牙齦卟啉單胞菌與口腔鱗狀細胞癌關系的研究進展

吳武超 吳亞菲 趙蕾

口腔疾病研究國家重點實驗室 華西口腔醫院牙周病科（四川大學），成都 610041

自20世紀90年代證實幽門螺桿菌感染與胃癌的發生存在因果聯系以來[1]，人們對細菌與腫瘤之間關系的認識有了根本性轉變。流行病學研究[2]證實，16%～18%的腫瘤由炎癥發展而來，炎癥與腫瘤的發生具有相關性。口腔癌是頭頸部常見的惡性腫瘤，與口咽癌一起位列全身惡性腫瘤的第6位，其中90%以上的口腔癌以口腔鱗狀細胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）的形式出現[3]。雖然癌癥的治療方法在不斷進步，但口腔癌的預后仍較差，5年生存率僅60%左右[4]；但早期口腔癌的5年生存率為80%～90%[5]，且其治療方法對局部外形和功能影響較小，因而早發現、早診斷、早治療是防控口腔癌的最佳策略。

慢性牙周炎是口腔常見的慢性感染性疾病，越來越多的流行病學調查[6-7]顯示：牙周炎與癌癥，特別是與口腔癌的危險性呈現正相關關系。牙齦卟啉單胞菌是牙周病變區最主要的優勢菌，是介導慢性牙周炎局部免疫炎癥反應的重要致病菌之一。牙齦卟啉單胞菌具有黏附和侵入牙齦上皮細胞，干擾細胞正常生理代謝，抑制細胞程序性死亡的毒性作用[8]，在OSCC發生中的可能作用越來越受到關注。本文就近年來牙齦卟啉單胞菌與OSCC之間的相關性及其可疑致病機制的研究進展作一綜述，以期為臨床提供幫助。

1 牙周炎與OSCC

目前已經證實，慢性牙周炎可引起全身系統性炎癥水平的改變，是多種系統性疾病的危險因素，例如心血管疾病、糖尿病、早產和低出生體重兒等。近年來發現，慢性牙周炎與OSCC之間也存在著一定的關系。一項來自瑞典的病例對照研究[9]通過比較132例OSCC患者和320例健康者發現，不良的口腔衛生狀況（OR=5.3）和牙缺失（OR=3.4）是OSCC的重要危險因素，而定期的口腔診療可降低口腔癌的發生風險。Rezende等[10]通過橫斷面研究發現，約76%的OSCC患者可檢出探診深度為6 mm以上的牙周袋，而這一比例在正常組僅為10%，提示OSCC與牙周病之間可能存在關聯。Tezal等[11]的研究進一步證實了這一猜測，該研究比較了266例頭頸部鱗狀細胞癌患者和207例健康者的牙槽骨影像學改變，結果發現，調整其他因素后，牙槽骨每喪失1 mm，發生頭頸部鱗狀細胞癌的風險增加4.36倍，并且這一相關性在OSCC中的表現較口咽部和喉部鱗狀細胞癌更為明顯。該研究認為：牙周炎患者罹患低分化鱗狀細胞癌的可能性高于非牙周炎患者，慢性牙周炎是頭頸部鱗狀細胞癌，特別是OSCC的獨立危險因素。Moergel等[12]的研究也得出了類似的結論，并認為治療牙周病可降低OSCC的患病風險。2014年，Yao等[13]通過Meta分析評價牙周炎與口腔癌相關性，結果發現，暴露于慢性牙周炎的人群罹患口腔癌的風險增加了2.66倍。Wen等[14]通過隊列研究也發現，牙周炎患者患口腔癌的概率增加，是口腔癌的一個高危險因素，并認為治療牙周炎可能是預防口腔癌的重要措施。

