具核梭桿菌和全身疾病相關性的綜述

1、具核梭桿菌和全身疾病相關性的綜述摘要：具核梭桿菌(Fusobacteriumnucleatum， F.nucleatum)屬于革蘭陰性專性厭氧菌，參與牙周疾病的炎癥反應，是牙周炎的可疑致病菌之一。該菌除可引起口腔疾病外，還可在敗血癥相關感染，盆腔炎，腦、肝、肺、脾等臟器的膿腫中分離獲得。近來關于 F.nucleatum與早產低體重兒、結直腸癌及呼吸道感染相關性的研究成為熱點，本將對 F.nucleatum生物學功能及與口腔感染、全身疾病相關性的研究進展作一綜述。1 F.nucleatum的生物學功能1.1生物學特性與分型 F.nucleatum是一種革蘭陰性無芽孢專性厭氧菌，兩端尖銳，中間膨大

2、，狀如梭形。最適生長環(huán)境為37專性厭氧環(huán)境，血平板上菌落形態(tài)為扁平、邊緣不齊、中央凸起的半透明茵落，呈玻璃屑或面包屑狀。最早在1893年由vanLeeuwenhock從牙菌斑中分離到梭狀的微生物，1898年Veillon和Zuber純化了這種細菌并命名為成梭桿菌(Bacillusfusi-forrnis)。1992年由Korr將 F.nucleatum歸類為梭桿菌屬(Fusobacterium)。1990年Drink等根據全菌體蛋白電泳特征和DNA同源性等將 F.nucleatum分為三個亞種：(1)具核梭桿菌具核亞種(nucleatum subspnucleatum)，其模式株為ATCC25

3、586；(2)具核梭桿菌多形亞種(F.nucleatum subsppolymorphum)，其模式株為ATCC10953；(3)具核梭桿菌文森亞種( F.nucleatum subspvincentii)，其模式株為ATCC19256。而后Gharbia等將具核梭桿菌動物株(F.nucleatum subspanimalis，模式株為NCTC12276)獨立成一個亞種，人類株分成三個亞種，即具核亞種、多形亞種和成梭亞種( F.nucleatum subspfusifome，模式株為NCTC11326)。1.2細菌共聚作用共聚是指不同種細菌間的粘附。研究證實 F.nucleatum憑借其表面不

4、同的粘附素，可與幾乎所有的口腔細菌發(fā)生共聚，在菌斑生物膜形成過程中擔任“橋梁”分子，對菌斑生物膜的成熟至關重要。然而 F.nucleatum與口腔早期定植菌和晚期定植菌的共聚形式是不同的。Kaplan等研究發(fā)現(xiàn) F.nucleatum細胞外膜蛋白RadD是一種精氨酸可抑制性粘附素，介導 F.nucleatum與革蘭陽性早期定植菌血鏈球菌的共聚1。 F.nucleatum與革蘭陰性晚期定植菌的共聚是由粘附素Fap一2介導的一種半乳糖敏感性的共聚2。1.3粘附和侵入粘附和侵入宿主細胞是 F.nucleatum發(fā)揮毒力作用的重要環(huán)節(jié)。研究證實 F.nucleatum具有很強的粘附能力，可粘附于上皮細

5、胞、成纖維細胞、內皮細胞、多形核白細胞等多種宿主細胞表面，并與唾液大分子、細胞外基質蛋白等結合，激發(fā)一系列宿主反應。通過糖抑制試驗發(fā)現(xiàn)含有半乳糖的糖類強烈抑制 F.nucleatum對上皮細胞的粘附，不含半乳糖的糖類僅有很弱的抑制作用或沒有抑制作用，所以 F.nucleatum對上皮細胞的粘附涉及到一種半乳糖限制性凝集素。2015年Coppenhagen-Glazer等研究證實粘附素Fap2不僅介導 F.nucleatum與晚期定植菌牙齦卟啉單胞菌的半乳糖敏感性共聚，而且參與調控 F.nucleatum對人胚胎腎細胞的粘附能力。Coppenhagen-Glazer等將 F.nucleatum

