口腔菌群在腦小血管病發病機制中的研究進展

馬玉梅，劉 美，鄧 斌，李 群，馬 睿，程曉容，鮑英存，張義寶，邱 賓，達明蓮，薛 鑫綜述，張 芳審校

腦小血管病(cerebral small vessel disease，CSVD)在老年患者認知障礙和癡呆的病理生理機制中具有重要的意義[1]。其主要影像學表現為腦白質高信號(white matter hyperintensity，WMH)、腔隙性梗死(lacunar infarction，LI)、腦微出血(cerebral microbleeds，CMB)、擴大的血管周圍間隙(perivascular spaces，PVS)和腦萎縮。雖然其臨床表現通常是隱匿的，但以上腦部病變的存在常與肢體功能障礙、認知障礙、步態異常、膀胱功能障礙和死亡的風險相關[2]。高血壓、糖尿病等傳統危險因素在CSVD發病中起重要作用，但其確切的發病機制尚不清楚。目前研究表明，血腦屏障(Blood-brain barrier BBB)和內皮功能障礙與CSVD有關[3]。

口腔菌群失調可造成慢性口腔感染包括齲齒和牙周炎，其屬于人類最常見的慢性炎性疾病。慢性口腔感染導致大量炎癥介質(即白介素-1β，IL-1β；白介素-6，IL-6；腫瘤壞死因子α，TNFα等)的形成，其誘導肝臟中C-反應蛋白(CRP)和纖維蛋白原的產生，導致急性期反應使血管硬化[4]。而慢性炎癥是CSVD重要的病理改變，炎癥主要破壞內皮細胞，導致血腦屏障通透性改變。最新研究表明，口腔菌群也可能參與誘發內皮功能障礙，這在CSVD的發病機制中起著關鍵作用。并指出血管舒張功能受損可能是CSVD的獨立預測指標，并且在LI和WMH患者血清中血管內皮功能障礙的許多循環指標(即同型半胱氨酸，Hcy；細胞間黏附分子-1，ICAM-1；血管細胞間黏附分子-1，VCAM-1；選擇素E，Es；血栓調節蛋白，TM)升高[5]。相反，這些患者血清中內皮祖細胞(內皮修復和重塑的標志物)較正常患者減少。由于口腔菌群失調也與內皮功能障礙有關，并且已證實其治療對血管內皮功能有益[6]，因此內皮功能障礙可能為口腔菌群和CSVD之間提供了可能的機制聯系。口腔細菌抗原與顱內小血管內皮細胞分子結構之間的相似性可誘導免疫交叉反應(自身免疫)，因此可能損傷血管內皮細胞并易發生CSVD。以上假設得到了一項研究[7]的支持，該研究證實牙周炎及動脈粥樣硬化患者體內出現內源性熱休克蛋白(熱休克蛋白HSP10和HSP60)和牙齦卟啉單胞菌分子伴侶產生的抗體與T細胞的交叉反應。由此可大膽推測，口腔內致病菌群的增加可引起口腔及大腦微循環系統慢性炎癥反應，從而引發或加重CSVD的病理改變，并與其影像學表現(腔隙性梗死、腦白質高信號和腦微出血)以及其臨床癥狀(血管性癡呆)存在潛在聯系。

