具核梭桿菌和全身疾病相關(guān)性的綜述

具核梭桿菌和全身疾病相關(guān)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(yīng)，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(guān)感染，盆腔炎，腦、肝、肺、脾等臟器的膿腫中分離獲得。近來(lái)關(guān)于F.nucleatum與早產(chǎn)低體重兒、結(jié)直腸癌及呼吸道感染相關(guān)性的研究成為熱點(diǎn)，本將對(duì)F.nucleatum生物學(xué)功能及與口腔感染、全身疾病相關(guān)性的研究進(jìn)展作一綜述。F.nucleatum的生物學(xué)功能1.1生物學(xué)特性與分型F.nucleatum是一種革蘭陰性無(wú)芽孢專性厭氧菌，兩端尖銳，中間膨大，狀如梭形。最適生長(zhǎng)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(xì)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DNA同源性等將F.nucleatum分為三個(gè)亞種：(1)具核梭桿菌具核亞種(nucleatumsubsp.nucleatum),其模式株為ATCC25586;(2)具核梭桿菌多形亞種(F.nucleatumsubsp.polymorphum),其模式株為ATCC10953;(3)具核梭桿菌文森亞種(F.nucleatumsubsp.vincentii),其模式株為ATCC19256。而后Gharbia等將具核梭桿菌動(dòng)物株(F.nucleatumsubsp.animalis,模式株為NCTC12276)獨(dú)立成一個(gè)亞種，人類株分成三個(gè)亞種，即具核亞種、多形亞種和成梭亞種(F.nucleatumsubsp.fusifome,模式株為NCTC11326)。細(xì)菌共聚作用共聚是指不同種細(xì)菌間的粘附。研究證實(shí)F.nucleatum憑借其表面不同的粘附素，可與幾乎所有的口腔細(xì)菌發(fā)生共聚，在菌斑生物膜形成過(guò)程中擔(dān)任“橋梁”分子，對(duì)菌斑生物膜的成熟至關(guān)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(xì)胞外膜蛋白R(shí)adD是一種精氨酸可抑制性粘附素,介導(dǎo)F.nucleatum與革蘭陽(yáng)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—2介導(dǎo)的一種半乳糖敏感性的共聚［2］。粘附和侵入粘附和侵入宿主細(xì)胞是F.nucleatum發(fā)揮毒力作用的重要環(huán)節(jié)。研究證實(shí)F.nucleatum具有很強(qiáng)的粘附能力，可粘附于上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、多形核白細(xì)胞等多種宿主細(xì)胞表面，并與唾液大分子、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白等結(jié)合，激發(fā)一系列宿主反應(yīng)。通過(guò)糖抑制試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含有半乳糖的糖類強(qiáng)烈抑制F.nucleatum對(duì)上皮細(xì)胞的粘附，不含半乳糖的糖類僅有很弱的抑制作用或沒(méi)有抑制作用，所以F.nucleatum對(duì)上皮細(xì)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(shí)粘附素Fap2不僅介導(dǎo)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(diào)控F.nucleatum對(duì)人胚胎腎細(xì)胞的粘附能力。Coppenhagen-Glazer等將F.nucleatumFap2突變株經(jīng)由鼠尾靜脈注射人懷孕15~17d的雌鼠體內(nèi)，24h后收集孕鼠胎盤,發(fā)現(xiàn)F.nucleatumFap2突變株在胎盤的定植能力明顯減弱［2］。目前認(rèn)為細(xì)菌可通過(guò)胞吞和拉鏈兩種機(jī)制侵入細(xì)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(guò)胞吞機(jī)制侵入宿主細(xì)胞。Han等通過(guò)電鏡觀察首次證實(shí)了Fnucleaturn是通過(guò)拉鏈機(jī)制侵入上皮細(xì)胞，需要細(xì)菌編碼的配體和宿主細(xì)胞表面的相應(yīng)受體特異性結(jié)合，并不引起細(xì)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(xì)胞密切相關(guān)的新型粘附素FadA。2007年Xu等構(gòu)建了fadA基因缺陷株(F.—cleaturnUS1)和互補(bǔ)株(F.nucleatumUSF81)，發(fā)現(xiàn)fadA基因缺陷株對(duì)細(xì)胞的結(jié)合力下降了70%~80%,而互補(bǔ)株的細(xì)胞結(jié)合增加了3~4倍，證明FadA與F.nucleatum的粘附性密切相關(guān)［3］。Han等通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)F.nucleatum能經(jīng)血行到達(dá)胎盤并粘附到胎盤內(nèi)皮細(xì)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(xì)胞中發(fā)揮重要作用［5］。