具核梭桿菌和全身疾病相關性地綜述

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響，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、脾等臟器的膿月中中 別離獲得。近來關于F.nucleatum 與早產(chǎn)低體重兒、結直腸癌與呼吸道感染相 關性的研究成為熱點，本將對 F.nucleatum 生物學功能與與口腔感染、全身疾 病相關性的研究進展作一綜述。F.nucleatum 是一種革蘭陰性無芽抱專性厭氧菌，兩端鋒利，中間膨大， 狀如梭形。最適生長環(huán)境為 37c專性厭氧

2、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從牙菌斑中別離到梭狀的微生物，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(jù)全菌體蛋 白電泳特征和DNAIWJ源性等將F.nucleatum 分為三個亞種：(1)具核梭桿菌具核 亞種(nucleatum subsp . nucleatum),其模式株為 ATCC255

3、86 (2)具核梭桿菌 多形亞種(F.nucleatum subsp . polymorphum),其模式株為 ATCC10953 (3)具 核梭桿菌文森亞種(F.nucleatum subsp . vincentii),其模式株為 ATCC19256 而后Gharbia等將具核梭桿菌動物株(F.nucleatum subsp. animalis ,模式株為 NCTC1227映立成一個亞種，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 subsp . fusifome ,模式株為 NCTC11326)共聚是指不同種細菌間的粘附。研究證實F.nucleatum憑借

4、其外表不同的粘附素，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 o F.nucleatum與革蘭陰性晚期定植菌的共聚是由粘 附素Fap - 2介導的一種半乳糖敏感性的共聚2。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(nèi)皮細胞、 多形核白細胞等多種宿主細胞外表，并與唾液大分子、細胞外基質(zhì)蛋白等結合， 激發(fā)一系列宿主反響。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與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 與晚期定植菌牙齦嚇咻單胞菌的半乳糖敏感性共聚，而且參與調(diào)控F.nucleatum 對人胚胎腎細胞的粘附能力。Coppenhagen-Glazer等將F.nucleat

6、um Fap2突變株經(jīng)由鼠尾靜脈注射人懷孕1517d的雌鼠體內(nèi)，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)大局部的牙周致病菌如伴放線聚集桿菌 和牙齦口卜咻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 F. nucleaturn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 細胞外表的相應受體特異性結合，并不引起細胞外表形態(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外表，與梭桿菌粘附、定植宿主細胞密切相關的新型粘附素FadA2007年Xu等構建了

7、fadA基因缺陷株(F . 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(jīng)血行到達胎盤 并粘附到胎盤內(nèi)皮細胞上，引發(fā)懷孕大鼠的早產(chǎn)和死胎4。FadA在 F.nucleatum粘附侵入胎盤內(nèi)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。以

8、往的研究已經(jīng)證實F.nucleatum 是齦上菌斑、齦下菌斑、牙周袋與感染 根管等口腔感染部位的主要優(yōu)勢菌，F(xiàn).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。止匕外，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 晨) oF.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(nèi)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

9、單獨感染小鼠 可造成牙周骨缺損或牙周膿月中形成。當 F.nucleatum 分別與福賽坦菌、牙齦嚇 咻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、 膿月中程度, 甚至導致小鼠的死亡12-13。早產(chǎn)低體重兒(preterm low birth weight , PLBW)傳統(tǒng)危險因素有習慣性 流產(chǎn)、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(nèi)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PLBWJ發(fā)生，至今仍有2530的患兒病因不明。2O世紀9O年代Offenbacher 等首次提出牙周炎與PLBW勺相關性。牙周炎癥主要

10、可通過兩條途徑對妊娠結局 產(chǎn)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(zhì)金屬蛋白酶、月中瘤壞死因子-a (tumor necrosis factor a, TNF-a )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(chǎn)生前列腺素 E2(prostaglandin E2 , PGE2)口 TNF-a ,造成胎月I破裂，引發(fā) PLBWKoren等對胎盤微生物樣本測序研究明確，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

11、有牙周炎的羊膜完整的早產(chǎn)孕婦羊水進展別離培養(yǎng)，檢出最多的細菌是F.nucleatum。Mikamo等認為F. nuclea-turn產(chǎn)生的磷脂酶能使細胞膜的磷脂水解，花生四烯酸釋放，產(chǎn)生 的前列腺素誘發(fā)宮縮，導致早產(chǎn)。Han等為證實F.nucleatum 的致病作用，將 F.nucleatum注射到孕鼠靜脈內(nèi)，孕鼠發(fā)生了早產(chǎn)、死胎或幼鼠在出生后短時間 內(nèi)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(nèi)皮細胞，隨后感染胎盤導致早產(chǎn)和死胎等不良妊娠 結局14-15。研究明確粘附素FadA在F, nucleatum粘附侵入胎盤內(nèi)皮細胞中

12、發(fā)揮重要作用5 0 Fardini等發(fā)現(xiàn)F. nucleaum可通過FadA直接與血管內(nèi)皮鈣 黏蛋白415534區(qū)域結合，改變后者在細胞內(nèi)的分布，使其離開細胞一細胞連 接處向胞內(nèi)遷移， 導致血管內(nèi)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(nèi)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(nèi)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

13、早產(chǎn)低 體重兒存在關聯(lián)，可作為早產(chǎn)低體重兒的獨立危險因素，而牙菌斑中的致病厭氧菌又是牙周炎的罪魁禍首。因此與時有效的去除牙菌斑就成為預防早產(chǎn)低體重兒發(fā)生的關鍵。-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刖黏蛋白的非結腸癌癌性細胞 HEK29就促 進細胞增殖和炎癥反響的作用。Kostic等認為F.nucleatum產(chǎn)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.

14、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(nèi)F.nucleatum的fadA基因表達水平作為結腸癌的預測和診斷指標。研究明確呼吸道感染具有較高的人群發(fā)病率和死亡率，且占據(jù)了絕大局部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等提出口腔致病菌與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） 口腔致病菌如牙齦嚇咻單胞菌、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外表粘附受 體，促進呼吸道致病粘附和定植，進而吸入肺內(nèi)；

15、（3）與牙周炎相關的酶類可破壞口腔致病菌外表的唾液薄膜，使其從口腔黏膜外表去除，粘附于呼吸道上皮； （4）來自牙周感染的炎性細胞因子可改變呼吸道上皮外表，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(diào) 查證實F.nucleatum很容易造成患有慢性疾病患者（如月中瘤、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

16、年Gedik等首次發(fā)現(xiàn)F.nucleatum 感染造成健康兒童的支氣管內(nèi)損傷，提 示我們不能一再地憑借經(jīng)驗主義應用廣譜抗生素治療兒童肺炎和肺膿月中，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(jīng)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 是一種與口腔感染與身體其他部位感染性疾病密切 相關

17、的病原菌，對F.nucleatum 毒力機制的研究，將為預防和治療口腔與全身感染性疾病提供新的思路。參考文獻1 Kaplan Christopher W,Lux Renate,Haake Susan Kinder,Shi Wenyuan.The Fusobacterium nucleatum outer membrane protein RadD is an arginine-inhibitable adhesin required for inter-species adherence and the structured architecture of multispecies biofi

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