牙齦卟啉單胞菌與動脈粥樣硬化相關性的研究進展

楊靜+++葛頌

[摘要] 流行病學研究表明牙周病和動脈粥樣硬化存在一定相關性。牙齦卟啉單胞菌是牙周炎中的口腔常駐菌和主要致病菌，可入侵內皮細胞，導致內皮細胞功能障礙和血管平滑肌細胞在內膜上的增殖和遷移，巨噬細胞滲透性增強，炎性細胞因子水平升高，促使巨噬細胞吞噬脂質形成泡沫細胞，脂質在動脈血管壁的積聚從而引起斑塊的破裂并發生血栓形成以及其他促進致動脈粥樣硬化體征的出現。現分別通過動物模型實驗和體外研究就牙齦卟啉單胞菌在動脈粥樣硬化發生發展過程中可能存在的作用機制做一綜述。

[關鍵詞] 牙周病；牙齦卟啉單胞菌；動脈粥樣硬化；動物模型；體外研究

[中圖分類號] R541；R781 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）02（c）-0037-04

牙周病是一種由菌斑微生物引起的影響牙齒支持組織的慢性炎癥性疾病。牙齦卟啉單胞菌（porphyromonas gingivalis，P.gingivalis）是革蘭陰性，產黑色素的專性厭氧球桿菌，為成人牙周炎的主要致病菌。大量研究表明牙周炎可能是心血管疾病，糖尿病，早產及低出生體重兒等的重要潛在危險因素。因此，牙周致病菌不僅影響局部口腔，也可能促使一些嚴重的系統疾病的發展。

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，As）是一種發生在全身動脈系統的多因素疾病。其表現為隨著As斑塊的不斷增大，血管腔狹窄，血流受阻，導致心肌出現低血低氧現象。近年來，以As為主要表現的心血管疾病的發生率逐漸上升，已成為導致人類死亡的重要原因之一。

流行病學研究表明牙周炎與心血管疾病成正相關。續彩霞等[1]調查研究得知隨著缺牙數目的增加，運用超聲檢測的頸動脈內中膜厚度及As斑塊的大小程度增加。日本學者為了排除遺傳因素的影響，通過評估106對50歲以上的雙胞胎的口腔健康狀況，發現每少5顆牙齒，As的發生率則提高72%[2]。

研究顯示口腔致病菌及內毒素通過牙齦損傷進入到系統循環進而侵襲遠隔器官[3]。1989年，Mattila等[4]首先提出牙周感染與心血管疾病包括As之間的可能性聯系。流行病學研究表明牙周感染是心血管疾病的獨立危險因素。有動物實驗和體外研究發現牙周感染與As潛在的分子機制[5]。

1 牙齦卟啉單胞菌在動脈粥樣硬化動物模型中的影響

載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）和低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDLR）缺陷的小鼠是已被確認的研究牙周感染與As之間潛在的分子機制的動物模型。總體來說，As形成的小鼠口腔被單種或多種細菌感染，將會導致疾病發展并伴隨斑塊增多，巨噬細胞滲透性增強，炎性細胞因子水平升高，脂質在動脈血管壁積聚，泡沫細胞形成以及出現其他促進致As的體征[5]。

As與P.gingivalis之間的關系可采用ApoE基因敲除小鼠模型來證實。實驗中以小鼠口腔接種P. gingivalis來誘發As。4個月后，血管壁出現脂質條紋，并在其中檢測出P. gingivalis的存在。患有牙周炎的小鼠，在血清中檢測到更高水平的白細胞介素6（interleukin，IL-6）和血管細胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule，VCAM -1）[6]。Madan等[7]用高糖高脂飼料飼養ApoE小鼠，創建As模型并接種P.gingivalis來誘導鼠牙周炎，以及用多西環素對小鼠進行全身給藥。他們發現對小鼠進行多西環素治療后有抗As的作用，即降低P. gingivalis介導的As和炎癥。然而，這些發現并不適用于人類，因為在人類口腔發生的牙周炎是被幾種或多種牙周致病菌組成的斑塊（即牙菌斑）所介導，即能大大增加細菌抵抗抗生素的一種生物膜[8]。Madan等[7]反復給小鼠注射P. gingivalis，但不會形成穩定的生物膜。因此，沒有聚集的P. gingivalis對抗生素更敏感。然而，使用As的動物模型對研究As的致病機制依然十分有幫助。

