牙周致病菌促进心血管疾病发生发展的分子机制研究进展

骆凯华， 彭显， 李继遥

1. 口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心 四川大学华西口腔医院牙体牙髓病科，四川成都（610041）； 2. 口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心，四川 成都（610041）

牙周炎是一种多因素的慢性细菌感染性疾病，其特征是牙支持组织，包括牙龈、牙周韧带和牙槽骨等牙周组织完整性的进行性破坏。牙周炎和心血管疾病均有很高的发病率，并且拥有许多共同的危险因素。但当两种疾病发生在同一个体身上时，很难评估这两种疾病之间的相关或因果关系。尽管如此，越来越多的流行病学证据显示，牙周炎患者（包括接受牙周治疗的患者)罹患心血管疾病的风险显著增加［1］。虽然临床上已经观察到牙周炎和心血管疾病之间存在密切相关性，但连接这两种疾病的详细机制尚未阐明。牙周致病菌作为牙周炎的始动因子，近年来在心血管疾病病变部位的检出［2］，进一步印证了牙周炎与心血管疾病之间的潜在关系，且牙周致病菌在其中扮演了重要的角色。本文对牙周致病菌促进心血管疾病发生发展的可能机制进行了综述。

1 牙周炎相关病原体直接或间接入侵心血管系统

在牙周炎患者中，细菌能够在龈沟或牙周袋中聚集，在某些情况下（如牙周治疗等）可以通过损伤的上皮进入血液循环，由此导致菌血症的发生。一项纳入了9 项观察性研究的综述显示，在牙周手术后，219 例患者中有106 例（49.4%）存在菌血症［3］。Castillo 等［4］在患者行牙周治疗干预后，利用分子鉴定的方法检测到外周血中存在特异性牙周病原体的患者比例为54.8%，而治疗干预前仅为16.6%。牙龈卟啉单胞菌、伴放线放线杆菌及一些链球菌是采取口腔卫生措施或牙周治疗后血液中检测到最常见的的致病菌［4-5］。牙周致病菌除了能够直接进入血液外，还能够通过间接入侵宿主细胞（主要是吞噬细胞和树突状细胞）的方式，由宿主细胞转运至心血管系统［6］。这些吞噬了牙周致病菌的宿主细胞能够在心血管系统与黏膜的界面大量聚集，从而间接地通过体循环的方式将细菌运送到身体远端。因此，牙周致病菌在血液中或在吞噬细胞的胞内及胞外循环，随后沉积在心血管疾病病变部位，尤其是粥样硬化斑块的各个部位［2］。

牙周致病菌侵入内皮细胞并进入血液的间接证据主要来自于粥样硬化斑块中牙周致病菌DNA的鉴定。近年来，大量研究在粥样硬化病变中检测到了不同细菌的DNA［7］。在小鼠体内将粥样硬化斑块中存在的口腔细菌与小鼠龈沟液中的细菌及对应的牙周状况相匹配，一定程度上证明了两者间的相关性［8］。尽管在动脉粥样硬化病变中发现了大量不同种类的口腔细菌，但很少有研究报道能够从动脉粥样硬化斑块样本中成功分离培养出如牙龈卟啉单胞菌、伴放线放线杆菌等牙周致病菌活菌。因此，需要更多的研究来阐释微生物在动脉粥样硬化斑块形成中的机制和影响能力，以及验证这些检出的牙周致病菌DNA 是否来自于牙周局部。

牙周病原体也可直接入侵包括心血管系统在内的器官和组织。例如，Louhelainen［9］等发现约40%的心包炎患者的心包液中存在牙周病原体。牙龈卟啉单胞菌是众多牙周病原体中入侵作用最显著的细菌之一。在实验室培养过程中，它能够入侵多种人类血管细胞，牙龈卟啉单胞菌感染人主动脉内皮细胞还可诱导促凝血作用［10-11］。最近的研究提供了某些牙周细菌在心脏组织中存在的证据，这些细菌的存在能够对心房和心肌组织造成不同程度的炎症影响［12-13］。

2 牙周致病菌相关毒力因子与内毒素血症

某些牙周致病菌的毒力因子不仅能加速上皮黏膜屏障的破坏，还可经由破坏的上皮屏障入血，进一步引发内毒素血症与全身的炎症反应。例如牙龈卟啉单胞菌分泌的蛋白酶牙龈素可降解连接黏附分子1（junctional adhesion molecule 1，JAM1）、E-钙黏蛋白等增加上皮屏障的通透性，提高了细菌及其产物如脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和肽聚糖（peptidoglycan，PGN）等局部侵袭及扩散至外周血的能力［14］。临床研究也表明，重度牙周炎患者血清中，LPS 水平升高，且由此引发的内毒素血症随牙周炎严重程度的增加而加重［15］。牙周局部炎症程度、龈下菌斑的微生物负担，均是内毒素血症的危险因素。Liljestrand 等［16］通过测定505 名成年人的唾液和血清LPS 活性，并与相应的冠状动脉造影结果进行线性回归分析，结果表明，包含牙龈卟啉单胞菌、伴放线放线杆菌在内的11 株细菌的水平与唾液LPS 水平显著相关，且内毒素血症与心血管疾病显著相关，说明LPS 可能是牙周炎与心血管疾病之间的分子媒介。血液循环中牙周致病菌相关毒力因子如LPS 水平的升高与全身炎症反应、氧化应激、脂代谢都存在一定的联系，由此加剧高脂血症与动脉粥样硬化的病理进程，最终影响心血管疾病的发生发展。