1 口腔菌群概述

人類口腔微生物群由700多種微生物組成，幾乎所有口腔微生物都是非致病性的，可維持口腔健康狀況并防御病原微生物[8]。口腔菌群最顯著的特征是大部分口腔細菌在牙齒表面和口腔黏膜上形成生物膜，即所謂的牙菌斑。其被定義為嵌入牙齒及口腔粘膜細胞外聚合物的微生物群落[9]。細菌群落和口腔的關系變化以及抗生素引起的口腔環境變化也會影響細菌種類的存在及其毒性的變化。一旦局部環境以及生物膜中細菌的代謝和生理活動改變而擾亂了口腔微生物群落的穩態，就會引起齲齒和牙周炎等口腔疾病，這是口腔中兩種主要的慢性疾病。此外，在過去的二十年中，已經報道了許多關于口腔感染性疾病與各種全身性疾病之間的關聯的研究，例如心腦血管疾病、動脈粥樣硬化、糖尿病、吸入性肺炎和自身免疫性疾病。目前，普遍認為口腔細菌感染性疾病主要通過以下兩種途徑影響全身性疾病。菌血癥是口腔細菌進入牙髓和牙周組織血管的血液途徑，不僅入侵心臟，還入侵大血管和各類臟器，從而引起全身性疾病。另一種直接蔓延途徑，即口腔細菌通過咽、氣道等途徑到達肺部，引起呼吸系統疾病，通常發生在老年人群中。由于以上途徑引發免疫應答，細菌代謝產物如內毒素(脂多糖：LPS)和熱休克蛋白(HSP)以及抗原，也參與了各種全身性疾病。因此，口腔被認為是細菌感染的來源，因此預防口腔感染是牙科領域最重要和緊迫的問題之一。

2 口腔菌群與CSVD

存在于口腔的500多種細菌中，主要有3種與腦小血管疾病有關：變形鏈球菌(齲齒病原菌)、牙髓卟啉單胞菌(涉及牙髓感染)和牙齦卟啉單胞菌(牙齦炎和牙周炎病原菌)。變形鏈球菌幾乎在所有粥樣硬化斑塊中都能檢測到[10]，其在腦梗死大鼠模型和腦出血患者中加速了病情進展[11，12]。膠原結合蛋白(Cnm)基因變異鏈球菌(Cnm陽性變形鏈球菌)感染與腦微出血風險增加相關，比值比(OR)為14.4。此外，口腔Cnm陽性的變形鏈球菌與腦深部出血有關，而與腦葉微出血無關，這表明這種細菌專門侵害腦深部小動脈，因此這些動脈比軟腦膜動脈更易發生動脈粥樣硬化[13]。另一種參與全身炎癥反應的口腔細菌是牙髓卟啉單胞菌，它是一種與根管感染相關的革蘭氏陰性菌。這種感染通常是由于深層牙髓通過根管滲透到牙根的頂端，形成根尖周圍膿腫。卟啉單胞菌能夠在入侵血管內皮細胞和平滑肌細胞，從而可引起內皮功能障礙，進而增加心腦血管患病風險。并且，根管感染也會增加多種炎癥標志物和細胞因子的循環水平。普遍認為由革蘭氏陰性細菌產生的LPS是最重要的促炎介質之一。可以證明，血清LPS水平與心血管疾病的患病風險獨立相關[14]。由此可推斷出，根管病變與心血管疾病的風險增加有關，這與牙周炎的情況類似。然而，目前尚不清楚根管病變是否也會增加腦血管疾病的風險。相反，牙齦卟啉單胞菌的存在與缺血性腦卒中的風險增加有關，并且牙齦卟啉單胞菌的預防和治療可預防缺血性腦卒中[15]。牙齦卟啉單胞菌可感染內皮細胞，增加內皮粘附分子的表達，從而促進單核-巨噬細胞向血管壁浸潤，引起慢性炎癥。

因此，牙齦卟啉單胞菌或Cnm陽性變形鏈球菌的感染在引發炎癥反應從而破壞血腦屏障方面可能起重要作用，這也是CSVD主要的發病機制。類似于腸-腦軸，Tonomura等[16]提出了腦-口軸概念，以強調口腔微生物群對大腦健康的深遠影響。口腔與大腦之間的距離對腦部疾病的發病機制可能其重要作用，因為口腔細菌很容易通過血液循環傳播到大腦。

