牙龈卟啉单胞菌与动脉粥样硬化相关性的研究进展

[摘要] 流行病学研究表明牙周病和动脉粥样硬化存在一定相关性。牙龈卟啉单胞菌是牙周炎中的口腔常驻菌和主要致病菌，可入侵内皮细胞，导致内皮细胞功能障碍和血管平滑肌细胞在内膜上的增殖和迁移，巨噬细胞渗透性增强，炎性细胞因子水平升高，促使巨噬细胞吞噬脂质形成泡沫细胞，脂质在动脉血管壁的积聚从而引起斑块的破裂并发生血栓形成以及其他促进致动脉粥样硬化体征的出现。现分别通过动物模型实验和体外研究就牙龈卟啉单胞菌在动脉粥样硬化发生发展过程中可能存在的作用机制做一综述。

[关键词] 牙周病；牙龈卟啉单胞菌；动脉粥样硬化；动物模型；体外研究

[中图分类号] R541；R781 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）02（c）-0037-04

牙周病是一种由菌斑微生物引起的影响牙齿支持组织的慢性炎症性疾病。牙龈卟啉单胞菌（porphyromonas gingivalis，P.gingivalis）是革兰阴性，产黑色素的专性厌氧球杆菌，为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，早产及低出生体重儿等的重要潜在危险因素。因此，牙周致病菌不仅影响局部口腔，也可能促使一些严重的系统疾病的发展。

动脉粥样硬化（atherosclerosis，As）是一种发生在全身动脉系统的多因素疾病。其表现为随着As斑块的不断增大，血管腔狭窄，血流受阻，导致心肌出现低血低氧现象。近年来，以As为主要表现的心血管疾病的发生率逐渐上升，已成为导致人类死亡的重要原因之一。

流行病W研究表明牙周炎与心血管疾病成正相关。续彩霞等[1]调查研究得知随着缺牙数目的增加，运用超声检测的颈动脉内中膜厚度及As斑块的大小程度增加。日本学者为了排除遗传因素的影响，通过评估106对50岁以上的双胞胎的口腔健康状况，发现每少5颗牙齿，As的发生率则提高72%[2]。

研究显示口腔致病菌及内毒素通过牙龈损伤进入到系统循环进而侵袭远隔器官[3]。1989年，Mattila等[4]首先提出牙周感染与心血管疾病包括As之间的可能性联系。流行病学研究表明牙周感染是心血管疾病的独立危险因素。有动物实验和体外研究发现牙周感染与As潜在的分子机制[5]。

1 牙龈卟啉单胞菌在动脉粥样硬化动物模型中的影响

载脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）和低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDLR）缺陷的小鼠是已被确认的研究牙周感染与As之间潜在的分子机制的动物模型。总体来说，As形成的小鼠口腔被单种或多种细菌感染，将会导致疾病发展并伴随斑块增多，巨噬细胞渗透性增强，炎性细胞因子水平升高，脂质在动脉血管壁积聚，泡沫细胞形成以及出现其他促进致As的体征[5]。

As与P.gingivalis之间的关系可采用ApoE基因敲除小鼠模型来证实。实验中以小鼠口腔接种P. gingivalis来诱发As。4个月后，血管壁出现脂质条纹，并在其中检测出P. gingivalis的存在。患有牙周炎的小鼠，在血清中检测到更高水平的白细胞介素6（interleukin，IL-6）和血管细胞黏附分子1（vascular cell adhesion molecule，VCAM -1）[6]。Madan等[7]用高糖高脂饲料饲养ApoE小鼠，创建As模型并接种P.gingivalis来诱导鼠牙周炎，以及用多西环素对小鼠进行全身给药。他们发现对小鼠进行多西环素治疗后有抗As的作用，即降低P. gingivalis介导的As和炎症。然而，这些发现并不适用于人类，因为在人类口腔发生的牙周炎是被几种或多种牙周致病菌组成的斑块（即牙菌斑）所介导，即能大大增加细菌抵抗抗生素的一种生物膜[8]。Madan等[7]反复给小鼠注射P. gingivalis，但不会形成稳定的生物膜。因此，没有聚集的P. gingivalis对抗生素更敏感。然而，使用As的动物模型对研究As的致病机制依然十分有帮助。

