新型冠状病毒肺炎与牙周炎的潜在关联

罗 婷， 李文静， 郭晶洁， 张姗姗， 李 杰

(1. 天津医科大学总医院 口腔科，天津 300052；2. 北京大学口腔医院特诊科 北京大学口腔生物材料实验室，北京 100081；3. 国家药品监督管理局口腔材料重点实验室，北京 100081；4. 北京大学 医学部，北京 100191)

新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019, COVID-19)，是指由严重急性呼吸综合征冠状病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus, SARS-CoV-2)引起的以肺为主要靶器官的全身多器官损伤性疾病[1]。截至北京时间2021年11月27日，全球累计COVID-19确诊病例259 502 031例，累计死亡5 183 003例。COVID-19是目前全球面临的最紧迫的公共卫生问题之一[2]。COVID-19的潜伏期为1～14 d，最长达24 d。各年龄段人群对COVID-19均具有易感性[3]。其常见的症状主要为发热、乏力、干咳、肌痛、呼吸困难。此外，部分患者还可能出现头痛、头晕、恶心、呕吐、腹痛、腹泻等症状[4]。大多数患者为轻症型，20%的患者会发展为重症型，需要住院和氧气支持治疗。其中5%的患者需要入重症监护室，死亡率约为2%[5]。重症型COVID-19的发生主要与高龄、系统性疾病和免疫抑制有关[4]。其症状迅速发展为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)、呼吸衰竭、多器官衰竭等[6]。老年人和患有慢性肺病、糖尿病、心脏病或慢性肾病等严重疾病的人都具有罹患重症型的高风险[7]。牙周病(Periodontal Diseases, PDs)特指由微生物引起的只发生在牙周支持组织的慢性感染性疾病，分为牙龈病和牙周炎，其中牙龈病仅累及牙龈组织，而牙周炎则会累及牙龈、牙周膜、牙槽骨和牙骨质。牙周炎是造成老年人牙周破坏和牙齿松动脱落的主要原因，其发病率在我国约为90%[8]。其致病机制主要与牙周袋内大量繁殖的病原微生物、分泌的微生物毒性产物及宿主三者之间的免疫炎症反应有关[8]。口腔微生物群的失调与宿主的免疫防御相互作用，最终导致炎症和组织损伤。随着口腔医学的发展，牙周炎与全身系统性疾病的研究愈发受到关注与重视。牙周炎会通过口腔牙齿功能减退、微生物感染、炎症反应等途径对呼吸、消化、循环、内分泌、神经、运动、免疫、生殖等诸多系统造成影响，并带来相应的系统性疾病[9]。研究表明，性别、年龄和糖尿病、高血压、心血管疾病以及癌症等并发症可能会增加COVID-19死亡的风险[10-11]。但牙周炎与COVID-19之间是否存在潜在关联有待进一步研究。

1 牙周炎致病机制

源于口腔特殊环境的影响，口腔微生物群的构成复杂多变，包含细菌、真菌、支原体、原生动物和病毒等，其中细菌占据主要地位[12]。人们普遍认为，牙周病原体及其产物只影响口腔。然而，牙周感染能影响口腔外组织或器官，导致全身性疾病的发生。研究发现牙周炎与心脑血管疾病、慢性肾病、糖尿病、阿尔茨海默病、癌症、早产低体重婴儿及呼吸道感染等密切相关[8-9,13]。牙周炎很可能通过以下几种方式对全身系统造成影响。

1.1 菌血症

牙周炎患者中，牙龈上皮屏障破坏并伴溃疡的产生，有助于龈下革兰阴性菌通过血液全身传播。牙周袋作为细菌、细菌产物及其免疫介质储备库，为血液系统及其他组织提供感染源，促进其他全身系统性疾病发展。全身系统性疾病同时又影响牙周炎进展。短暂性菌血症有可能在刷牙、使用牙线、咀嚼和口腔手术后产生。在人类动脉粥样硬化斑块中就存在牙周致病菌牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonasgingivalis)和伴放线聚集杆菌[14]。此外，在阿尔茨海默病患者的脑组织中也发现了牙龈卟啉单胞菌[15]。这些研究有力地表明，牙周致病菌可以通过血液传播并在远隔器官上定殖。

