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  • 口腔菌群在脑小血管病发病机制中的研究进展

    发布时间:2021-07-09 来源:未知

      关键词:脑小血管病 口腔菌群 慢性炎症 血脑屏障
      
      Keyword:Cerebral small vessel disease; Oral flora; Chronic inflammation; Blood-brain barrier;
      
      脑小血管病(cerebral small vessel disease,CSVD)在老年患者认知障碍和痴呆的病理生理机制中具有重要的意义[1]。其主要影像学表现为脑白质高信号(white matter hyperintensity,WMH)、腔隙性梗死(lacunar infarction,LI)、脑微出血(cerebral microbleeds,CMB)、扩大的血管周围间隙(perivascular spaces,PVS)和脑萎缩。虽然其临床表现通常是隐匿的,但以上脑部病变的存在常与肢体功能障碍、认知障碍、步态异常、膀胱功能障碍和死亡的风险相关[2]。高血压、糖尿病等传统危险因素在CSVD发病中起重要作用,但其确切的发病机制尚不清楚。目前研究表明,血脑屏障(Blood-brain barrier BBB)和内皮功能障碍与CSVD有关[3]。
      
      口腔菌群失调可造成慢性口腔感染包括龋齿和牙周炎,其属于人类最常见的慢性炎性疾病。慢性口腔感染导致大量炎症介质(即白介素-1β,IL-1β;白介素-6,IL-6;肿瘤坏死因子α,TNFα等)的形成,其诱导肝脏中C-反应蛋白(CRP)和纤维蛋白原的产生,导致急性期反应使血管硬化[4]。而慢性炎症是CSVD重要的病理改变,炎症主要破坏内皮细胞,导致血脑屏障通透性改变。最新研究表明,口腔菌群也可能参与诱发内皮功能障碍,这在CSVD的发病机制中起着关键作用。并指出血管舒张功能受损可能是CSVD的独立预测指标,并且在LI和WMH患者血清中血管内皮功能障碍的许多循环指标(即同型半胱氨酸,Hcy;细胞间黏附分子-1,ICAM-1;血管细胞间黏附分子-1,VCAM-1;选择素E,Es;血栓调节蛋白,TM)升高[5]。相反,这些患者血清中内皮祖细胞(内皮修复和重塑的标志物)较正常患者减少。由于口腔菌群失调也与内皮功能障碍有关,并且已证实其治疗对血管内皮功能有益[6],因此内皮功能障碍可能为口腔菌群和CSVD之间提供了可能的机制联系。口腔细菌抗原与颅内小血管内皮细胞分子结构之间的相似性可诱导免疫交叉反应(自身免疫),因此可能损伤血管内皮细胞并易发生CSVD。以上假设得到了一项研究[7]的支持,该研究证实牙周炎及动脉粥样硬化患者体内出现内源性热休克蛋白(热休克蛋白HSP10和HSP60)和牙龈卟啉单胞菌分子伴侣产生的抗体与T细胞的交叉反应。由此可大胆推测,口腔内致病菌群的增加可引起口腔及大脑微循环系统慢性炎症反应,从而引发或加重CSVD的病理改变,并与其影像学表现(腔隙性梗死、脑白质高信号和脑微出血)以及其临床症状(血管性痴呆)存在潜在联系。
      
