牙龈卟啉单胞菌与细胞自噬相关性的研究进展

[摘要]细胞自噬是真核细胞的溶酶体依赖的代谢机制之一，参与宿主抵御病原菌感染的过程。牙龈卟啉单胞菌（P.gingivalis）能够侵入血管内皮细胞并利用自噬逃避宿主清除、持续并传播感染。本文就P.gingivalis与细胞自噬相关性研究的进展作一综述。

[关键词]牙龈卟啉单胞菌；细胞自噬；感染；血管内皮细胞

[中图分类号]R 515[文献标志码]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.01.023

Research progress on the association between Porphyromonas gingivalis and cell autophagyLiu Bin, Liang Jingping.（Dept. of Conservative Dentistry and Endodontics, The Ninth People’s Hospital, School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200011, China; Shanghai Key Laboratory of Stomatology, Shanghai 200011, China）

[Abstract]Autophagy is a lysosome dependent metabolic mechanism of eukaryotic cells, which is involved in the host defense progress against pathogen infection. Porphyromonas gingivalis（P. gingivalis）could invade the vascular endothelial cells and take advantage of autophagy to escape the clearance of the host, leading to the persistence and transmission of infection. The purpose of the article is to discuss the progress on the association between P. gingivalis and cell autophagy.

[Key words]Porphyromonas gingivalis；autophagy；infection；vascular endothelial cell

1962年，Ashford等[1]在电镜下观察到人的肝细胞中存在自食现象。这一发现被命名为细胞自噬（autophagy）。受限于当时的检测手段和模型建立方法，关于细胞自噬的认识进展缓慢。近年来，随着酵母模型的建立和基因检测技术的发展，学者们对自噬的形态学特点和分子机制有了较为深入的了解。

1细胞自噬

细胞自噬是一种普遍存在于真核细胞内的溶酶体依赖代谢机制，在进化过程中高度保守。根据底物转运到溶酶体途径的不同可分为3种类型：大自噬（macroautophagy）、小自噬（microautophagy）和分子伴侣介导的细胞自噬（chaperone-mediated autophagy, CMA）。通常意义上讲的自噬指的是大自噬[2]。

细胞利用非溶酶体来源的膜结构（如破裂的内质网）将自身的一些胞质成分、受损或多余的细胞器（如错误构型的蛋白质、破裂的线粒体、多余的过氧化物酶体等）包裹形成双层膜结构的自噬体（autophagosome）。随后溶酶体与之融合并形成自噬溶酶体（autolysosome），自噬溶酶体的形成是自噬体成熟的标志。被包裹的内容物依赖来源于溶酶体的多种蛋白酶的作用而降解，最终实现细胞自身的代谢需要和某些细胞器的更新。因此，自噬在细胞新陈代谢、生长发育和结构重建中发挥着重要的作用，能够帮助细胞抵御饥饿、维持细胞稳态。近年来，关于自噬与疾病的关系，特别是自噬在肿瘤和神经退行性疾病等发病过程中的重要作用已有相关的研究报道[3]。

2细菌感染与细胞自噬

2.1自噬抑制细菌感染

细胞自噬与病原菌感染的相关性是当前的研究热点，近年来的研究提示两者密切相关。目前认为，宿主将细胞自噬作为免疫防御机制的一部分参与机体对病原菌感染的防御[4]。

感染宿主细胞的细菌可以通过吞噬和内吞2种方式侵入细胞。对于以吞噬方式入胞的细菌，宿主主要通过吞噬体/溶酶体途径予以清除。研究发现，一些病原菌发展了独特的机制对抗宿主的吞噬清除。例如，化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）是一种A族链球菌（group A streptococcus，GAS）。研究证实，入侵Hella细胞的GAS能够依赖自身分泌的链球菌溶血素O从吞噬体中脱逃并定植于细胞质，此时，宿主通过激活自噬途径，捕获这些脱逃的细菌，并最终予以清除[5]。又如结核分枝杆菌能阻碍巨噬细胞内吞噬体与溶酶体的融合而定植于吞噬体内不被清除，雷帕霉素或干扰素能诱导巨噬细胞发生自噬，并将结核分枝杆菌清除[6]。由此可见，自噬参与了宿主对病原微生物的防御，是对吞噬体/溶酶体防御系统的补充，有人形象地将自噬称为“备份防御系统”。而对于以内吞方式入胞的细菌，宿主主要通过自噬途径降解清除。

2.2自噬促进细菌感染

宿主细胞可以利用自噬清除入侵的病原菌，但是越来越多的研究显示，某些病原菌在进化中形成了独特的策略来利用或逃避自噬，这些策略包括阻止自噬的发生，逃避自噬系统的识别，阻断自噬体与溶酶体的结合从而阻止自噬体的成熟，甚至是利用自噬功能来维持入胞细菌的存活、增殖并向其他细胞扩散[4]。如单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）利用其特有的李斯特菌溶素O逃脱自噬而定植于胞质中，当溶菌素O活性不足时，细菌进入自噬体并阻碍自噬体的成熟，而这种不成熟的自噬体样结构使细菌得以缓慢生长并与宿主免疫系统处于对峙状态[7]。