2 體外研究牙齦卟啉單胞菌與動脈粥樣硬化潛在的分子機制

大量研究證實，P. gingivalis可入侵內皮細胞導致內皮細胞功能障礙和血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）在內膜上的增殖和遷移，促使巨噬細胞吞噬脂質形成泡沫細胞，從而引起斑塊的破裂并發血栓形成。

2.1 內皮細胞功能障礙

內皮細胞在維持血管正常的收縮和舒張，保持血液的正常流動和血管的長期通暢這一功能上起著重要作用。一旦內皮細胞出現功能障礙，則最終會導致As的發生。P. gingivalis菌毛具有侵襲性和黏附性，可入侵內皮細胞，激活內皮細胞多種黏附分子和炎性細胞因子的表達，如細胞間黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）-1、VCAM-1、IL-6、IL-8、單核細胞趨化蛋白（monocyte chemoattractantprotein，MCP）-1等，促進血管平滑肌細胞的遷移和增殖，從而促進As 的形成[9]。

外膜囊泡是一種由脂多糖、牙齦蛋白酶、磷脂以及被外膜包裹的間質成分所組成的，廣泛存在于P. gingivalis中的囊泡狀結構。外膜囊泡在P. gingivalis里以出泡的方式分布在牙周袋的微生物環境里，其產物和侵襲作用由菌毛調節[10]。研究證實外膜囊泡可抑制內皮中的一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的活性，而一氧化氮（nitric oxide，NO）是機體內一種具有調節血管舒張度，抑制白細胞黏附及遷移以及保護內皮細胞作用的信號分子。eNOS是合成NO的限速酶，其活性降低，則會造成NO生物活性的下降，從而導致As的發生[11]。以上發現均提示P. gingivalis的外膜囊泡在誘導內皮功能障礙方面發揮著重要作用[12]。

2.2 平滑肌細胞的增殖和遷移

VSMCs是血管壁的重要組成部分。正常情況下其在血管壁的中膜，調節血管張力。但一旦AS出現，VSMCs則出現顯著的變化，由正常的收縮表型轉化為幼稚的合成表型，并發生增殖和遷移，導致新生內膜的形成和內膜的變厚[13]。在新生內膜中，由中膜向內膜遷移的VSMCs通常會合成細胞外基質，并在斑塊的細胞周圍積聚，細胞吞噬膽固醇，并使脂質積聚在VSMCs中，導致脂質斑塊轉變為纖維脂質斑塊，進而隨著間質成分日漸增多并包繞在外周，病灶處的纖維組織不斷增生形成覆蓋在壞死脂質斑塊之上的纖維帽，形成AS斑塊[14]。給小鼠靜脈注射P. gingivalis后發現伴隨著鈣結合蛋白A9（S100 Ca2+-binding protein A9，S100A9）的超表達和胚胎型肌球蛋白重鏈（embryonic isoform of myosin heavy chain，SMemb）的生成，引發小鼠血管更多的、顯著的內膜增生現象[15]。同樣地，有學者收集手術患者的主動脈瘤和牙菌斑標本，并對主動脈瘤標本進行免疫組織化學觀察，以及從牙菌斑中通過聚合酶鏈反應提取P. gingivalis的DNA，發現在患有牙周炎的主動脈動脈瘤中S100A9和SMemb的表達增強，提示P. gingivalis對內膜增生有影響[16]。