2 牙齦卟啉單胞菌與OSCC

目前已有大量研究表明牙周炎與OSCC之間有著密切關系。慢性牙周炎是口腔細菌感染引起的炎癥性疾病，口腔微生物在牙周炎引起的組織炎癥和破壞中發揮重要作用，而學者們[15-16]也發現，口腔微生物與口腔腫瘤的發生發展同樣有密切的關系。牙齦卟啉單胞菌作為牙周炎的優勢菌，與OSCC之間關系的研究逐漸成為熱點之一。目前牙齦卟啉單胞菌與OSCC是否具有相關關系仍無定論，但多數研究傾向于兩者之間存在關聯。1998年，Nagy等[17]通過培養法比較了21例OSCC患者的癌變組織和正常組織表面的微生物構成，結果發現：OSCC表面的厭氧菌和需氧菌的含量明顯升高，其中厭氧卟啉單胞菌屬的變化最為明顯，提示這一微生物菌屬含量的升高可能與癌癥的形成存在聯系。但是Hooper等[18-19]在后來的兩項研究中，分別使用細菌培養聯合16sRNA基因測序法或免疫熒光原位雜交法檢測OSCC患者的腫瘤組織和正常黏膜，均未發現腫瘤組織中的細菌特異性改變，且在腫瘤區域內未檢測出牙齦卟啉單胞菌；但是Hooper等[18-19]的研究存在樣本量較少和樣本處理缺陷等問題。2005年，Mager等[20]分析了45位OSCC患者和229例非OSCC對照組的唾液樣本，期望從40種細菌中篩選獲得OSCC的診斷性微生物標記，結果顯示：牙齦二氧化碳嗜纖維菌、產黑普氏菌、輕型鏈球菌和牙齦卟啉單胞菌的含量均升高，但由于OSCC組樣本量較少，牙齦卟啉單胞菌的升高并無統計學意義，還不能與前3種細菌一起作為OSCC的唾液微生物標記；盡管如此，作者仍認為應關注牙齦卟啉單胞菌與OSCC之間的可能聯系。2011年，Katz等[21]對OSCC患者的癌變組織和健康人牙齦組織中牙齦卟啉單胞菌和格氏鏈球菌進行免疫組織化學染色分析，結果發現：OSCC組的牙齦卟啉單胞菌含量明顯高于對照組，而格氏鏈球菌在兩組間則無明顯差異；惡變組織中牙齦卟啉單胞菌的染色密度為格氏的2倍以上，在低分化OSCC中牙齦卟啉單胞菌的滴度更高。常春榮等[22]對我國OSCC患者的樣本進行分析后發現，牙齦鱗狀細胞癌中牙齦卟啉單胞菌的檢出率約為45%，舌鱗狀細胞癌中約為40%，而正常牙齦組織中的檢出率約為20%，OSCC與正常組織的檢出率差異具有統計學意義；該研究認為，牙齦卟啉單胞菌與OSCC存在相關關系，且組織中牙齦卟啉單胞菌的含量與惡性腫瘤的轉移呈正相關。2012年，Ahn等[23]通過前瞻性隊列研究發現，牙周炎和非牙周炎患者體內牙齦卟啉單胞菌含量與口腔消化道腫瘤的發病風險相關，抗牙齦卟啉單胞菌血清抗體IgG水平與口腔消化道腫瘤死亡率呈正相關關系，該研究進一步說明牙齦卟啉單胞菌與OSCC之間的可能相關性，并認為該菌可增加腫瘤患者的死亡率，為進一步研究牙齦卟啉單胞菌與腫瘤之間的關系提供了有力依據。

作為多致病因素的OSCC，迄今為止還沒有明確的證據證明牙齦卟啉單胞菌與OSCC之間的因果關系，可能牙齦卟啉單胞菌僅是OSCC的一個協同致病因素。要證實二者之間的確切關系，還需更多大樣本的研究加以佐證。

3 牙齦卟啉單胞菌促進OSCC發生的可能機制

盡管目前有關牙齦卟啉單胞菌與OSCC之間致病機制的直接研究還較少，但學者普遍認同牙齦卟啉單胞菌具有抑制宿主細胞凋亡，改變局部炎癥環境的致病作用。腫瘤的發生發展與這兩者之間存在密切聯系，間接提示牙齦卟啉單胞菌促進OSCC發生的可能機制。