      1 口腔菌群概述
      
      人类口腔微生物群由700多种微生物组成,几乎所有口腔微生物都是非致病性的,可维持口腔健康状况并防御病原微生物[8]。口腔菌群最显著的特征是大部分口腔细菌在牙齿表面和口腔黏膜上形成生物膜,即所谓的牙菌斑。其被定义为嵌入牙齿及口腔粘膜细胞外聚合物的微生物群落[9]。细菌群落和口腔的关系变化以及抗生素引起的口腔环境变化也会影响细菌种类的存在及其毒性的变化。一旦局部环境以及生物膜中细菌的代谢和生理活动改变而扰乱了口腔微生物群落的稳态,就会引起龋齿和牙周炎等口腔疾病,这是口腔中两种主要的慢性疾病。此外,在过去的二十年中,已经报道了许多关于口腔感染性疾病与各种全身性疾病之间的关联的研究,例如心脑血管疾病、动脉粥样硬化、糖尿病、吸入性肺炎和自身免疫性疾病。目前,普遍认为口腔细菌感染性疾病主要通过以下两种途径影响全身性疾病。菌血症是口腔细菌进入牙髓和牙周组织血管的血液途径,不仅入侵心脏,还入侵大血管和各类脏器,从而引起全身性疾病。另一种直接蔓延途径,即口腔细菌通过咽、气道等途径到达肺部,引起呼吸系统疾病,通常发生在老年人群中。由于以上途径引发免疫应答,细菌代谢产物如内毒素(脂多糖:LPS)和热休克蛋白(HSP)以及抗原,也参与了各种全身性疾病。因此,口腔被认为是细菌感染的来源,因此预防口腔感染是牙科领域最重要和紧迫的问题之一。
      
      2 口腔菌群与CSVD
      
      存在于口腔的500多种细菌中,主要有3种与脑小血管疾病有关:变形链球菌(龋齿病原菌)、牙髓卟啉单胞菌(涉及牙髓感染)和牙龈卟啉单胞菌(牙龈炎和牙周炎病原菌)。变形链球菌几乎在所有粥样硬化斑块中都能检测到[10],其在脑梗死大鼠模型和脑出血患者中加速了病情进展[11,12]。胶原结合蛋白(Cnm)基因变异链球菌(Cnm阳性变形链球菌)感染与脑微出血风险增加相关,比值比(OR)为14.4。此外,口腔Cnm阳性的变形链球菌与脑深部出血有关,而与脑叶微出血无关,这表明这种细菌专门侵害脑深部小动脉,因此这些动脉比软脑膜动脉更易发生动脉粥样硬化[13]。另一种参与全身炎症反应的口腔细菌是牙髓卟啉单胞菌,它是一种与根管感染相关的革兰氏阴性菌。这种感染通常是由于深层牙髓通过根管渗透到牙根的顶端,形成根尖周围脓肿。卟啉单胞菌能够在入侵血管内皮细胞和平滑肌细胞,从而可引起内皮功能障碍,进而增加心脑血管患病风险。并且,根管感染也会增加多种炎症标志物和细胞因子的循环水平。普遍认为由革兰氏阴性细菌产生的LPS是最重要的促炎介质之一。可以证明,血清LPS水平与心血管疾病的患病风险独立相关[14]。由此可推断出,根管病变与心血管疾病的风险增加有关,这与牙周炎的情况类似。然而,目前尚不清楚根管病变是否也会增加脑血管疾病的风险。相反,牙龈卟啉单胞菌的存在与缺血性脑卒中的风险增加有关,并且牙龈卟啉单胞菌的预防和治疗可预防缺血性脑卒中[15]。牙龈卟啉单胞菌可感染内皮细胞,增加内皮粘附分子的表达,从而促进单核-巨噬细胞向血管壁浸润,引起慢性炎症。
      
      因此,牙龈卟啉单胞菌或Cnm阳性变形链球菌的感染在引发炎症反应从而破坏血脑屏障方面可能起重要作用,这也是CS-VD主要的发病机制。类似于肠-脑轴,Tonomura等[16]提出了脑-口轴概念,以强调口腔微生物群对大脑健康的深远影响。口腔与大脑之间的距离对脑部疾病的发病机制可能其重要作用,因为口腔细菌很容易通过血液循环传播到大脑。
      