1.2 唾液吸入导致细菌的迁移

唾液的吸入在口腔细菌定殖于呼吸道中发挥了突出作用。牙周炎、牙龈出血、菌斑指数以及口腔内呼吸道病原体的存在，可增加住院患者感染医院获得性肺炎的机会[16]。Bassis等[17]以健康肺部菌群、鼻腔菌群、口腔菌群为标本进行微生物多样性分析后发现，健康肺部菌群与口腔菌群具很高的相似性。该项研究表明口腔菌群可能是健康肺部细菌的主要来源。

1.3 免疫失调

牙周炎活动期时，结缔组织中存在持续强烈的炎症浸润。随着Th1、Th2和Th17亚型细胞的激活，以及各种促炎细胞因子的产生，T细胞调节失调，从而激活其他免疫细胞，如中性粒细胞、树突状细胞和B细胞等。T细胞和B细胞受到刺激后，诱导核因子κB受体活化因子配体的释放，促进破骨细胞活性，引起牙槽骨吸收，最终导致牙齿脱落[18]。这种慢性炎症通常引起低程度的全身炎症和细胞因子水平升高，如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、干扰素-γ(interferons-γ, IFN-γ)、白细胞介素-4(interleukin-4, IL-4)、IL-6、IL-10、IL-1β、铁蛋白和c反应蛋白(C-reactive protein, CRP)[19]。这种炎症反应的失调导致免疫系统的过度刺激，从而导致免疫失调[18]。

2 COVID-19致病机制

冠状病毒科分3个属，即α、β、γ属。β冠状病毒属是对人类致病的主要冠状病毒属。SARS-CoV-2属于β冠状病毒属[20]。其中棘突(spike, S)蛋白、膜(membrane, M)蛋白、包膜(envelope, E)蛋白和核衣壳(nucleocapsid, N)蛋白是冠状病毒最为重要的4种结构蛋白[21]。S蛋白在SARS-CoV-2的感染及传播过程中发挥着重要作用。S蛋白由两个亚基S1与S2组成，S1亚基包含1个信号肽、N端结构域(NTD)和受体结合域(RBD)[22]。但SARS-CoV-2的致病机制尚不明确。

2.1 S蛋白-ACE2途径

SARS-CoV-2表面S蛋白介导病毒与细胞膜受体结合并参与入胞过程。通过S蛋白RBD区域与人血管紧张素转换酶2(Angiotensin-converting enzyme II, ACE2)的识别及结合来感染人的呼吸道上皮细胞[23]。ACE2在肺上皮细胞、心肌细胞、胃肠系统、肾近端小管细胞和动脉平滑肌细胞中高度表达。丝氨酸蛋白酶2(transmembrane protease serine 2, TMPRSS2)和半胱氨酸组织蛋白酶B或L(cathepsinB/L, CatB/L)分别介导SARS-CoV-2融入靶细胞的非内体和内体途径，其中TMPRSS2占主导作用[24]。TMPRSS2可通过裂解并激活S蛋白实现膜融合和加工ACE2利于病毒入胞，促进SARS-CoV-2进入靶细胞[25-26]。

2.2 S蛋白-CD147(cluster of differentiation 147)途径

SARS-CoV-2还可以利用S蛋白与CD147结合感染人细胞。CD147属于免疫球蛋白超家族的跨膜糖蛋白，也称为细胞外基质金属蛋白酶诱导因子，参与肿瘤发生、疟原虫侵袭和病毒感染。体外抗病毒实验显示，人工合成的CD147抗体Meplazumab可以通过阻断CD147有效抑制病毒入侵宿主细胞[27]。