而后Fardini［6］和Rubinsteinl［7］相繼證明宿主細(xì)胞膜上的鈣黏蛋白是FadA的受體，是F.nucleatum能高效附著細(xì)胞的必需條件。F.nucleatum與口腔感染以往的研究已經(jīng)證實(shí)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(shì)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(guān)關(guān)系［8］。此外，我們還可在牙齦炎和牙周炎患者唾液中檢測(cè)到較高含量的F.nucleatum［9］真血清抗體滴度亦相應(yīng)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(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(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)F.nucleatum可引發(fā)牙周感染。利用F.nucleatum單獨(dú)感染小鼠可造成牙周骨缺損或牙周膿腫形成。當(dāng)F.nucleatum分別與福賽坦菌、牙齦卟啉單胞菌共同感染小鼠時(shí)，菌群?jiǎn)柕亩玖f(xié)同作用加重了牙周骨缺損、膿腫程度，甚至導(dǎo)致小鼠的死亡［12-13］。F.nucleatum與全身疾病F.nucleatum與早產(chǎn)低體重兒早產(chǎn)低體重兒(pretermlowbirthweight,PLBW)的傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素有習(xí)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(guò)矮或體重過(guò)輕、子宮內(nèi)膜炎、細(xì)菌性陰道炎、吸煙、酗酒等。然而這些傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素并不能完全解釋PLBW的發(fā)生，至今仍有25-30的患兒病因不明。2O世紀(jì)9O年代Offenbacher等首次提出牙周炎與PLBW的相關(guān)性。牙周炎癥主要可通過(guò)兩條途徑對(duì)妊娠結(jié)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(xì)胞介素-18(interleukin-1p,IL-113)、IL-6、基質(zhì)金屬蛋白酶、腫瘤壞死因子-a(tumornecrosisfactor—a,TNF-a)濃度上升，導(dǎo)致PLBW;(2)牙周致病菌直接侵入胎盤或某些細(xì)菌成分(如脂多糖)入血，刺激羊膜絨毛膜產(chǎn)生前列腺素E2(prostaglandinE2,PGE2)和TNF—a,造成胎膜破裂,引發(fā)PLBW。Koren等對(duì)胎盤微生物樣本測(cè)序研究表明，與陰道、腸道、呼吸道等位點(diǎn)相比，胎盤微生物群落組成與口腔最為相似。Roberts對(duì)患有牙周炎的羊膜完整的早產(chǎn)孕婦羊水進(jìn)行分離培養(yǎng)，檢出最多的細(xì)菌是F.nucleatum。Mikamo等認(rèn)為F.nuclea—turn產(chǎn)生的磷脂酶能使細(xì)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(dǎo)致早產(chǎn)。Han等為證實(shí)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(shí)間內(nèi)死亡，并首次在小鼠胎盤血管的上皮細(xì)胞中檢出了F.nucleatum［4］,說(shuō)明F.nucleatum可先侵入血管內(nèi)皮細(xì)胞，隨后感染胎盤導(dǎo)致早產(chǎn)和死胎等不良妊娠結(jié)局［14-15］。研究表明粘附素FadA在F,nucleatum粘附侵入胎盤內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)揮重要作用［5］。Fardini等發(fā)現(xiàn)F.nucleaum可通過(guò)FadA直接與血管內(nèi)皮鈣黏蛋白415-534區(qū)域結(jié)合,改變后者在細(xì)胞內(nèi)的分布,使其離開(kāi)細(xì)胞一細(xì)胞連接處向胞內(nèi)遷移,導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞完整性改變,通透性增強(qiáng),從而使F.nucleatum通過(guò)松開(kāi)的細(xì)胞間結(jié)點(diǎn)穿過(guò)血管內(nèi)皮，得以通過(guò)血液循環(huán)傳播至機(jī)體其他臟器,甚至穿透胎盤和血-腦屏障。同時(shí)，F(xiàn)adA結(jié)合并作用于鈣黏蛋白而破壞宿主細(xì)胞屏障的完整性,增強(qiáng)了大腸桿菌對(duì)血管內(nèi)皮的穿透,說(shuō)明F.nucleatum的感染與定植可為其他細(xì)菌的侵入創(chuàng)造條件［6］。綜上所述,牙周健康狀況不僅關(guān)系到全身健康,而且會(huì)影響到下一代。母親牙周炎與早產(chǎn)低體重兒存在關(guān)聯(lián),可作為早產(chǎn)低體重兒的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,而牙菌斑中的致病厭氧菌又是牙周炎的罪魁禍?zhǔn)?。因此及時(shí)有效的清除牙菌斑就成為預(yù)防早產(chǎn)低體重兒發(fā)生的關(guān)鍵。F.nucleatum與結(jié)直腸癌結(jié)直腸癌(colorectalcancer,CRC)是最常見(jiàn)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(shì)。