此外，入侵血液循环中的牙周致病菌在与内皮细胞、免疫细胞相互作用的同时，细菌相关毒力因子如菌体表面的菌毛、LPS、分泌的蛋白酶等也能够通过干扰内皮细胞及血管平滑肌功能、促进泡沫细胞及不稳定斑块形成，从而促进动脉粥样硬化进程，促进心血管疾病的发生与发展［17］。

3 牙周炎与心血管疾病关联的分子机制

3.1 全身炎症状态、脂代谢与氧化应激

在牙周炎状态下，牙周致病菌通过直接或间接的方式进入血液循环能够引发菌血症，并有可能于机体远端定植，甚至可以诱发全身的炎症反应。多项研究表明，牙周炎患者全身炎症介质水平升高，如C 反应蛋白、pentaxin-3 和纤维蛋白原等［18］。而在积极的牙周治疗干预下，这些系统性炎症生物标志物能够明显下调［19］。Hajishengallis［20］提出：牙周炎患者紊乱的口腔菌群，不仅可以介导局部炎症状态，同时也能够影响到身体远端的全身炎症反应状态。O’boyle 等［21］通过动物实验证明了结扎诱导的实验性牙周炎能够诱发全身性的炎症状态。Richardson 等［22］研究也证明了身体局部的感染因子可以导致炎症的激活，并加速高胆固醇血症兔子的动脉粥样硬化病理进程。因此，由牙周局部炎症状态或血液循环内的牙周致病菌所导致的全身炎症状态，被认为是牙周炎和心血管病之间一种可能的联系机制。

此外，全身炎症程度通常决定牙周炎和心血管病的易感性和预后。一项横断面研究表明，牙周炎症和颈动脉炎症在心血管疾病患者中并存时，全身炎症的程度是预后的重要评估因子［23］。Leira 等［24］研究指出，在心血管疾病患者中，牙周炎导致的全身炎症状态能够进一步导致内皮功能受损，由此造成动脉粥样硬化风险升高。体外实验表明，反复暴露于牙龈卟啉单胞菌可以诱导人冠状动脉内皮细胞促炎分子和血管收缩分子的激活上调，从而导致内皮功能障碍［25］。

牙周细菌及其产物还能够通过影响脂质代谢，例如对脂质的结构修饰，或者通过激活炎症通路间接影响脂质合成与修饰，从而影响全身的炎症状态，进一步造成炎症细胞向心血管系统病变部位募集，增加动脉粥样硬化斑块的硬化程度［3］。研究表明，牙周炎能够导致机体甘油三酯、氧化型低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白的血清水平升高［26］。在牙周炎患者中，全身炎症状态引起的氧化应激干扰了正常的脂代谢过程，同时由牙周致病菌释放的毒力因子也可影响内源性脂代谢［26］。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是脂质途径过氧化的重要产物，已被证明在冠心病发展过程的内皮功能损伤中具有重要作用。研究发现，牙周炎患者的唾液和血清MDA 水平高于健康受试者，而C反应蛋白是唾液和血清MDA 水平增加的显著预测因子［27］。前蛋白转化酶枯草溶菌素9（proprotein convertase subtilisin/kexin type 9, PCSK9）在调节循环低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）胆固醇水平中发挥着关键作用。Miyazawa 等［28］动物研究发现，牙龈卟啉单胞菌可上调固醇调节元件结合蛋白，促进PCSK9 的表达。同样地，牙周炎患者血清的PCSK9 表达水平上升［29］。牙龈卟啉单胞菌诱导的PCSK9 的上调可能与Toll 样受体的激活和肿瘤坏死因子α（tumour necrosis factor-α, TNF-α）的分泌有关［30］。

此外，随着循环炎症水平的上调，免疫细胞的活化将释放大量的活性氧，导致氧化应激。研究显示，牙周炎患者血清和唾液的总抗氧化状态（total oxidant status，TOS）和氧化应激指数（oxidant stress index，OSI）升高［31］，同时龈沟液、唾液和外周血中的氧化应激相关标志物如髓过氧化物酶、还原型辅酶Ⅱ、氧化低密度脂蛋白（oxidative-LDL，Ox-LDL）水平均升高［32］。Ox-LDL 与LPS 对巨噬细胞的促炎功能还具有协同作用。这种协同作用引起的局部微环境改变可能正反馈调节氧化应激，增加LDL 的氧化修饰。在LPS 等牙周致病菌的毒力因子作用下，过量的活性氧带来的脂质过氧化将促进细胞铁死亡，引起巨噬细胞的胞内脂质堆积和血管炎症加重［17］。最新研究还发现，牙龈卟啉单胞菌还能通过调节控制昼夜节律的时钟基因BMAL1，以反馈调节的方式增强下游的NF-κB 信号转导, 提高主动脉内皮细胞的氧化应激和炎症反应，从而加速动脉粥样硬化进程［26］。而牙周治疗干预则能够一定程度上改善脂质分布，降低总胆固醇、血清低密度脂蛋白和氧化低密度脂蛋白等，通过改善脂质的代谢从而减轻全身炎症反应［19］。