2 体外研究牙龈卟啉单胞菌与动脉粥样硬化潜在的分子机制

大量研究证实，P. gingivalis可入侵内皮细胞导致内皮细胞功能障碍和血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）在内膜上的增殖和迁移，促使巨噬细胞吞噬脂质形成泡沫细胞，从而引起斑块的破裂并发血栓形成。

2.1 内皮细胞功能障碍

内皮细胞在维持血管正常的收缩和舒张，保持血液的正常流动和血管的长期通畅这一功能上起着重要作用。一旦内皮细胞出现功能障碍，则最终会导致As的发生。P. gingivalis菌毛具有侵袭性和黏附性，可入侵内皮细胞，激活内皮细胞多种黏附分子和炎性细胞因子的表达，如细胞间黏附分子（intercellular adhesion molecule，ICAM）-1、VCAM-1、IL-6、IL-8、单核细胞趋化蛋白（monocyte chemoattractantprotein，MCP）-1等，促进血管平滑肌细胞的迁移和增殖，从而促进As 的形成[9]。

外膜囊泡是一种由脂多糖、牙龈蛋白酶、磷脂以及被外膜包裹的间质成分所组成的，广泛存在于P. gingivalis中的囊泡状结构。外膜囊泡在P. gingivalis里以出泡的方式分布在牙周袋的微生物环境里，其产物和侵袭作用由菌毛调节[10]。研究证实外膜囊泡可抑制内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）是机体内一种具有调节血管舒张度，抑制白细胞黏附及迁移以及保护内皮细胞作用的信号分子。eNOS是合成NO的限速酶，其活性降低，则会造成NO生物活性的下降，从而导致As的发生[11]。以上发现均提示P. gingivalis的外膜囊泡在诱导内皮功能障碍方面发挥着重要作用[12]。

2.2 平滑肌细胞的增殖和迁移

VSMCs是血管壁的重要组成部分。正常情况下其在血管壁的中膜，调节血管张力。但一旦AS出现，VSMCs则出现显著的变化，由正常的收缩表型转化为幼稚的合成表型，并发生增殖和迁移，导致新生内膜的形成和内膜的变厚[13]。在新生内膜中，由中膜向内膜迁移的VSMCs通常会合成细胞外基质，并在斑块的细胞周围积聚，细胞吞噬胆固醇，并使脂质积聚在VSMCs中，导致脂质斑块转变为纤维脂质斑块，进而随着间质成分日渐增多并包绕在外周，病灶处的纤维组织不断增生形成覆盖在坏死脂质斑块之上的纤维帽，形成AS斑块[14]。给小鼠静脉注射P. gingivalis后发现伴随着钙结合蛋白A9（S100 Ca2+-binding protein A9，S100A9）的超表达和胚胎型肌球蛋白重链（embryonic isoform of myosin heavy chain，SMemb）的生成，引发小鼠血管更多的、显著的内膜增生现象[15]。同样地，有学者收集手术患者的主动脉瘤和牙菌斑标本，并对主动脉瘤标本进行免疫组织化学观察，以及从牙菌斑中通过聚合酶链反应提取P. gingivalis的DNA，发现在患有牙周炎的主动脉动脉瘤中S100A9和SMemb的表达增强，提示P. gingivalis对内膜增生有影响[16]。

2.3 泡沫细胞的形成

在AS进程中，血液循环中的单核细胞渗透至内膜，引起血管内膜中巨噬细胞的积聚，并可摄入氧化低密度脂蛋白，从而逐渐转化成泡沫细胞。在AS中，P. gingivalis及其产物促进单核细胞在各个阶段的进程，并支持单核细胞在内皮表面上募集、内膜上的渗透、向巨噬细胞的分化以及向泡沫细胞的转化[17]。