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(guān)，但其真正病因及發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。結(jié)腸長(zhǎng)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(jié)果。Chen等檢測(cè)了46例結(jié)腸癌患者的結(jié)腸癌組織和腸腔內(nèi)的菌群組成，發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌組織中的梭桿菌比例(4.97)高于腸腔(O.47)。Kostic等利用全基因測(cè)序技術(shù)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(jié)腸癌的發(fā)生相關(guān)。Castellarin等在大腸癌組織中亦測(cè)到高濃度的F.nucleatum,且F.nucleatum含量與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移高度相關(guān)。Flanaga等亦發(fā)現(xiàn)F.nucleatum與CRC的侵襲能力(如淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移)相關(guān)E183。在此基礎(chǔ)上Rubinstein等深入研究了F.nucleatum促進(jìn)結(jié)腸炎及結(jié)腸癌發(fā)展的可能作用機(jī)制［7］。該研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌患者病變組織中的fadA基因表達(dá)水平高于正常人群的結(jié)腸組織，且同一患者病變部位的fadA基因表達(dá)水平也高于相鄰正常結(jié)腸組織。體外實(shí)驗(yàn)對(duì)比F.nucleatum、F.nucleatumUS1和F.nucleatumUSF81對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116的結(jié)合率，結(jié)果顯示FadA是細(xì)菌粘附及侵入HCT116細(xì)胞的必需因子，且單獨(dú)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(dá)，表明FadA是F.nucleatum在刺激結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和激發(fā)細(xì)胞炎癥反應(yīng)中的主要毒力因子。同時(shí)，Rubinstein等發(fā)現(xiàn)F.nucleatum無(wú)法粘附和侵入不表達(dá)E-鈣黏蛋白的結(jié)腸癌細(xì)胞，證明E-鈣黏蛋白是FadA的關(guān)鍵性細(xì)胞結(jié)合受體。此外，F(xiàn)adA和F.nucleatum刺激HCT116細(xì)胞可誘導(dǎo)核轉(zhuǎn)錄因子NF-kB,促炎細(xì)胞因子IL-6、IL-8和IL-18,癌基因wnt7A、7B,e-myc和細(xì)胞周期蛋白D1的表達(dá)，但對(duì)表達(dá)E_鈣黏蛋白的非結(jié)腸癌癌性細(xì)胞HEK293無(wú)促進(jìn)細(xì)胞增殖和炎癥反應(yīng)的作用。Kostic等認(rèn)為F.nucleatum產(chǎn)生的促炎性微環(huán)境能促進(jìn)結(jié)腸癌的進(jìn)展［19］。因此，F(xiàn)adA或許并不是結(jié)腸癌發(fā)生的罪魁禍?zhǔn)祝珜?duì)結(jié)腸癌的進(jìn)展起到推進(jìn)作用。綜上,FadA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(jié)腸癌的關(guān)鍵點(diǎn)。這不僅提示患者保持口腔衛(wèi)生的重要性，未來(lái)還可思考將口腔內(nèi)F.nucleatum的fadA基因表達(dá)水平作為結(jié)腸癌的預(yù)測(cè)和診斷指標(biāo)。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(jù)了絕大部分的居民健康保健費(fèi)用。近年來(lái)牙周炎與呼吸道感染的關(guān)系越來(lái)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(jī)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(dǎo)致肺部感染；(2)唾液中與牙周炎相關(guān)的酶類可改變黏膜表面粘附受體，促進(jìn)呼吸道致病粘附和定植，進(jìn)而吸入肺內(nèi)；(3)與牙周炎相關(guān)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(lái)自牙周感染的炎性細(xì)胞因子可改變呼吸道上皮表面，促進(jìn)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(biāo)本利用realtimePCR技術(shù)檢測(cè)到F.nucleatum的定植，而且F.nucleatum相對(duì)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(guān)[20]。大量的流行病學(xué)調(diào)查證實(shí)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(lái)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(nèi)損傷，提示我們不能一再地憑借經(jīng)驗(yàn)主義應(yīng)用廣譜抗生素治療兒童肺炎和肺膿腫，應(yīng)該考慮到厭氧菌F.nucleatum感染[23]。