊黏膜、牙周袋上皮及菌斑中其他细菌表面。P.gingivalis的毒力因子包括脂多糖、红细胞凝集素、蛋白酶、牙龈素、荚膜多糖和菌毛等，可以发挥毒性作用及破坏作用。P.gingivalis可以存在于牙龈组织中，并可黏附或入侵到牙龈上皮细胞，在细胞内大量生长繁殖，释放毒素，从而逃避宿主的防御机制。严重牙周炎时常可见牙周组织基底膜破坏，P.gingivalis穿透牙龈上皮屏障，P.gingivalis及其毒性产物可以进入血流，从而形成菌血症和毒血症。大量研究显示，P.gingivalis是As的潜在危险因素。

    1  动脉粥样硬化斑块中存在着牙龈卟啉单胞菌

    Leurent等[6]在对1例45岁心肌梗死男性患者行血管成形术及支架术后10周的核糖核体检测过程中发现，该患者心包积液中含有P.gingivalis的16S rDNA。Haraszthy等[7]以16S rRNA方法检测了50例颈动脉剥脱术后获得的As斑块中的主要牙周致病菌，结果显示，P.gingivalis的阳性率为26%。利用聚合酶链反应、免疫荧光测定和电子显微镜等技术证实，As斑块中存在P.gingivalis[8-9]。Cavrini等[10]利用聚合酶链反应技术和原位荧光杂交技术，在患有As的两例患者的病变斑块中检测出P.gingivalis，P.gingivalis存在于As病变区域的动脉壁上，并且可能具有代谢活力。

    2  动物模型

    动物模型研究显示，P.gingivalis能够加速As的发生、发展。Li等[11]用apoE（+/-）小鼠经静脉注射P.gingivalis后发现，小鼠As病变范围扩大。Lalla等[12]在apoE（-/-）局部感染P.gingivalis后发现，As斑块数目增加，形态学分析显示As病变范围增加了40%，并且在主动脉检测出P.gingivalis的DNA。Jain等[13]用富含脂肪的饮食喂养兔，创建As模型，用丝线结扎磨牙并接种P.gingivalis来诱发兔牙周炎，结果发现，在发生牙周炎的兔的动脉壁上有较多的脂质沉积。

    3  体外实验

    大量的体外实验证实，P.gingivalis可入侵上皮细胞、血管内皮细胞、平滑肌细胞，在其细胞质中定植并发挥其毒性作用，导致细胞功能障碍；P.gingivalis可以促进巨噬细胞摄入胆固醇形成泡沫细胞。P.gingivalis在As的发生、斑块形成以及斑块表面破裂并发血栓形成的所有阶段均发挥了作用，其作用机制可能有以下几个方面。

    3.1  系统性炎症反应

    P.gingivalis感染牙周组织可引起全身宿主反应，并可穿透牙龈上皮屏障进入血循环中，患者血清和唾液中的P.gingivalis抗体水平升高。研究证实，P.gingivalis抗体水平升高与冠状As性心脏病和颈动脉狭窄相关[14]。P.gingivalis及其脂多糖等毒性产物可以不断地刺激宿主，激活炎症和免疫细胞。P.gingivalis还可以通过产生细胞因子，如肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、白细胞介素interleukin，IL）-1、地诺前列酮等触发炎症通路[15]。TNF和IL-1是As的形成、发展和斑块破裂直接相关的炎症因子。另外，致炎炎症介质上调，急性期蛋白水平升高，这些炎症介质和急性期蛋白还可与各种凝血机制相互作用，也可加重As的危险因素，从而加重As病变[16]。

    长期的P.gingivalis感染可引起低水平的菌血症和白细胞计数上升，可影响内皮细胞的完整性、脂蛋白的代谢、凝血以及血小板功能，从而导致牙周组织溃疡面的形成和局部血管改变，进一步加重菌血症。研究发现，P.gingivalis菌血症可以诱导正常胆固醇水平和高胆固醇水平的猪的冠状动脉和主动脉As的形成[17]。

    3.2  牙龈卟啉单胞菌入侵内皮细胞

    内皮组织由连续的单细胞分子层组成，在维持内环境的稳定中起着重要的作用，一旦内环境的稳定被打破，内皮细胞功能出现障碍，最终会导致As的发生。在有菌毛的条件下，P.gingivalis可以入侵主动脉内皮细胞、心脏内皮细胞、脐静脉内皮细胞和冠状动脉平滑肌细胞[18]。P.gingivalis可以激活内皮细胞黏附分子的释放[19]，如细胞间黏附分子-1、血管细胞黏附分子-1、P-选择素、E-选择素，从而有利于中性粒细胞向内皮细胞趋化，促进血管平滑肌细胞的迁移和增殖，促进血细胞的游走以及As的形成。P.gingivalis还可以促进内皮细胞释放单核细胞趋化蛋白（monocytechemoattractant protein，MCP）-1和IL-8等炎症细胞因子。MCP-1可间接地促进单核细胞的趋化和迁移[20]，MCP-1缺乏的小鼠很少发生As[21]。将内皮细胞和人外周血单核细胞共培养，P.gingivalis可以促进IL-8的表达，且有累加效应[22]。