3.1 牙齦卟啉單胞菌與上皮細胞凋亡

腫瘤是機體在各種致癌因素作用下，原癌基因被激活，凋亡調節基因和修復基因被改變，致使細胞凋亡受到抑制，使其克隆性異常增生而形成的新生物。牙齦卟啉單胞菌具有快速黏附和侵入口腔上皮細胞的能力，內化入上皮細胞的牙齦卟啉單胞菌除了能夠躲避宿主的免疫防御攻擊，完成細胞內繁殖和細胞間感染擴散外，還可以通過激活細胞內信號轉導通路或分泌毒性產物來抑制細胞的凋亡[24]；此外，牙齦卟啉單胞菌還可抑制化學因素引起的細胞凋亡以及加快細胞周期從而提高其致癌作用。

目前已經證實的牙齦卟啉單胞菌抗凋亡作用機制包括以下幾個方面。1）內化于牙齦上皮細胞內的牙齦卟啉單胞菌聚集于細胞核周圍，通過激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（protein kinase B，PKB，又稱為Akt）信號通路，進而磷酸化促凋亡蛋白Bad（Bcl-xl/Bcl-2 associated death promoter），使其形成一種非活性狀態存在于細胞質中，這樣促凋亡蛋白Bad含量減少，使線粒體表面抗凋亡因子B淋巴細胞瘤/白血病-2蛋白（B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）與促凋亡因子Bcl-2相關X蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）的比值上升，進而抑制細胞色素氧化酶C的釋放，抑制細胞凋亡[25]。2）牙齦卟啉單胞菌通過激活Akt和酪氨酸激酶/信號傳導及轉錄激活子（janus tyrosine kinase/signal transducers and activators of transcription，Jak/Stat）雙重信號通路抑制半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3）活化，阻斷caspase-3升高引起的線粒體膜滲透性升高引發的線粒體固有凋亡途徑；該菌還可激活Jak/Akt/Stat3信號通路，促進Stat3等基因的表達，使抗凋亡蛋白Bcl-2、腫瘤形成相關基因c-Myc（cellular homologue of avian myelocytomatosis virus oncogene）、凋亡抑制基因Survivin等表達水平上調，抑制線粒體固有的凋亡方式，使細胞凋亡受到抑制，細胞生長周期加快[8]。3）牙齦卟啉單胞菌能激活經典信號通路——磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/Akt信號通路，活化的Akt通路可激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的表達，NF-κB參與了抗凋亡、促進血管再生和腫瘤細胞入侵等一系列過程；NF-κB表達后還進一步促進抗凋亡因子（cellular inhibitor of apoptosis protein，cIAP）-1和cIAP-2的表達，從而抑制細胞凋亡，促進腫瘤的生長[26]。4）牙齦卟啉單胞菌可以上調miRNA-203的表達水平，通過抑制負性調節分子——細胞因子信號轉導抑制因子3（suppressor of cytokine signaling-3，SOCS3）的功能來抑制細胞凋亡[27]。5）入侵到細胞內的牙齦卟啉單胞菌能夠分泌具有三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）酶功能樣的二磷酸核苷激酶（nucleoside diphosphate kinase，NDK）作用于細胞外ATP，阻斷其與嘌呤受體P2X7（purinergic receptor-7）結合，進而抑制ATP依賴的細胞凋亡[28]，改變細胞的正常生長周期，從而提高致癌作用。

