具核梭桿菌和全身疾病相關(guān)性的綜述

1、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。1 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(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(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(dòng)物株(F.nucleatum subspanimalis，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.nucleatum subspfusifome，模式株為NCTC11326)。1.2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

4、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(dǎo)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(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)

5、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.nucleatum

6、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(rèn)為細(xì)菌可通過胞吞和拉鏈兩種機(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胞吞機(jī)制侵入宿主細(xì)胞。Han等通過電鏡觀察首次證實(shí)了Fnucleaturn是通過拉鏈機(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

7、(F一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34倍，證明FadA與 F.nucleatum的粘附性密切相關(guān)3。Han等通過動(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Fardini6和Rubinsteinl7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。2 F.nucleatum與口腔感染以往的

8、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(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到較高含量的 F.nucleatum9，其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

9、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)，菌群問的毒力協(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。3 F.nucleatum與全身疾病3.1 F.nucleatum與早產(chǎn)低體重兒早產(chǎn)低體重兒(preterm low birth weight，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)、孕婦身材過矮或體重過輕、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2530的患兒病因不明。2O世紀(jì)9O年代Offenbacher等首次提

10、出牙周炎與PLBW的相關(guān)性。牙周炎癥主要可通過兩條途徑對(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-(tumor necrosis factor，TNF-)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(prostaglandin E2，PGE2)和TNF，造成胎膜破裂，引發(fā)PLBW。Koren等對(duì)胎盤微生物樣本測序研究表明，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

11、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Fnucleaturn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.nucleatum4，說明 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。

12、Fardini等發(fā)現(xiàn)Fnucleaum可通過FadA直接與血管內(nèi)皮鈣黏蛋白415534區(qū)域結(jié)合，改變后者在細(xì)胞內(nèi)的分布，使其離開細(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通過松開的細(xì)胞間結(jié)點(diǎn)穿過血管內(nèi)皮，得以通過血液循環(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

13、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。3.2 F.nucleatum與結(jié)直腸癌結(jié)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(guān)，但其真正病因及發(fā)病機(jī)制尚未完全明確。結(jié)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(jié)果。Chen等檢測了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(497)高于腸腔(O47)。Kostic等

14、利用全基因測序技術(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)。Flanagan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

15、正常結(jié)腸組織。體外實(shí)驗(yàn)對(duì)比 F.nucleatum、F.nucleatum US1和 F.nucleatum USF81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

16、細(xì)胞可誘導(dǎo)核轉(zhuǎn)錄因子NF-B，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)?，但?duì)結(jié)腸癌的進(jìn)展起到推進(jìn)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(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，未來還可思考將口腔內(nèi)F.nucleatum的fadA基

17、因表達(dá)水平作為結(jié)腸癌的預(yù)測和診斷指標(biāo)。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(jù)了絕大部分的居民健康保健費(fèi)用。近年來牙周炎與呼吸道感染的關(guān)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(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)來自牙周感

18、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realtime PCR技術(shù)檢測到 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

19、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(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(biāo)本中亦具有較高的含量和穩(wěn)定度，說明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.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 Kaplan Chris

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