2.3 S蛋白-GM1神经节苷脂途径

SARS-CoV-2可通过S蛋白NTD区域与GM1神经节苷脂相互作用。GM1神经节苷脂是一种在细胞表面常见的分子。半乳糖素与GM1神经节苷脂具有较高的亲和力。半乳糖凝集素3(galectin-3, Gal-3)属于半乳凝素家族中主要成员，在免疫细胞、上皮细胞及内皮细胞中均都有表达。Gal-3参与许多生物学功能，包括肌成纤维细胞的活化和纤维化、细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡、炎症、免疫反应、血管生成、宿主防御等，并介导许多炎症性疾病的免疫应答[28]。最近一项研究发现，SARS-CoV-2 S蛋白中有一个重要区域与Gal-3的形态几乎完全相同。抑制Gal-3可能会影响SARS-Cov-2的附着，降低病毒活性。此外还可导致IL-1和IL-6水平降低，同时IL-10水平升高。在COVID-19患者中，Gal-3抑制剂通过抑制促炎细胞因子的释放而降低细胞因子风暴(cytokine storm, CS)的发生率[28]。

2.4 SARS-CoV-2感染引发CS

CS是指特定条件下，机体内促炎细胞因子水平迅速升高，导致的异常免疫反应[29]。CS是一种全身炎症反应，可由多种因素触发，如某些药物和感染[30]。CS与SARS-CoV-2感染的严重程度有关[31]。其致病机制可能是大量趋化因子和细胞因子在炎症部位产生，引起单核细胞和T细胞等免疫细胞聚集，被激活的免疫细胞又产生大量细胞因子，如此循环，引起肺部的大面积炎症，最终导致ARDS和多器官衰竭。CS在COVID-19患者中很常见，与呼吸衰竭、ARDS和不良临床预后相关[32-33]。

3 探讨COVID-19与牙周炎之间潜在关联

COVID-19与许多慢性疾病存在相关性。Anand等[34]就牙周炎与COVID-19的研究进行了临床病例对照研究，将SARS-CoV-2逆转录聚合酶链反应(real-time reverse transcription polymerase chain reaction, rRT-PCR)阳性的患者纳入病例组(n=79)，rRT-PCR阴性者纳入对照组(n=71)。牙周检查包括记录菌斑指数、牙石指数、牙齿松动度、牙龈出血、探诊深度、牙龈退缩和临床附着水平。研究发现病例组的上述指标明显高于对照组，提示牙周炎与COVID-19显著相关。Larvin等[35]抽取了英国生物样本库在2020年3月至6月期间接受COVID-19检测的参与者(n=13 253)，来研究牙周病对COVID-19感染和预后的影响。发现牙周病患者和自述无牙周病史患者之间COVID-19感染风险无明显差异。但是在COVID-19阳性患者中，患有牙周病的死亡率明显更高。Marouf等[36]通过纳入568例患者的研究发现，牙周炎与COVID-19患者入ICU、需要辅助通气和死亡风险升高相关，且COVID-19合并牙周炎患者的血液白细胞、D-二聚体和CRP水平显著升高。牙周炎患者由于细菌感染导致炎性细胞聚集产生大量细胞因子，导致基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)释放增多。已证实MMPs在牙周炎及慢性阻塞性肺病这两种疾病的病理机制中具有关键作用。在牙周炎患者牙龈组织、龈沟液及唾液中MMP-8活性升高[37]。Gupta等[38]和Botros等[39]对所有涉及的患者进行了实时临床检查，结合aMMP-8快速诊断试剂来确定是否处于牙周炎活动期，发现牙周炎增加COVID-19患者的不良预后。目前没有足够的证据表明牙周炎与感染COVID-19风险增加有关。但是牙周炎很有可能增加COVID-19不良预后的风险。牙周炎可能是通过以下几种方式影响COVID-19进展及预后。

3.1 口腔黏膜上皮屏障的破坏

口腔和感染的牙周组织是呼吸道病原体的潜在来源。龈下菌斑中含有700多种细菌，革兰阴性厌氧菌是导致牙周炎的主要病原体[40]。COVID-19患者唾液和龈沟液中存在高浓度SARS-CoV-2，牙周袋更是为病毒提供了储存场所。牙周健康状态下，牙龈上皮细胞释放抗微生物肽阻止细菌进入体内从而提供机械屏障。牙周炎时由于口腔黏膜上皮屏障的破坏导致SARS-CoV-2经过体循环或吸收途径传播到全身。因此牙周炎很可能加重COVID-19症状。