2.1 口腔菌群與LI LI是CSVD的一種重要類型，約占缺血性卒中的38%～46%，它為單個腦深部小動脈區域內的皮質下病變(直徑<15 mm)，這些小血管病變的確切原因尚不清楚。大多數研究認為動脈粥樣硬化狹窄、血栓閉塞或炎癥是LI的發病機制[17]。此外，盡管血管危險因素(如年齡、高血壓或糖尿病)可能引起LI，但內皮功能障礙與LI之間存在關聯。而口腔細菌感染以及免疫系統的激活，使血清CRP、IL-1β、IL-6、TNFα水平升高有關，造成全身慢性炎癥反應從而進一步導致內皮功能障礙[4]。有研究證明牙周炎與缺血性卒中存在正相關關系，而且增加了復發性腦梗死和死亡的風險，該研究也證明控制其他常見的血管混雜因素(如年齡、高血壓或糖尿病)后，口腔菌群失調可能是LI的危險因素[18]。導致牙周炎的病原體主要為牙齦卟啉單胞菌，內源性HSPs(HSP10和HSP60)、牙齦卟啉單胞菌分子伴侶產生的抗體與T細胞的交叉反應，引起口腔及大腦微循環系統慢性炎癥反應，從而造成LI的發生發展。此外，Haraszthy等[19]的研究在頸動脈斑塊中發現了牙周病原體，該病原體可能通過破壞血管上皮細胞和刺激炎癥反應而導致動脈粥樣硬化，由此推斷牙周病原體的定植也可能引起炎癥反應，促進動脈粥樣硬化的發生和發展。牙周細菌(主要為牙齦卟啉單胞菌)也可以通過誘導血小板聚集和增加凝血因子來促進血栓形成。由此可推斷出，口腔菌群通過上述機制參與CSVD的發生發展。

2.2 口腔菌群與WMH WMH在老年CSVD患者的MRI檢查中很常見，在MRI T2加權或 FLAIR序列上表現為高信號，T1加權像為略低信號，但高于腦脊液信號。腦白質病變主要分布在腦室周圍、雙側大腦半球深部白質、基底節、腦橋等。雖然WMH確切發病機制存在爭議，但WMH的發生發展很有可能與BBB通透性增加和內皮功能障礙有關。而口腔菌群失調使患者體內HSP10和HSP60水平升高，HSP與T細胞的發生交叉反應，引起口腔及大腦微循環慢性炎癥反應。一項研究發現根據Fazekas分級量表評估WMH，抗Hsp60抗體滴度與WMH嚴重程度之間存在顯著相關性。高滴度組的WMH平均等級顯著高于正常滴度組的WMH平均等級。由于口腔細菌和人體的Hsp60具有很強的同源性，對感染性微生物的免疫反應可能導致對人體Hsp60的交叉反應性自身免疫應答，這種應答在應激的內皮細胞細胞膜中不斷產生和表達，從而導致內皮功能障礙。由此可以確定，抗Hsp60抗體可能與表達在腦小血管內皮細胞膜上的Hsp60產生免疫反應，并可能與WMH導致的功能障礙有關。由此可推測，口腔菌群失調使CSVD的發病風險增加。但是，需要更多的研究來闡明口腔菌群是否確實在腦小血管內皮細胞功能障礙中起作用。

2.3 口腔菌群與CMB CMB為CSVD的一種較常見核磁表現類型，在MRI不同序列上表現為均勻一致、直徑2～5 mm的小圓形或橢圓形低信號或信號缺失區。研究發現CMB的部位、數量與注意力、記憶力等認知功能障礙有關[20]。CMB反映含鐵血黃素被巨噬細胞吞噬，其發病機制涉及大腦微循環的炎癥反應。在一項動物實驗[12]中，攜帶編碼膠原結合蛋白Cnm基因的變形鏈球菌感染的腦微出血發生率是缺乏Cnm基因的變形鏈球菌感染的腦微出血發生率的4～5倍。由此推斷變形鏈球菌(口腔致病菌)細胞表面表達的Cnm蛋白容易與血管內皮結合，通過直接抑制血小板聚集促進CMB。因為存在于變形鏈球菌細胞表面的膠原蛋白結合蛋白被稱為Cnm蛋白，它很容易結合牙齒膠原蛋白。因此在發生腦出血時，血管內皮細胞受損，使膠原蛋白暴露。而膠原蛋白的暴露和血小板的止血作用是抵抗腦出血的重要防御機制。當具有可編碼Cnm蛋白的Cnm基因的變形鏈球菌從口腔進入循環系統時，細菌可能粘附并損害血管內皮并抑制血小板聚集，導致腦出血。也有研究發現Cnm陽性變形鏈球菌患者中深部CMB的頻繁發生表明細菌參與繼發性炎癥反應或腦小血管的損傷[21]。在一項隊列研究[21]中，Cnm陽性變形鏈球菌的膠原蛋白結合活性的增加速度與深部CMB的數量密切相關。另外Cnm陽性變形鏈球菌在口腔內長期存在會通過破壞血腦屏障來誘發CMB[22]。因此有必要通過前瞻性研究中對Cnm陽性變形鏈球菌攜帶者的腦微出血發生情況進行分析，以確定Cnm陽性變形鏈球菌攜帶者是否為CMB的獨立危險因素。

