牙周炎与肠道菌群相关性研究进展

谢雨桐 ，胡颖哲，高鹏玉，徐全臣

近年来，随着“口腔-肠轴”机制的提出，牙周炎和肠道菌群之间的密切联系越来越受到关注[1]。牙周炎作为一种由菌斑生物膜引发、多种影响因素参与、可引起宿主免疫炎性反应的疾病不仅会导致牙周支持组织的破坏，甚至会危害全身健康[2]。牙周炎时的口腔细菌被吞咽至胃肠道，通过改变肠道原本的微生物群，从而导致肠道菌群失调，在肠道疾病患者的肠腔内容物和肠道黏膜组织中可发现大量口腔细菌聚集[3]，并且肠道菌群失调所导致的全身性疾病。例如，炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)的患者被发现可同时患有牙周炎[4]。IBD是一种非特异性的慢性肠道疾病，它同时受到遗传、感染、环境、免疫反应等多种因素影响[5]。虽然IBD主要影响肠道，但该疾病的肠外表现往往很明显，其中口腔就是主要受累的部位之一，口腔受累的病例可高达50%，对于儿童IBD而言可高达80%[6]。IBD患者往往具有口腔溃疡、牙龈炎、牙周炎等非特异性炎症表现[7]。人类的肠道包含一个复杂的基因库，该基因库源自人类肠道中1×1010个微生物群[8]，微生物群大致分为5个主要门，即厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、疣状菌门。这些分类群的改变与肠黏膜免疫损伤有关，而口腔细菌则是导致肠道菌群改变的重要诱因之一[9]。

1 肠道菌群失调对牙周炎的影响

口腔病变在IBD患者中很常见，因为两者都与宿主免疫反应和局部菌群失调所介导的炎症反应息息相关[6]。学者们发现IBD患者牙周炎的患病率较高，IBD患者中有更多位点的临床附着丧失≥ 4 mm[7]。在口腔卫生的情况相似的条件下，IBD和牙周病之间的联系也在儿童发病的IBD中被发现[10]。有证据显示在IBD患者的结肠活检中牙周致病菌具核梭杆菌(Fusobacteriumnucrelatum，Fn)的检出率升高，炎症组织活检中鉴定的Fn菌株比从对照患者健康组织中分离的Fn菌株更具侵袭性[11]。虽然IBD患者的口腔菌群组成与健康对照组之间存在差异，但这种差异在口腔生态系统中的原因尚不清楚，有待进一步的研究。另一方面，Figueredo等[12]检测了IBD患者和对照受试者的血清、牙龈后发现，与对照受试者相比IBD患者龈沟液中的IL-4水平偏低，而血清中IL-18水平偏高。IBD重症患者往往伴随较为严重的牙槽骨吸收，这可能是由于龈沟液中低水平的IL-4对破骨细胞活性抑制作用受限[13]。同样，IL-18作为炎症因子之一，能够激活NF-κB信号通路促进成纤维细胞及中性粒细胞、单核细胞等炎性细胞分泌基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinses，MMPs)，从而造成牙周组织的破坏[14-15]。由此，可以推断IBD可通过肠道菌群失调产生的细胞因子与慢性牙周炎相联系。

2 牙周炎对肠道菌群的影响

研究表明，口腔细菌能够扩散到结肠，这在牙周炎等情况下最为明显，其中特定的细菌，即具核素梭菌和牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonasgingivalis，Pg)占主体。在结肠中，这些细菌可以改变肠道的微生物群的组成，导致肠道生态失调[16]。

在一项平行观察病例对照研究中，研究人员利用16S rRNA基因的高通量测序，确定并比较牙周炎患者与牙周健康对照者的肠道微生物组的组成，结果显示牙周炎患者肠道菌群的多样性降低并且种类发生了改变，其显著特征是厚壁菌/拟杆菌比率增加，以及细菌门、疣状菌和变形菌的富集[17]。动物实验也有相似的结论：在给小鼠灌胃牙龈卟啉单胞菌10个周期后，对小鼠回肠内容物测序，显示Pg给药小鼠肠道菌群中厚壁菌占比55.4%、拟杆菌占比38.7%，对照组小鼠肠道菌群中厚壁菌占比72.8%、拟杆菌占比17.0%，差异具有统计学意义[18]。在同一作者之前的一项研究中[19]，Pg给药小鼠的肠道菌群中厚壁菌门减少，拟杆菌门升高。在属水平上，未分类的S24-7和普雷沃菌增加，梭状芽孢菌减少。上述动物实验都说明了口腔细菌肠道易位定植是引起肠道生态失调的病因之一。牙周炎患者无论牙周状况如何，均能在个体的肠道微生物群中都检测到大量与牙周破坏和炎症相关的口腔菌群[20]。