3.2 唾液吸入导致细菌和病毒混合感染

唾液微生物群含有多种病原微生物，能反映牙龈上下菌群的局部变化。在龈沟液及唾液中可检测出SARS-CoV-2，其中龈沟液拭子敏感性为63.64%(唾液拭子的敏感性约为64.52%)[41]。唾液飞沫含有很高的病毒载量，特别是在感染的早期阶段。感染者打喷嚏或咳嗽则有助于病毒的传播。同时，唾液飞沫的吸入可能会将病毒及牙周致病菌带到下呼吸道。研究表明，牙周致病菌的吸入促进下呼吸道产生关键炎症细胞因子，加重SARS-CoV-2对肺部的感染[42-43]。呼吸道病毒感染使患者容易发生细菌交叉感染，导致疾病严重程度及死亡率的增加。已证明SARS-CoV-2可以增加链球菌对呼吸道上皮细胞的黏附，抑制病菌的清除，导致肺炎和肺损伤等并发症[44]。

3.3 相似细胞因子及趋化因子的过表达

牙周炎和COVID-19可释放类似的促炎细胞因子和趋化因子，如CRP、急性期蛋白、TNF-α、IL-1β、IL-2和IL-6和IFN-γ等。因此牙周炎与COVID-19之间很有可能存在相关性。牙周炎时组织释放的前炎性细胞因子可能通过外周血液循环最终到达肺部组织内，趋化白细胞到达肺部组织内，释放更多的细胞因子及蛋白酶类，最终导致肺组织的损伤。SARS-CoV-2和牙周致病菌的联合感染在增加炎症反应和CS中起着关键作用。这种感染之间的协同作用可能增加COVID-19患者不良预后的风险。

3.4 促进SARS-CoV-2对牙周组织感染

ACE2在人体内的表达和分布可能提示SARS-CoV-2潜在的感染途径及范围。Xu等利用单细胞RNA测序技术发现ACE2在舌、颊黏膜和牙龈表达，主要在舌上皮细胞高度表达。表明口腔黏膜可能是SARS-CoV-2感染潜在的高危途径[45]。COVID-19患者经常出现口腔、心血管和胃肠道并发症[6,45-47]，这可能是因为ACE2受体在这些组织中广泛表达，ACE2表达越多的人可能更容易感染SARS-CoV-2。

同时当牙周致病菌被吸入肺部时，由于病菌及其产物如内毒素等的影响，ACE2在支气管、肺部和口腔黏膜的表达增加，这种过度表达可能会增加感染SARS-CoV-2的风险[48]。ACE2在不同器官、组织和细胞类型中的表达为COVID-19潜在感染途径提供了生物信息学证据。CD147主要在上皮细胞中表达，尤其是牙周袋上皮细胞中高度表达[49]。因此牙周炎有可能通过该途径增加SARS-CoV-2的感染。Kara等[28]的研究发现，Gal-3释放的增加与牙周炎的严重程度相关，并可以作为牙周炎急性期的反应物。但CD147和Gal-3与COVID-19感染的潜在关联还需更进一步的研究来证明。

4 小 结

目前没有足够的证据证明牙周炎与COVID-19发病率上升有直接关系。研究发现牙周炎与COVID-19存在间接联系。牙周炎可能为SARS-CoV-2及牙周致病菌提供储存场所，促进其在全身的传播，同时引起相似细胞因子及趋化因子的过表达，引发CS，从而增加了COVID-19患者严重不良反应的发生概率。牙周炎可能是重症型COVID-19潜在危险因素。这为COVID-19合并牙周炎患者的治疗提供新型研究思路及理论依据。该结论也提示对COVID-19患者进行常规专业口腔检查的重要性，并且对COVID-19合并牙周炎患者行牙周基础治疗及辅助药物治疗有望对其COVID-19进展及预后起到积极作用。虽然牙周炎和COVID-19症状的严重程度之间的关联合乎逻辑，但仍需要更多的研究来证实。