3.2 牙齦卟啉單胞菌與局部炎癥微環境

慢性炎癥能夠促進腫瘤的形成。牙齦卟啉單胞菌作為一種重要的牙周致病菌，可誘發牙周組織的慢性炎癥，而長期的慢性炎癥刺激可形成有利于OSCC發生的炎癥微環境。

牙齦卟啉單胞菌引起細胞周圍形成炎癥微環境的方式主要有以下幾點。1）牙齦卟啉單胞菌通過配體與宿主細胞膜上Toll樣受體（Toil-like-receptor，TLR）-2和TLR-4結合，再通過細胞內信號傳導途徑活化NF-κB，誘導細胞因子腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素（interleukin，IL）-1α、IL-6、IL-8的表達，表達后的細胞因子可形成促進腫瘤生長和進展的炎癥微環境，長期的炎癥破壞誘發細胞更新修復缺損組織，修復過程中致癌物質或巨噬細胞可引起細胞DNA損傷，細胞的增殖分化出現紊亂，為OSCC的形成和轉移創造條件[29]。2）NF-κB是調節細胞基因轉錄的關鍵因子，參與多種基因的轉錄調控，炎癥引起的NF-κB活性失控與部分腫瘤的發生密切相關。當NF-κB在細胞核被不恰當地激活而不能返回細胞質時，其功能可異常增高，改變細胞的正常信號轉導，促進細胞癌變；NF-κB還可上調血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和環氧化酶-2（cyclooxygenase-2， COX-2）的表達，誘導腫瘤血管形成，同時促進尿激酶（urokinase plasminogen activator，uPA）合成，參與OSCC的浸潤轉移[30]。3）牙齦卟啉單胞菌誘導牙齦上皮細胞和鱗狀細胞癌細胞表面B7-H1和B7-DC受體的表達，B7-H1可提高調節性T細胞的生成，此種T細胞可抑制殺傷T細胞的功能，可幫助腫瘤細胞達到免疫逃避，促進腫瘤細胞的淋巴結轉移[31]。4）牙齦卟啉單胞菌可與蛋白酶活性受體（protease-activated receptor，PAR）-2[32]和PAR-4作用，促進二者的基因表達。PAR-2可活化NF-κB，使NF-κB表達量增加；而PAR-4可以促進細胞外信號調節酶1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2）和p38的磷酸化，NF-κB、磷酸化的ERK1/2和p38可以促進前基質金屬蛋白酶9（inactive precursor of matrix metalloproteinase 9，proMMP9）表達上升，而牙齦卟啉單胞菌可以進一步分泌牙齦素促進proMMP9活化，形成有活性的基質金屬蛋白酶9，參與破壞細胞周圍基質，促進細胞周圍炎癥反應，進而促進OSCC細胞的入侵和轉移[33]。5）牙齦卟啉單胞菌的代謝產物牙齦素對牙齦卟啉單胞菌的定植和入侵牙齦上皮細胞有重要作用。少量呈外分泌形式分泌到牙齦卟啉單胞菌細胞外的牙齦素可發揮細胞毒性效應，刺激人體內皮細胞分泌IL-8，促進腫瘤區域的血管形成增多，促進腫瘤生長；并且可通過降解T細胞表面受體改變T細胞功能，阻礙細胞免疫，從而增強了OSCC的免疫逃避[34]。

牙齦卟啉單胞菌與OSCC之間機制的研究尚不多見，具體關聯細節還不十分明確。然而，OSCC形成的細胞生長周期脫離機體控制，其抗凋亡特性可能與牙齦卟啉單胞菌感染后激活細胞內抗凋亡機制有關。此外，牙齦卟啉單胞菌感染所導致的細胞外長期慢性炎癥微環境也可能引起細胞的基因突變，使原癌基因激活從而誘發癌癥。因此有理由大膽推測：牙齦卟啉單胞菌的多種致病機制可能參與了OSCC的形成，可能是慢性牙周炎與OSCC間存在相關性的“橋梁介質”之一。

4 研究展望

目前已有大量研究發現牙齦卟啉單胞菌和OSCC之間存在相關性，在OSCC組織中牙齦卟啉單胞菌含量升高，然而牙齦卟啉單胞菌檢出量的升高與鱗狀細胞癌的形成孰因孰果仍未證實，要確定牙齦卟啉單胞菌在OSCC病因學中的作用還需要更大樣本的前瞻性隊列研究。牙齦卟啉單胞菌導致OSCC的可能機制中，Akt信號通路在控制細胞凋亡和形成炎癥微環境過程中起著重要作用，但迄今為止對OSCC組織細胞中關于Akt信號通路的研究尚不充足，大多數研究僅基于正常組織，而要對OSCC的細胞發生機制進行深入探討，其內部的分子信號通路研究必不可少。對OSCC的機制研究具有深遠意義，可為OSCC的防治開辟新的方向，進而提高人群的健康水平和生活質量。

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