6、Fap2突變株經由鼠尾靜脈注射人懷孕1517d的雌鼠體內，24h后收集孕鼠胎盤，發(fā)現(xiàn) F.nucleatum Fap2突變株在胎盤的定植能力明顯減弱2。目前認為細菌可通過胞吞和拉鏈兩種機制侵入細胞。研究發(fā)現(xiàn)大部分的牙周致病菌如伴放線聚集桿菌和牙齦卟啉單胞菌等是通過胞吞機制侵入宿主細胞。Han等通過電鏡觀察首次證實了Fnucleaturn是通過拉鏈機制侵入上皮細胞，需要細菌編碼的配體和宿主細胞表面的相應受體特異性結合，并不引起細胞表面形態(tài)的改變。2005年Han等發(fā)現(xiàn)了一種僅存于口腔梭桿菌屬菌體表面，與梭桿菌粘附、定植宿主細胞密切相關的新型粘附素FadA。2007年Xu等構建了fadA基因缺陷株

7、(F一cleaturnUS1)和互補株( F.nucleatumUSF81)，發(fā)現(xiàn)fadA基因缺陷株對細胞的結合力下降了70%80%，而互補株的細胞結合增加了34倍，證明FadA與 F.nucleatum的粘附性密切相關3。Han等通過動物實驗證實 F.nucleatum能經血行到達胎盤并粘附到胎盤內皮細胞上，引發(fā)懷孕大鼠的早產和死胎4。FadA在 F.nucleatum粘附侵入胎盤內皮細胞中發(fā)揮重要作用5。而后Fardini6和Rubinsteinl7相繼證明宿主細胞膜上的鈣黏蛋白是FadA的受體，是 F.nucleatum能高效附著細胞的必需條件。2 F.nucleatum與口腔感染以往的

8、研究已經證實 F.nucleatum是齦上菌斑、齦下菌斑、牙周袋及感染根管等口腔感染部位的主要優(yōu)勢菌， F.nucleatum的檢出率和定植數(shù)量與牙周組織的炎癥、破壞程度之間存在正相關關系8。此外，我們還可在牙齦炎和牙周炎患者唾液中檢測到較高含量的 F.nucleatum9，其血清抗體滴度亦相應升高。 F.nucleatum的含量受環(huán)境因素影響。吸煙可增加健康牙周和感染牙周袋內 F.nucleatum的含量10。伴2型糖尿病的慢性牙周炎患者 F.nucleatum含量較單純慢性牙周炎患者高很多11。動物實驗證實 F.nucleatum可引發(fā)牙周感染。利用 F.nucleatum單獨感染小鼠可造

9、成牙周骨缺損或牙周膿腫形成。當 F.nucleatum分別與福賽坦菌、牙齦卟啉單胞菌共同感染小鼠時，菌群問的毒力協(xié)同作用加重了牙周骨缺損、膿腫程度，甚至導致小鼠的死亡12-13。3 F.nucleatum與全身疾病3.1 F.nucleatum與早產低體重兒早產低體重兒(preterm low birth weight，PLBW)的傳統(tǒng)危險因素有習慣性流產、高齡孕婦(36歲以上)、低齡孕婦(18歲以下)、孕婦身材過矮或體重過輕、子宮內膜炎、細菌性陰道炎、吸煙、酗酒等。然而這些傳統(tǒng)危險因素并不能完全解釋PLBW的發(fā)生，至今仍有2530的患兒病因不明。2O世紀9O年代Offenbacher等首次提

10、出牙周炎與PLBW的相關性。牙周炎癥主要可通過兩條途徑對妊娠結局產生影響：(1)牙周疾病使血液循環(huán)中炎性因子如白細胞介素-18(interleukin-1p，IL-113)、IL-6、基質金屬蛋白酶、腫瘤壞死因子-(tumor necrosis factor，TNF-)濃度上升，導致PLBW；(2)牙周致病菌直接侵入胎盤或某些細菌成分(如脂多糖)入血，刺激羊膜絨毛膜產生前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)和TNF，造成胎膜破裂，引發(fā)PLBW。Koren等對胎盤微生物樣本測序研究表明，與陰道、腸道、呼吸道等位點相比，胎盤微生物群落組成與口腔最為相似。Roberts對患有牙周