      2.1 口腔菌群与LI
      
      LI是CSVD的一种重要类型,约占缺血性卒中的38%~46%,它为单个脑深部小动脉区域内的皮质下病变(直径<15 mm),这些小血管病变的确切原因尚不清楚。大多数研究认为动脉粥样硬化狭窄、血栓闭塞或炎症是LI的发病机制[17]。此外,尽管血管危险因素(如年龄、高血压或糖尿病)可能引起LI,但内皮功能障碍与LI之间存在关联。而口腔细菌感染以及免疫系统的激活,使血清CRP、IL-1β、IL-6、TNFα水平升高有关,造成全身慢性炎症反应从而进一步导致内皮功能障碍[4]。有研究证明牙周炎与缺血性卒中存在正相关关系,而且增加了复发性脑梗死和死亡的风险,该研究也证明控制其他常见的血管混杂因素(如年龄、高血压或糖尿病)后,口腔菌群失调可能是LI的危险因素[18]。导致牙周炎的病原体主要为牙龈卟啉单胞菌,内源性HSPs(HSP10和HSP60)、牙龈卟啉单胞菌分子伴侣产生的抗体与T细胞的交叉反应,引起口腔及大脑微循环系统慢性炎症反应,从而造成LI的发生发展。此外,Haraszthy等[19]的研究在颈动脉斑块中发现了牙周病原体,该病原体可能通过破坏血管上皮细胞和刺激炎症反应而导致动脉粥样硬化,由此推断牙周病原体的定植也可能引起炎症反应,促进动脉粥样硬化的发生和发展。牙周细菌(主要为牙龈卟啉单胞菌)也可以通过诱导血小板聚集和增加凝血因子来促进血栓形成。由此可推断出,口腔菌群通过上述机制参与CSVD的发生发展。
      
      2.2 口腔菌群与WMH
      
      WMH在老年CSVD患者的MRI检查中很常见,在MRI T2加权或FLAIR序列上表现为高信号,T1加权像为略低信号,但高于脑脊液信号。脑白质病变主要分布在脑室周围、双侧大脑半球深部白质、基底节、脑桥等。虽然WMH确切发病机制存在争议,但WMH的发生发展很有可能与BBB通透性增加和内皮功能障碍有关。而口腔菌群失调使患者体内HSP10和HSP60水平升高,HSP与T细胞的发生交叉反应,引起口腔及大脑微循环慢性炎症反应。一项研究发现根据Fazekas分级量表评估WMH,抗Hsp60抗体滴度与WMH严重程度之间存在显著相关性。高滴度组的WMH平均等级显著高于正常滴度组的WMH平均等级。由于口腔细菌和人体的Hsp60具有很强的同源性,对感染性微生物的免疫反应可能导致对人体Hsp60的交叉反应性自身免疫应答,这种应答在应激的内皮细胞细胞膜中不断产生和表达,从而导致内皮功能障碍。由此可以确定,抗Hsp60抗体可能与表达在脑小血管内皮细胞膜上的Hsp60产生免疫反应,并可能与WMH导致的功能障碍有关。由此可推测,口腔菌群失调使CSVD的发病风险增加。但是,需要更多的研究来阐明口腔菌群是否确实在脑小血管内皮细胞功能障碍中起作用。
      
      2.3 口腔菌群与CMB
      
      CMB为CSVD的一种较常见核磁表现类型,在MRI不同序列上表现为均匀一致、直径2~5 mm的小圆形或椭圆形低信号或信号缺失区。研究发现CMB的部位、数量与注意力、记忆力等认知功能障碍有关[20]。CMB反映含铁血黄素被巨噬细胞吞噬,其发病机制涉及大脑微循环的炎症反应。在一项动物实验[12]中,携带编码胶原结合蛋白Cnm基因的变形链球菌感染的脑微出血发生率是缺乏Cnm基因的变形链球菌感染的脑微出血发生率的4~5倍。由此推断变形链球菌(口腔致病菌)细胞表面表达的Cnm蛋白容易与血管内皮结合,通过直接抑制血小板聚集促进CMB。因为存在于变形链球菌细胞表面的胶原蛋白结合蛋白被称为Cnm蛋白,它很容易结合牙齿胶原蛋白。因此在发生脑出血时,血管内皮细胞受损,使胶原蛋白暴露。而胶原蛋白的暴露和血小板的止血作用是抵抗脑出血的重要防御机制。当具有可编码Cnm蛋白的Cnm基因的变形链球菌从口腔进入循环系统时,细菌可能粘附并损害血管内皮并抑制血小板聚集,导致脑出血。也有研究发现Cnm阳性变形链球菌患者中深部CMB的频繁发生表明细菌参与继发性炎症反应或脑小血管的损伤[21]。在一项队列研究[21]中,Cnm阳性变形链球菌的胶原蛋白结合活性的增加速度与深部CMB的数量密切相关。另外Cnm阳性变形链球菌在口腔内长期存在会通过破坏血脑屏障来诱发CMB[22]。因此有必要通过前瞻性研究中对Cnm阳性变形链球菌携带者的脑微出血发生情况进行分析,以确定Cnm阳性变形链球菌携带者是否为CMB的独立危险因素。
      