    P.gingivalis可以黏附并且入侵内皮细胞，定植于内皮细胞的细胞质中发挥其毒性作用，可以诱导内皮细胞黏附分子和炎症细胞因子的表达，导致内皮细胞功能障碍进而促进动As的发生。

    3.3  泡沫细胞的形成

    巨噬细胞在As发生、发展的过程中起关键性作用，巨噬细胞可在动脉壁内膜摄入胆固醇，并形成As性斑块[23]。As发生的早期病理损害是在动脉壁表面形成脂质条纹，泡沫细胞是As脂质条纹病损形成的早期标志[24]，泡沫细胞还可以影响斑块的稳定性，有潜在导致斑块破裂和冠状动脉血栓形成的作用[25]。在As的发生发展中，巨噬细胞可以浸润并蓄积在动脉壁上，摄入氧化低密度脂蛋白逐渐转变为泡沫细胞。最近的研究证实，不同来源的单核细胞或巨噬细胞与低密度脂蛋白共培养时，P.gingivalis可以促进泡沫细胞的形成，P.gingivalis还可以促进低密度脂蛋白的氧化和聚集，加快泡沫细胞的形成[26-28]。另外，牙龈素同样可以促进泡沫细胞的形成[29]，P.gingivalis通过静脉注射和口腔接种到apoE（-/-）小鼠中，可以促进泡沫细胞的形成[11-12]。

    3.4  热休克蛋白

    热休克蛋白（heat shock proteins，HSP）是生物在受热、低血、低氧或代谢毒物等因素刺激时细胞内迅速增加的一种蛋白质，它是一种高度保守的蛋白质，其中HSP60是机体受到高温或其他外界因素刺激下触发的自身免疫反应而产生的应激蛋白[30]。人类的HSP60和微生物的HSP60在结构上高度同源，功能相似，两者可发生交叉反应（T细胞和抗体可以识别宿主和病原体的HSP），导致细胞损伤和平滑肌细胞的增殖，促进As的发生和斑块的形成[31]。P.gingivalis有HSP60和HSP90两种同源体[32-33]，在牙周病和动脉粥样硬化患者血清中检测出对T细胞特异性免疫应答的P.gingi-valis HSP60，并且在As病损中同样存在P.gingi-valis HSP60[34]。P.gingivalis HSP60可与人HSP60发生交叉反应。HSP60过度表达，可以导致细胞损伤，激活人血管内皮细胞表达多种细胞因子，从而促进斑块的细胞免疫应答，诱导斑块炎症反应。使斑块不稳定，在As发展过程中有促进炎症反应的作用。

    3.5  Toll样受体

    Toll样受体（Toll like receptor，TLR）能识别病原体上的特定序列，即病原体相关的分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPS），例如革兰阴性的脂多糖等，从而激活细胞内的信号传导，导致一些转录因子的活化，诱导炎症细胞因子的表达，在清除微生物，启动炎症免疫应答中起关键作用[35]。最近的研究显示，用半定量聚合酶链反应技术和免疫组织化学分析证实在人的As病损中，TLR1，TLR2和TLR4的表达明显增强[36]。Xu等[37]报道，在鼠或人的As斑块中，脂质和巨噬细胞浸润时，TLR4优先表达。TLR2可以识别P.gingivalis脂多糖和肽聚糖。人主动脉内皮细胞与野生型P.gingivalis共培养时，其TLR2和TLR4高表达，从而诱导先天性免疫炎症反应，P.gingivalis也可促进巨噬细胞表面TLR表达，用野生型P.gingivalis干预的apoE（-/-）小鼠可以增加As斑块的形成并提高主动脉组织TLR2和TLR4的表达[38]。

    3.6  菌毛的作用

    P.gingivalis菌毛在黏附和入侵组织细胞过程中起着关键作用，依靠菌毛的黏附作用，P.gingi-valis能在短时间内迅速入侵上皮细胞、血管内皮细胞、平滑肌细胞，在其细胞质中定植并发挥其毒性作用。P.gingivalis与人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVEC）共培养可以诱导细胞产生IL-8和MCP-1的产生。P.gingivalis菌毛纯化蛋白与主动脉内皮细胞共培养后，细胞间黏附分子-1、血管细胞黏附分子-1等表达增加；人主动脉内皮细胞（human aorta en-dothelial cells，HAEC）与野生型P.gingivalis共培养时，其TLR2和TLR4高表达，并可以促进泡沫细胞的形成，而野生型P.gingivalis则可以加速apoE（-/-）小鼠As斑块的沉积，而菌毛突变株P.gingivalis均无以上作用[22]。

    另外，P.gingivalis还可以表达胶原样血小板激活相关蛋白，可在体内或体外引起血小板的聚集[39]，促进血栓形成。

    目前，对于牙周炎和As的相关性研究大多数为观察性的，其结果仍然可被其他的危险因素所混杂。P.gingivalis可能直接或间接地促进As的发生和发展。然而，P.gingivalis对As影响的程度以及牙周病的治疗能否预防As等问题尚未清楚，需要牙周疾病和心血管疾病的防治工作者进一步研究证实。

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