11、炎的羊膜完整的早產孕婦羊水進行分離培養(yǎng)，檢出最多的細菌是 F.nucleatum。Mikamo等認為Fnucleaturn產生的磷脂酶能使細胞膜的磷脂水解，花生四烯酸釋放，產生的前列腺素誘發(fā)宮縮，導致早產。Han等為證實 F.nucleatum的致病作用，將 F.nucleatum注射到孕鼠靜脈內，孕鼠發(fā)生了早產、死胎或幼鼠在出生后短時間內死亡，并首次在小鼠胎盤血管的上皮細胞中檢出了 F.nucleatum4，說明 F.nucleatum可先侵入血管內皮細胞，隨后感染胎盤導致早產和死胎等不良妊娠結局14-15。研究表明粘附素FadA在F，nucleatum粘附侵入胎盤內皮細胞中發(fā)揮重要作用5。

12、Fardini等發(fā)現(xiàn)Fnucleaum可通過FadA直接與血管內皮鈣黏蛋白415534區(qū)域結合，改變后者在細胞內的分布，使其離開細胞一細胞連接處向胞內遷移，導致血管內皮細胞完整性改變，通透性增強，從而使 F.nucleatum通過松開的細胞間結點穿過血管內皮，得以通過血液循環(huán)傳播至機體其他臟器，甚至穿透胎盤和血-腦屏障。同時，F(xiàn)adA結合并作用于鈣黏蛋白而破壞宿主細胞屏障的完整性，增強了大腸桿菌對血管內皮的穿透，說明 F.nucleatum的感染與定植可為其他細菌的侵入創(chuàng)造條件6。 綜上所述，牙周健康狀況不僅關系到全身健康，而且會影響到下一代。母親牙周炎與早產低體重兒存在關聯(lián)，可作為早產低體重

13、兒的獨立危險因素，而牙菌斑中的致病厭氧菌又是牙周炎的罪魁禍首。因此及時有效的清除牙菌斑就成為預防早產低體重兒發(fā)生的關鍵。3.2 F.nucleatum與結直腸癌結直腸癌(colorectal cancer，CRC)是最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和病死率均在全球位居癌癥前3位，近年呈上升趨勢。CRC的發(fā)生、發(fā)展與遺傳、環(huán)境、飲食及生活方式等多種因素有關，但其真正病因及發(fā)病機制尚未完全明確。結腸長期暴露于腸道微生態(tài)環(huán)境下，CRC的發(fā)生可能是某些微生物作用的結果。Chen等檢測了46例結腸癌患者的結腸癌組織和腸腔內的菌群組成，發(fā)現(xiàn)結腸癌組織中的梭桿菌比例(497)高于腸腔(O47)。Kostic等

14、利用全基因測序技術發(fā)現(xiàn)CRC組織中梭桿菌的富集現(xiàn)象，其中以 F.nucleatum居多，提示 F.nucleatum可能與結腸癌的發(fā)生相關。Castellarin等在大腸癌組織中亦測到高濃度的 F.nucleatum，且 F.nucleatum含量與淋巴結轉移高度相關。Flanagan等亦發(fā)現(xiàn) F.nucleatum與CRC的侵襲能力(如淋巴結轉移)相關E183。 在此基礎上Rubinstein等深入研究了 F.nucleatum促進結腸炎及結腸癌發(fā)展的可能作用機制7。該研究發(fā)現(xiàn)結腸癌患者病變組織中的fadA基因表達水平高于正常人群的結腸組織，且同一患者病變部位的fadA基因表達水平也高于相鄰