2.3 泡沫細胞的形成

在AS進程中，血液循環中的單核細胞滲透至內膜，引起血管內膜中巨噬細胞的積聚，并可攝入氧化低密度脂蛋白，從而逐漸轉化成泡沫細胞。在AS中，P. gingivalis及其產物促進單核細胞在各個階段的進程，并支持單核細胞在內皮表面上募集、內膜上的滲透、向巨噬細胞的分化以及向泡沫細胞的轉化[17]。

P. gingivalis以及囊泡不僅刺激低密度脂蛋白與巨噬細胞結合，而且還誘導巨噬細胞去刺激脂多糖，以此反過來促進低密度脂蛋白的AS形成[18]。巨噬細胞氧化低密度脂蛋白與牙齦卟啉單胞菌的脂多糖（Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide，Pg-LPS）相結合的泡沫細胞引起NF-κB路徑的刺激作用和促炎性反應中細胞因子類IL-1β和IL-12的增量調節[19]。同樣地，Groeneweg[20]研究發現通過激活TNF-α、IL-6和IL-12的產物，氧化低密度脂蛋白會增強巨噬細胞脂多糖促炎性反應的影響，而抗炎因子IL-10的表達減少。因此，Pg-LPS和氧化低密度脂蛋白也許在誘導、刺激巨噬細胞和泡沫細胞的促炎性反應表型中起到協同作用。

2.4 斑塊破裂

纖維帽和脂質壞死核心是影響斑塊穩定與否的重要因素。穩定的斑塊為纖維帽較厚而脂質壞死核心有或無，炎性細胞較少而平滑肌細胞多的同心性斑塊；而不穩定斑塊為纖維帽很薄而脂質壞死核心大，炎性細胞大量浸潤而平滑肌細胞極少的偏心性斑塊。

由斑塊內平滑肌細胞合成，組成纖維帽的細胞外基質的降解活性增強，可影響斑塊的不穩定性。而由單核細胞源性巨噬細胞分泌產生的基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）具有降解細胞外基質成分的能力，易導致纖維帽變薄或破裂。P. gingivalis也可通過MMPs降解產生膠原的細胞外基質，使牙周炎病人的牙周結締組織遭到破壞。P. gingivalis被證實可調節血管內皮細胞、單核細胞、巨噬細胞中MMPs的分泌和降解，而且Pg-LPS也被證實可誘導MMPs的分泌和降解活動[21-23]。

在小鼠心肌梗死的模型中，Deleon[24]發現Pg-LPS可通過巨噬細胞中MMP-9的高表達，參與細胞外基質的合成與降解，造成斑塊的不穩定或破裂，從而導致心肌梗死后的心臟重構。另外，孫瑋等[25]通過給大鼠肌注P. gingivalis建立牙周炎動物模型，采用聚合酶鏈反應檢測血清中MMPs的含量，發現其含量隨P. gingivalis的注射量增加而增加，表明P. gingivalis與AS的發生有關系。

2.5 血栓的形成

在AS中，斑塊破裂處釋放出促凝物質，從而導致動脈局部閉塞或遠端栓塞，引起組織缺氧或梗死形成。正常的動脈內皮細胞具有抗凝和抗黏附性能。P. gingivalis通過牙齦蛋白酶水解活動降解內皮血栓調節蛋白，誘導血管內皮細胞內促凝活性，從而導致血栓形成。

Lalla等[6]用P. gingivalis感染ApoE基因缺陷小鼠形成AS模型的早期階段，能激活主動脈處血管細胞黏附因子，說明其對血栓有影響。Emekli等[26]發現在患有冠心病的牙周炎病人與不患冠心病的牙周炎病人中，其血漿組織因子水平是有區別的，并且血漿組織因子活性與牙周社區治療指數評分之間是呈反比關系。這也許就表明血漿組織因子是一個潛在的、實用的牙周炎和冠心病的標志物。

綜上，雖然至今對P. gingivalis在AS發生發展階段有了初步的了解認識，但仍不全面，還有很多潛在的作用機制有待于探究，以期更好地指導基礎研究和臨床工作。

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（收稿日期：2016-11-19 本文編輯：李岳澤）