3.2 分子拟态

分子拟态是感染或化学制剂诱导自身免疫的主要机制之一。由于外来多肽和自身多肽之间存在相似性而诱发的自体反应的T 细胞或B 细胞的激活，从而导致组织损伤或自身免疫反应。分子拟态和自身免疫被认为是联系牙周炎与动脉粥样硬化的可能机制，而牙周致病菌的产物如LPS、热休克蛋白（heat shock protein，HSPs）以及牙龈卟啉单胞菌的牙龈素是心血管组织中自我免疫反应的潜在靶点。

有研究表明，牙龈卟啉单胞菌的LPS 能够诱导人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cell，HUVECs）的细胞间黏附分子-1 和血管细胞黏附分子-1 的表达，显著增强炎症细胞的跨内皮迁移［33］。部分牙周炎患者血清中还可出现高水平的由牙龈素和磷酸甘油酸激酶诱导产生的抗心磷脂/β2 糖蛋白1 抗体。β2 糖蛋白1 可以调控血小板的聚集，影响内皮功能和动脉粥样硬化斑块的发展［17］。此外，许多牙周致病菌都能够表达人热休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）的同源物，如牙龈卟啉单胞菌的HSP60/65 同源物（也称GroEL 蛋白）能够与宿主内源性HSPs 发生交叉反应，诱导宿主体液免疫和细胞免疫反应，导致内皮损伤加重［34］。Huang 等［35］证明了牙龈卟啉单胞菌的Gro-EL 蛋白能够通过上调Toll 样受体4 的表达调控内皮细胞的动脉粥样硬化。Wu 等［36］认为牙龈卟啉单胞菌的GroEL 蛋白还能通过调节内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）和血管内皮细胞钙粘连蛋白（VE-cadherin）的表达水平，加剧HUVECs 的内皮功能障碍，并通过激活caspase-335 诱导细胞凋亡。此外，GroEL 蛋白在动脉粥样硬化的发病过程中可能还具有诱导天然低密度脂蛋白氧化的能力［37］。

3.3 载脂蛋白E

载脂蛋白E（apolipoprotein E，APOE）是除LDL外脂蛋白的重要组成部分，参与了甘油三酯和胆固醇在各种组织中的再分配。APOE 与其他载脂蛋白相似，在血液循环时有助于稳定和溶解脂蛋白，其在脂质代谢中的作用包括维持脂蛋白结构的完整性和作为脂蛋白受体的配体。

因此，APOE 基因敲除的小鼠模型因而也常用于牙周炎与心血管疾病的关系研究。利用APOE基因敲除小鼠模型，进一步证明了牙周致病菌能够加速APOE 小鼠的动脉粥样硬化，且致病菌及其产物能够从口腔菌群转移到动脉粥样硬化斑块中［38］。

APOE 基因具有多态性，其等位基因APOE4 被认为是免疫炎症相关因子，也是心血管疾病的危险因子。然而，目前仅有少量的研究报道了APOE基因的多态性对口腔疾病个体的影响及其与心血管风险的关系［39］。一项研究显示，APOE4 在无牙人群中发现的频率明显高于有牙人群［40］。Pereira等［41］提出APOE4 与循环胆固醇、LDL 和促炎细胞因子水平升高有关。而循环中LDL 水平的升高更有利于ox-LDL 的形成，激活内皮细胞和血管炎症反应，最终导致单核-巨噬细胞的招募和分化，加速动脉粥样硬化进程。另有一项研究指出了APOE4患者相比于APOE4等位基因缺失的患者，口腔内放线菌属水平下降，提示可能存在的口腔菌群紊乱［42］。

然而，目前尚没有研究评估APOE4 等位基因对牙周炎患者的心血管疾病风险的研究，需要进一步的研究证明APOE4 等位基因在牙周炎及心血管疾病之间的联系机制。

4 小 结

牙周炎和心血管疾病是非常普遍的健康问题，且拥有许多共同的危险因素。本文回顾了近年来两者的相关研究，证实牙周炎与心血管疾病之间的潜在相关性。为了评估牙周致病菌在两种疾病之间扮演的角色，笔者基于大量的实验性研究总结了牙周炎相关牙周致病菌促进心血管疾病发生发展的分子机制：牙周炎相关病原体及其产物的入侵，及由此引发的全身炎症状态、脂代谢与氧化应激是目前被广泛接受的联系两种疾病关系的可能机制，而分子拟态学说以及载脂蛋白E 在牙周炎与心血管疾病的内在相关性还需要进一步的研究去探讨。

【Author contributions】Luo KH and Peng X wrote the article. Li JY reviewed the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.