牙周炎经治疗炎症得到控制后肠道菌群也发生改变。在一项动物实验中，研究者们使用牙周基础治疗的方法治疗经结扎诱导牙周炎的小鼠，牙周炎小鼠经过基础治疗后，显示出肠屏障恢复的趋势，研究人员又进一步分析了牙周基础治疗后小鼠肠道微生物群的变化：异杆菌、巴氏杆菌、孢子杆菌的数量明显减少，而生殖菌和双歧杆菌的相对丰度增加[21]。此外，一项益生菌调节肠道菌群改善牙槽骨丢失的实验表明：在卵巢切除(OVX)大鼠中，益生菌可显著防止炎症性牙槽骨吸收，益生菌通过丰富的丁酸产生菌提高肠道丁酸的生成，改善了OVX大鼠的肠道屏障受损程度，降低了肠道通透性，并且由于OVX大鼠被摘除了卵巢，益生菌能够抑制大鼠体内因雌激素分泌受限所导致的以IL-17A和TNF-α等炎性细胞因子升高为特征的炎性反应，尽管具体机制尚不清楚，但在动物模型中口服某些益生菌菌株已显示出抑制牙槽骨丢失的有效性[22-24]。

3 牙周炎影响肠道菌群的可能途径

3.1 肠内途径

牙周病原微生物的毒力因子及其引起的肠道炎症可能导致肠道通透性增强[25]。肠道屏障虽然具有多层防御，包括黏液层、紧密连接蛋白、肠道完整性和肠道免疫，但肠道防御机制受多种因素的影响，如分泌性IgA减少和免疫力普遍降低可能进一步削弱肠道屏障增加肠道通透性，导致内毒素、肽聚糖和微生物DNA等细菌产物进入肠道免疫系统[26]。上述细菌产物与肠细胞表面的TLR和细胞内NLR相互作用，从而触发IL-1、IL-6、IL-8等细胞因子生成，进一步加重肠道炎性反应[27]。

此外，在生理条件下，由于受到胃酸和碱性胆汁的保护，口腔菌群很少进入肠道[28]。在健康个体中，顶叶细胞通过H+/K+ATP酶分泌H+进入胃腔，然后将主细胞分泌的胃蛋白酶原转化为胃蛋白酶，防止口腔细菌在肠道内传播[29]。然而，牙周炎患者的口腔菌群明显不同于口腔健康人群，例如，Pg在牙龈炎和牙周炎患者中显著升高，由于Pg具有耐酸性，部分Pg可通过胃进入肠道，破坏肠道内稳态[30-31]。已有研究证实在患有与胃酸缺乏相关的胃功能障碍患者以及IBD患者中，口腔细菌在肠道定植概率显著增加[3，32]。虽然部分口腔细菌具有耐酸性但目前还不清楚进入胃肠道的牙周病原体如何在胃酸和碱性胆汁中存活。

3.2 血液途径

在牙周炎发生发展过程中，牙周局部炎症一般能通过被破坏的袋上皮及附近结缔组织中的胶原纤维和基质进入全身血液循环系统，导致菌血症或内毒素血症，从而扩散至全身[33]。近年来提出的“口腔-肠道-肝轴”机制[34]认为肝脏和口腔之间的联系可能是通过受损的肠道屏障实现的，肠道屏障通透性增加能使口腔细菌及其产物和从口腔直接转移到体循环，相反，牙周炎患者血液中的口腔致病菌也能透过受损的肠道屏障在肠道定植。在动物实验性牙周炎模型的血液、心脏、肺脏、肝脏等全身器官中均检测到了具核梭杆菌基因组DNA，这提示牙周炎时口腔细菌能通过血液进行全身的系统性传播[35-37]。有研究人员在部分慢性牙周炎患者血液中发现变异链球菌血清型k菌株TW295能够刺激肝细胞产生γ干扰素(interferon gamma，IFN-γ)，加速肠道的炎性反应，但是口服相同菌株并没有产生相似的效果，进一步佐证口腔致病菌可通过血液循环到达肠道引发或加重肠道炎症[38]。