2.4 口腔菌群與血管性癡呆(VaD) CSVD不僅與認知功能障礙有關，而且與 VaD和阿爾茨海默病(AD)的發病機制有關[23]。目前，涉及口腔菌群失調是否會增加VaD的患病風險研究較少。牙周炎是一種慢性、潛在的口腔黏膜感染，在老年人中是普遍存在的。牙周炎的炎癥反應是由血清中常見細菌(牙齦卟啉單胞菌)的抗體以及血清炎癥標志物(CRP和IL)的水平升高來確定的。而牙齦卟啉單胞菌與加速動脈粥樣硬化形成和增加頸動脈內膜內側厚度有關[24]。卒中和癡呆的危險因素，包括糖尿病、肥胖和吸煙，與牙周炎具有相似的全身性炎癥特征，提示它們可能在與全身性炎癥相關的動脈粥樣硬化形成的最終共同途徑中發揮類似的作用。有研究發現牙周炎導致的牙齒脫落與血管性癡呆是獨立相關的[25]。另一項隊列研究[26]也證實牙周炎使癡呆的患病風險增加，并指出可以通過治療口腔感染來預防癡呆，因此它可能是癡呆的可改變危險因素。雖然該研究證實了口腔菌群失調是癡呆的危險因素，但并未對癡呆進行詳細分類。上述研究為口腔菌群是CSVD和VaD的危險因素的提供了合理的實驗依據。然而，大多數研究受限于對缺血性卒中、AD、非分類癡呆與牙周炎導致牙齒脫落患者的分析，或者受限于樣本異質性高、樣本量少等。因此現階段需要進行大量的動物實驗等基礎研究，以明確內皮功能障礙、自身免疫反應在CSVD發病機制中的潛在作用以及特定病原性口腔細菌在這些過程中的作用。

3 結論與展望

綜上所述，口腔菌群失調通過一系列慢性炎癥反應及自身免疫反應破壞腦小血管內皮細胞造成內皮功能障礙，從而導致血腦屏障通透性改變，最終直接或間接的參與了CSVD發生發展。由此提出“腦-口軸”的概念，以強調口腔菌群對腦小血管病變的深遠影響，為研究CSVD的臨床治療提供新思路。目前CSVD的治療根據影像學表現不同而存在差異，由于這些影像學表現(LI、WMH、CMB等)的確切發病機制不同，因此導致它們的危險因素也不同。高血壓是這些表現一致的危險因素。溶栓、抗血小板聚集、降壓藥和他汀類藥物可用于治療有癥狀的腔隙性腦梗死，但溶栓和抗血小板治療容易使WMH和CMB患者的出血風險增加，因為CSVD患者往往存在兩種及以上的核磁表現。因此CSVD的溶栓治療廣泛的爭議。考慮到某些口腔菌群屬變化與CSVD發病機制密切相關，因此可以通過嘗試調節自身免疫或者抗感染的方式，以改變CSVD患者口腔微生物環境，從而達到治療疾病的目的。但通過改變口腔微生物環境來治療CSVD的途徑及藥物尚不夠成熟和明確，仍需要進一步的實驗和探究。