鑒于呼吸道感染是導(dǎo)致囊性纖維化(cysticfibrosis，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(biāo)本中亦具有較高的含量和穩(wěn)定度，說(shuō)明F.nucleatum可能會(huì)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(xiàn).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(guān)的病原菌，對(duì)F.nucleatum毒力機(jī)制的研究，將為預(yù)防和治療口腔及全身感染性疾病提供新的思路。參考文獻(xiàn)[1]KaplanChristopherW,LuxRenate,HaakeSusanKinder,ShiWenyuan.TheFusobacteriumnucleatumoutermembraneproteinRadDisanarginine-inhibitableadhesinrequiredforinter-speciesadherenceandthestructuredarchitectureofmultispeciesbiofilm.MolecularMicrobiology.2008[2]Coppenhagen-GlazerS,SolA,AbedJ,etal.Fap2ofFusobacteriumnucleatumisagalactose-inhibitableadhesininvolvedincoaggregation,celladhesion,andpretermbirth[J].Infection&Immunity,2015,83(3):1104.[3]XuM,YamadaM,LiM,etal.FadAfromFusobacteriumnucleatumutilizesbothsecretedandnonsecretedformsforfunctionaloligomerizationforattachmentandinvasionofhostcells.[J].JournalofBiologicalChemistry,2007,282(34):25000.[4]HanYW,ShenT,ChungP,etal.Uncultivatedbacteriaasetiologicagentsofintra-amnioticinflammationleadingtopretermbirth.[J].JournalofClinicalMicrobiology,2009,47(1):38-47.[5]IkegamiA,ChungPHanYW.ComplementationofthefadAmutationinFusobacteriumnucleatumdemonstratesthatthesurface-exposedadhesinpromotescellularinvasionandplacentalcolonization.[J].Infection&Immunity,2009,77(7):3075-9.[6]KaplanChristopherW,LuxRenate,HaakeSusanKinder,ShiWenyuan.TheFusobacteriumnucleatumoutermembraneproteinRadDisanarginine-inhibitableadhesinrequiredforinter-speciesadherenceandthestructuredarchitectureofmultispeciesbiofilm.MolecularMicrobiology.2008[7]J.-H.Moon,J.-H.Lee,J.-Y.Lee.Subgingivalmicrobiomeinsmokersandnon-smokersinKoreanchronicperiodontitispatients[J].MoloralMicrobiol.2015(3)Fardini,Y,etal."FusobacteriumnucleatumadhesinFadAbindsvascularendothelialcadherinandaltersendothelialintegrity."MolecularMicrobiology82.6(2011):1468-80.[1]Rubinstein,MaraRoxana,etal."Fusobacteriumnucleatum,PromotesColorectalCarcinogenesisbyModulatingE-Cadherin/0-CateninSignalingviaitsFadAAdhesin."CellHost&Microbe14.2(2013):195.[8]Yang,N.Y.,etal."ProgressionofperiodontalinflammationinadolescentsisassociatedwithincreasednumberofPorphyromonasgingivalis,Prevotellaintermedia,Tannerellaforsythensis,andFusobacteriumnucleatum."InternationalJournalofPaediatricDentistry24.3(2014):226-233.[9]Zhou,X.,etal."Real-timePCRquantificationofsixperiodontalpathogensinsalivasamplesfromhealthyyoungadults."ClinicalOralInvestigations19.4(2015):937-946.[10]Bizzarro,S,etal."Subgingivalmicrobiomeinsmokersandnonsmokers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