3.3 IL-17/Th17免疫途径

人体的免疫反应可以分为先天性免疫和适应性免疫，两种免疫反应共同维持着组织稳态，如果二者之间相互作用的平衡被打破则可能导致慢性炎症和自身免疫，这被认为是免疫介导炎症性疾病(immune mediated inflammatory diseases，IMIDs)发生和进展的主要潜在原因，其中Th17细胞及其关键细胞因子IL-17在适应性免疫反应中发挥了关键作用[39]。白细胞介素17(interleukin-17，IL-17)是一种高度通用的促炎性细胞因子，对宿主防御、组织修复、炎症疾病发病机制等多种过程至关重要[40]。有动物实验通过酶联免疫吸附试验(ELISA)分析了来自小鼠肠系膜淋巴结、腹股沟淋巴结和脾脏的PMA/离子霉素刺激的淋巴细胞培养上清液中IL-17的水平，与对照组小鼠相比，Pg给药小鼠产生的IL-17数量显著增加，由此证实Pg可升高小鼠全身炎症细胞因子水平，并在肠系膜淋巴结中诱导Th17反应[27]。其次，菌群失调被认为是诱导屏障组织产生保护性免疫反应的主要因素，牙周炎症产生的大量口腔细菌在肠道中富集，并且其毒性产物和局部组织产生的促炎因子，如TNF-α、IL-1β等能刺激肠道屏障产生免疫反应，其中以IL-17影响最为显著[41]。但与此同时有学者发现虽然在动物模型中，IL-17与牙周感染关系密切，但Th17细胞在人类中的生理作用并不明显[42]。动物模型和人体生理之间的差异可能与实验小鼠自身微生物的可控性以及所处实验环境的清洁程度有关，在实验室中抗原暴露的程度较低，但是人体是持续处在复杂的微观环境中的，所以两者实验结果会存在差异[43-44]，即便如此，多组牙周炎患者的龈沟液中也记录到IL-17升高[44]。这些结果表明，肠道菌群失调和由此产生的内毒素血症和以Th17主导的肠道免疫反应可能是慢性牙周炎和全身系统性疾病之间关联的机制。

4 肠道菌群失调影响牙周炎的可能途径

4.1 微生物途径

IBD引起的全身炎症是否会导致口腔菌群的改变，从而导致生态失调，加剧口腔炎症，目前并没有确切的报道，但是已有研究证实一些慢性炎症性疾病如糖尿病、系统性红斑狼疮或类风湿性关节炎均能响口腔菌群的组成[45-47]。此外，有学者构建了两种结肠炎小鼠模型[48]，一种是用葡聚糖硫酸钠诱导小鼠结肠炎症，另一种则是用柠檬酸杆菌使小鼠发生结肠炎。研究人员们在两组模型中均发现小鼠的唾液和口腔黏膜的微生物群落产生了改变，其中主要产生变化的是螺旋体、双变形菌和乳酸菌；它们在舌体上减少，在唾液中反而增加。有研究分析了未患有IBD的牙周炎患者和患牙周炎的IBD患者牙周袋内的微生物群，结果显示IBD患者牙周袋内细粒弯曲杆菌和齿垢密螺旋体的水平更高，而且牙周破坏程度更严重[49]。

4.2 免疫途径

IBD是一种由局部微生物失调及免疫稳态失衡共同引起的肠道慢性炎症，虽然IBD是一种系统性疾病，主要影响肠道，但并不局限于肠道。该疾病通常伴随着大量肠外表现(extraintestinal manifesta-tions，EIM)，例如，关节炎、葡萄膜炎、牙龈炎、牙周炎、口炎等[50]。EIM的发病机制并不明确，但据目前的研究可知EIM的发生与肠道疾病发病过程中交叉反应有关[51]。抗原的交叉反应性是指当外源抗原与自身抗原结构相似时，就会触发自身免疫反应[52]。当肠道处于炎症状态时，肠道中的Th1/Th17淋巴细胞被激活，然后进入滑膜组织中触发炎症反应[50]。EIM也可能是简单地从促炎状态发展而来的，它会导致特定的细胞和趋化因子的上调，从而导致宿主免疫失调[4，12]。在IBD中，抗原提呈细胞与T辅助细胞的相互作用导致巨噬细胞的激活，活化的巨噬细胞产生广泛活跃的炎症细胞因子，包括肿瘤坏死因子[53]。TNF还可以通过NF-κB通路进一步增强炎症反应，从而导致各种白细胞介素、细胞和趋化因子的上调[54]。

5 小 结

综上所述，将牙周炎与肠道状况联系起来的机制包括共同的风险因素、口腔细菌的直接作用以及炎症介质的影响。根据目前的研究我们了解到口腔微生物群可能对胃肠系统的健康有很大影响。事实上，无论牙周状态如何，口腔细菌都可以通过吞咽进入肠道微生物群，但在宿主患有牙周炎症时大量的口腔细菌会在肠道中定植。我们推测口腔细菌是通过肠内途径、血液途径、IL-17/Th17免疫途径在肠道中聚集，而疾病的严重程度和宿主的遗传易感性也会促进口腔细菌的异位定植。然而，这方面的研究仍处于起步阶段，需要进一步研究才能得出确切的结论。不仅如此，进入胃肠道的Pg如何在胃酸和碱性胆汁中存活、调节口腔和结肠黏膜间免疫细胞迁移的机制也有待进一步阐明。不过，良好的口腔卫生、牙周治疗、益生元和益生菌可能有助于改善口腔致病菌引起的胃肠道疾病，这为牙周炎和肠道菌群失调引起的肠道疾病或全身性疾病的预防和治疗提供了新的研究方向。