P. gingivalis以及囊泡不仅刺激低密度脂蛋白与巨噬细胞结合，而且还诱导巨噬细胞去刺激脂多糖，以此反过来促进低密度脂蛋白的AS形成[18]。巨噬细胞氧化低密度脂蛋白与牙龈卟啉单胞菌的脂多糖（Porphyromonas gingivalis lipopolysaccharide，Pg-LPS）相结合的泡沫细胞引起NF-κB路径的刺激作用和促炎性反应中细胞因子类IL-1β和IL-12的增量调节[19]。同样地，Groeneweg[20]研究发现通过激活TNF-α、IL-6和IL-12的产物，氧化低密度脂蛋白会增强巨噬细胞脂多糖促炎性反应的影响，而抗炎因子IL-10的表达减少。因此，Pg-LPS和氧化低密度脂蛋白也许在诱导、刺激巨噬细胞和泡沫细胞的促炎性反应表型中起到协同作用。

2.4 斑块破裂

纤维帽和脂质坏死核心是影响斑块稳定与否的重要因素。稳定的斑块为纤维帽较厚而脂质坏死核心有或无，炎性细胞较少而平滑肌细胞多的同心性斑块；而不稳定斑块为纤维帽很薄而脂质坏死核心大，炎性细胞大量浸润而平滑肌细胞极少的偏心性斑块。

由斑块内平滑肌细胞合成，组成纤维帽的细胞外基质的降解活性增强，可影响斑块的不稳定性。而由单核细胞源性巨噬细胞分泌产生的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）具有降解细胞外基质成分的能力，易导致纤维帽变薄或破裂。P. gingivalis也可通过MMPs降解产生胶原的细胞外基质，使牙周炎病人的牙周结缔组织遭到破坏。P. gingivalis被证实可调节血管内皮细胞、单核细胞、巨噬细胞中MMPs的分泌和降解，而且Pg-LPS也被证实可诱导MMPs的分泌和降解活动[21-23]。

在小鼠心肌梗死的模型中，Deleon[24]发现Pg-LPS可通过巨噬细胞中MMP-9的高表达，参与细胞外基质的合成与降解，造成斑块的不稳定或破裂，从而导致心肌梗死后的心脏重构。另外，孙玮等[25]通过给大鼠肌注P. gingivalis建立牙周炎动物模型，采用聚合酶链反应检测血清中MMPs的含量，发现其含量随P. gingivalis的注射量增加而增加，表明P. gingivaliscAS的发生有关系。

2.5 血栓的形成

在AS中，斑块破裂处释放出促凝物质，从而导致动脉局部闭塞或远端栓塞，引起组织缺氧或梗死形成。正常的动脉内皮细胞具有抗凝和抗黏附性能。P. gingivalis通过牙龈蛋白酶水解活动降解内皮血栓调节蛋白，诱导血管内皮细胞内促凝活性，从而导致血栓形成。

Lalla等[6]用P. gingivalis感染ApoE基因缺陷小鼠形成AS模型的早期阶段，能激活主动脉处血管细胞黏附因子，说明其对血栓有影响。Emekli等[26]发现在患有冠心病的牙周炎病人与不患冠心病的牙周炎病人中，其血浆组织因子水平是有区别的，并且血浆组织因子活性与牙周社区治疗指数评分之间是呈反比关系。这也许就表明血浆组织因子是一个潜在的、实用的牙周炎和冠心病的标志物。

综上，虽然至今对P. gingivalis在AS发生发展阶段有了初步的了解认识，但仍不全面，还有很多潜在的作用机制有待于探究，以期更好地指导基础研究和临床工作。

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（收稿日期：2016-11-19 本文编辑：李岳泽）