15、正常結腸組織。體外實驗對比 F.nucleatum、F.nucleatum US1和 F.nucleatum USF81對人結腸癌細胞HCT116的結合率，結果顯示FadA是細菌粘附及侵入HCT116細胞的必需因子，且單獨的FadA能與 F.nucleatum同等程度地刺激腫瘤基因和炎癥基因的表達，表明FadA是 F.nucleatum在刺激結腸癌細胞增殖和激發(fā)細胞炎癥反應中的主要毒力因子。同時，Rubinstein等發(fā)現(xiàn) F.nucleatum無法粘附和侵入不表達E-鈣黏蛋白的結腸癌細胞，證明E-鈣黏蛋白是FadA的關鍵性細胞結合受體。此外，F(xiàn)adA和 F.nucleatum刺激HCT116

16、細胞可誘導核轉錄因子NF-B，促炎細胞因子IL-6、IL-8和IL-18，癌基因wnt7A、7B，e-myc和細胞周期蛋白D1的表達，但對表達E_鈣黏蛋白的非結腸癌癌性細胞HEK293無促進細胞增殖和炎癥反應的作用。Kostic等認為 F.nucleatum產生的促炎性微環(huán)境能促進結腸癌的進展19。因此，F(xiàn)adA或許并不是結腸癌發(fā)生的罪魁禍首，但對結腸癌的進展起到推進作用。綜上，F(xiàn)adA是口腔 F.nucleatum的特異性粘附素，牙周可疑致病菌 F.nucleatum很可能是連接牙周病與結腸癌的關鍵點。這不僅提示患者保持口腔衛(wèi)生的重要性，未來還可思考將口腔內F.nucleatum的fadA基

17、因表達水平作為結腸癌的預測和診斷指標。3.3 F.nucleatum與呼吸道疾病研究表明呼吸道感染具有較高的人群發(fā)病率和死亡率，且占據了絕大部分的居民健康保健費用。近年來牙周炎與呼吸道感染的關系越來越受到重視。1999年Scannapieco等提出口腔致病菌及分泌物的吸入可引發(fā)或加重呼吸道的感染，其作用機制可能為：(1)口腔致病菌如牙齦卟啉單胞菌、伴放線聚集桿菌被吸入肺部，可導致肺部感染；(2)唾液中與牙周炎相關的酶類可改變黏膜表面粘附受體，促進呼吸道致病粘附和定植，進而吸入肺內；(3)與牙周炎相關的酶類可破壞口腔致病菌表面的唾液薄膜，使其從口腔黏膜表面清除，粘附于呼吸道上皮；(4)來自牙周感

18、染的炎性細胞因子可改變呼吸道上皮表面，促進呼吸道致病菌的感染。 譚麗思等收集慢性阻塞性肺疾病患者痰標本利用realtime PCR技術檢測到 F.nucleatum的定植，而且 F.nucleatum相對含量隨著患者肺通氣功能的減弱而增加，提示F.nucleatum與慢性阻塞性肺疾病密切相關20。大量的流行病學調查證實F.nucleatum很容易造成患有慢性疾病患者(如腫瘤、免疫缺陷、糖尿病等)的感染，呼吸道是其感染的主要來源，且具有很高的呼吸衰竭死亡率21-22。2014年Gedik等首次發(fā)現(xiàn) F.nucleatum感染造成健康兒童的支氣管內損傷，提示我們不能一再地憑借經驗主義應用廣譜抗生素

19、治療兒童肺炎和肺膿腫，應該考慮到厭氧菌F.nucleatum感染23。鑒于呼吸道感染是導致囊性纖維化(cystic fibrosis，CF)患者死亡的主要因素，Kramer等分析經抗生素治療后CF患者呼吸道菌群特性，發(fā)現(xiàn)F.nucleatum等厭氧菌群在CF患者痰標本中亦具有較高的含量和穩(wěn)定度，說明F.nucleatum可能會影響CF患者氣道菌群生態(tài)系，甚至改變菌群的致病性。綜上所述， F.nucleatum是一種與口腔感染及身體其他部位感染性疾病密切相關的病原菌，對 F.nucleatum毒力機制的研究，將為預防和治療口腔及全身感染性疾病提供新的思路。參 考文 獻1 Kaplan Chris

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