      2.4 口腔菌群与血管性痴呆(Va D)
      
      CSVD不仅与认知功能障碍有关,而且与Va D和阿尔茨海默病(AD)的发病机制有关[23]。目前,涉及口腔菌群失调是否会增加Va D的患病风险研究较少。牙周炎是一种慢性、潜在的口腔黏膜感染,在老年人中是普遍存在的。牙周炎的炎症反应是由血清中常见细菌(牙龈卟啉单胞菌)的抗体以及血清炎症标志物(CRP和IL)的水平升高来确定的。而牙龈卟啉单胞菌与加速动脉粥样硬化形成和增加颈动脉内膜内侧厚度有关[24]。卒中和痴呆的危险因素,包括糖尿病、肥胖和吸烟,与牙周炎具有相似的全身性炎症特征,提示它们可能在与全身性炎症相关的动脉粥样硬化形成的最终共同途径中发挥类似的作用。有研究发现牙周炎导致的牙齿脱落与血管性痴呆是独立相关的[25]。另一项队列研究[26]也证实牙周炎使痴呆的患病风险增加,并指出可以通过治疗口腔感染来预防痴呆,因此它可能是痴呆的可改变危险因素。虽然该研究证实了口腔菌群失调是痴呆的危险因素,但并未对痴呆进行详细分类。上述研究为口腔菌群是CSVD和Va D的危险因素的提供了合理的实验依据。然而,大多数研究受限于对缺血性卒中、AD、非分类痴呆与牙周炎导致牙齿脱落患者的分析,或者受限于样本异质性高、样本量少等。因此现阶段需要进行大量的动物实验等基础研究,以明确内皮功能障碍、自身免疫反应在CS-VD发病机制中的潜在作用以及特定病原性口腔细菌在这些过程中的作用。
      
      3 结论与展望
      
      综上所述,口腔菌群失调通过一系列慢性炎症反应及自身免疫反应破坏脑小血管内皮细胞造成内皮功能障碍,从而导致血脑屏障通透性改变,最终直接或间接的参与了CSVD发生发展。由此提出“脑-口轴”的概念,以强调口腔菌群对脑小血管病变的深远影响,为研究CSVD的临床治疗提供新思路。目前CS-VD的治疗根据影像学表现不同而存在差异,由于这些影像学表现(LI、WMH、CMB等)的确切发病机制不同,因此导致它们的危险因素也不同。高血压是这些表现一致的危险因素。溶栓、抗血小板聚集、降压药和他汀类药物可用于治疗有症状的腔隙性脑梗死,但溶栓和抗血小板治疗容易使WMH和CMB患者的出血风险增加,因为CSVD患者往往存在两种及以上的核磁表现。因此CSVD的溶栓治疗广泛的争议。考虑到某些口腔菌群属变化与CSVD发病机制密切相关,因此可以通过尝试调节自身免疫或者抗感染的方式,以改变CSVD患者口腔微生物环境,从而达到治疗疾病的目的。但通过改变口腔微生物环境来治疗CS-VD的途径及药物尚不够成熟和明确,仍需要进一步的实验和探究。
      
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