因此，自噬是一把“双刃剑”，既可以成为清除入侵病原菌的利器，也可以成为促进病原菌繁殖、感染迁延的工具。

3牙龈卟啉单胞菌与细胞自噬

3.1牙龈卟啉单胞菌与宿主细胞

牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.gingivalis）是一种不解糖的革兰阴性专性厌氧短杆菌，具备包括脂多糖、菌毛、牙龈蛋白酶和血凝素等在内的多种毒力因子[8]，因而具有较强的侵袭性和致病性，被公认为是牙周病的主要可疑致病菌之一。研究显示，P.gingivalis能够侵入包括人主动脉内皮细胞、人冠状动脉内皮细胞、人脐静脉内皮细胞、冠状动脉平滑肌细胞、牙龈上皮细胞和树突细胞等在内的多种类型的真核细胞[9]。

P.gingivalis入侵宿主细胞的具体机制尚不明了。目前认为，P.gingivalis对宿主细胞的黏附很可能是整个入侵过程的初始步骤，P.gingivalis的菌毛蛋白在这一过程中发挥了重要的作用[10]。脂筏是细胞质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，其组分和结构特点有利于蛋白质之间相互作用和构象转化，可以参与信号转导和蛋白质转运，因而可能是病原菌侵入细胞的入口。研究显示，P.gingivalis侵入人冠状动脉内皮细胞、人口腔上皮细胞和Hella细胞均依赖脂筏作用[9]。另有报道称，分枝杆菌[11]、布鲁氏菌[12]和沙门氏菌[13]能够在脂筏的协助下侵入宿主细胞并诱发细胞自噬，Amer等[14]的研究进一步证实，脂筏对于嗜肺军团菌入侵细胞并诱发自噬必不可少。P.gingivalis侵入宿主细胞激活自噬途径是否也必须依赖脂筏的作用，目前尚无报道。

3.2牙龈卟啉单胞菌与细胞自噬

2001年，Dorn等[15]报道了入侵人冠状动脉内皮细胞的P.gingivalis能够激活细胞自噬。借助于相关标志蛋白的免疫荧光染色，该研究比较直观地显示了P.gingivalis从早期吞噬体转运至自噬体的过程。入侵发生25~35 min后即可检测到P.gingivalis被早期吞噬体吞噬，入侵30~90 min，P.gingivalis由早期吞噬体转运到了早期自噬体。随着时间的推移，绝大多数入胞的P.gingivalis都进入了自噬途径，并且与溶酶体相关膜糖蛋白-1（一种主要见于晚期自噬体和自噬溶酶体的膜蛋白）共同定位，这其中只有小部分同时与组织蛋白酶L（一种见于吞噬溶酶体或自噬溶酶体的蛋白酶）共同定位。以上结果提示，P.gingivalis诱发自噬的同时能够抑制自噬体的成熟。

现有的研究显示，P.gingivalis很有可能正是利用了细胞自噬机制，通过抑制自噬体与溶酶体融合或改变正常的自噬转运而阻止自噬溶酶体形成，分解利用自噬体所包裹的蛋白质而定植在晚期自噬体内，造成感染持续存在[9]。Li等[16]报道了入侵人脐静脉内皮细胞的P.gingivalis不但逃脱了宿主的清除，还能够将感染传染至相邻健康细胞。这也在一定程度上解释了Cavrini等[17]利用荧光原位杂交技术在1例临床切除的斑块样本中检测到的具有代谢活性的P.gingivalis的发现。Yamatake等[18]发现侵入主动脉内皮细胞的P.gingivalis主要进入吞噬体/溶酶体途径，只有少量的P.gingivalis进入自噬途径，这与之前Dorn等[15]的报道存在明显的差异。对此，Rodrigues等[9]认为，2个研究所使用的P.gingivalis菌株不同、内皮细胞不同、实验设计和P.gingivalis作用时间不同是造成这种差异的可能原因所在。此外，Yamatake等[18]在其研究中使用的感染复数（multiplicity of infection，MOI）高达104，是Dorn等[15]的100倍，过量侵入内皮细胞的P.gingivalis可能因为自噬途径的迅速饱和而被迫进入吞噬体/溶酶体途径。

除了内皮细胞之外，目前并没有P.gingivalis能够诱导包括牙龈上皮细胞在内的其他类型的细胞发生自噬的报道。关于P.gingivalis诱导内皮细胞发生自噬的机制尚不明了。Yamatake等[18]通过研究基因敲除菌株证实P.gingivalis毒力因子之一的牙龈蛋白酶可能在这一过程中发挥了重要的作用。最近，Xu等[19]报道了大肠杆菌的脂多糖能够诱导人和小鼠的巨噬细胞发生自噬，还能够促进胞质中的结核分枝杆菌进入自噬途径。因此，作为P.gingivalis最重要毒力因子的脂多糖是否也发挥了类似的重要作用有待于进一步的研究来证实。

4参考文献

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