牙周炎与口腔菌群及肠道菌群的相关研究进展

    牙周炎是常见的口腔疾病之一，也是成年人失牙的主要原因。口腔菌群失调和宿主免疫炎症反应是影响牙周炎发病的关键因素。牙周炎与系统性疾病关系密切，但其具体机制尚未阐明。近来研究显示，肠道菌群失调在系统性疾病中扮演重要角色。口腔作为消化道的起始部位，人类每天都会吞咽0.75～1.5 L唾液，那么口腔菌群和肠道菌群之间是否存在相关性，口腔菌群是否通过“口-肠轴”从而对系统性疾病产生影响呢?本文就牙周炎对口腔菌群及肠道菌群的影响、作用路径及可能因素做一综述，从而为探讨牙周炎与肠道菌群相关性提供参考。
    1.牙周炎与口腔菌群
    牙周炎是由微生物引起的牙周支持组织（包括牙龈、牙周膜、牙槽骨、牙骨质）的慢性感染性疾病。牙周炎会改变口腔菌群，而口腔菌群与肠道菌群存在联系。Pozhitkov等收集患者龈下菌斑、龈上菌斑、口腔黏膜菌斑，混合在一起代表为每个患者的口腔菌群。与龋病及无牙颌患者相比，牙周炎患者口腔菌群的α多样性明显升高，表现为拟杆菌门、梭杆菌门和螺旋体门增加，放线菌门减少。
    牙周炎患者与牙周健康人群的龈下菌群相比，物种多样性较高，螺旋体门、协同菌门和拟杆菌门在牙周炎中更丰富，而变形菌门含量更低。在厚壁菌门中，梭状芽孢杆菌纲、阴性菌纲和丹毒菌纲与牙周炎相关，而杆菌纲与牙周健康组相关。Abusleme等发现和牙周健康组相比，牙周炎组的龈下菌群多样性和生物量更高。但是也有学者得出牙周炎患者龈下菌群比健康人群α多样性降低的结果。重度牙周炎与轻度牙周炎相比，龈下菌群的α多样性没有显著差异，但是β多样性差异更为明显。
    唾液在分泌之初是无菌的，混合了来自喉部、舌、扁桃体等口腔表面的细菌后，形成了独特的唾液菌群。牙周炎患者的唾液菌群中牙龈卟啉单胞菌、齿密螺旋体、中间普氏菌、丝状因子、连翘坦内菌和细小菌升高，生物多样性和丰富度升高，表现在OTU、chao1、ACE指数升高，Belstrom等的研究提示患牙周炎时唾液菌群的牙周致病菌和龈下菌群的牙周致病菌含量呈正相关，提示唾液菌群中的牙周致病菌可能是龈下菌群外溢产生的。
    2.肠道菌群
    肠道菌群是人体最大的微生物群落，主要由厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形杆菌门组成。厚壁菌门占比60%～80%，为革兰阳性菌，有200多个属，其中最重要的包括瘤胃球菌属、梭菌属、真杆菌属、乳酸菌属、粪杆菌属、蔷薇菌属和支原体。拟杆菌门占比20%～30%，为革兰阴性菌，包括杆菌属、普雷沃菌属和木聚糖菌属。放线菌门占比<10%，为革兰氏阳性菌，包括双歧杆菌属，变形菌门占比<1%，为革兰氏阴性菌，包括埃希氏菌属、脱硫弧菌属和肠杆菌属。疣状菌门占比更小，包括艾克曼菌属、梭杆菌属和蓝细菌属。
    3.牙周炎影响肠道菌群
    多位学者从临床和动物研究中都证明了牙周炎会影响肠道菌群。Lourenço等发现牙周炎患者肠道菌群的α多样性减低，厚壁菌门、变形菌门、疣状菌门和古生菌门增加，拟杆菌门降低，莫吉菌科、鲁米诺球菌科和普雷沃菌科是牙周病患者和牙周健康人群的肠道菌群中存在显著差异。Li等使用丝线结扎小鼠磨牙牙龈6周后，发现肠道菌群的α多样性减低，β多样性与对照组差异明显，变形杆菌门升高，副拟杆菌属、脱硫弧菌属升高，厚壁杆菌中的梭菌属降低。
    Xue等使用丝线结扎小鼠磨牙牙龈12个月后，发现肠道菌群的α多样性增加，β多样性与对照组差异明显，厚壁菌门、疣微菌门、酸杆菌门增加明显，杜氏杆菌、鼠杆菌和丁酸球菌增加明显，乳酸杆菌、代尔夫特菌、气浆菌和戈登氏杆菌降低明显。Xue等将牙周炎患者的唾液灌饲给小鼠后，和牙周健康人群的唾液灌饲相比，小鼠肠道菌群的β多样性发生明显改变，卟啉单胞菌科和梭杆菌科明显增加。
    4.牙周炎影响肠道菌群的作用路径
    目前认为牙周炎主要通过3种途径影响肠道菌群，包括血液途径、胃肠道途径和免疫细胞转移途径。
    4.1 血液路径
    牙周炎导致牙龈充血、牙周袋内牙龈溃烂、血管丰富，龈下微生物易通过血行途径散播到远端组织。
    4.2 胃肠道路径
    生理状态下人每天要产生0.75～1.5 L的唾液，吞咽唾液600余次，唾液中的口腔细菌会随着吞咽进入胃肠道。在健康状态下，由于胃酸和胆汁存在，通常认为唾液中的口腔微生物很难在胃肠道存活。但是最新的研究结果显示，人唾液中的微生物可以在小鼠胃肠道中至少存活24 h，并且牙周炎患者的唾液灌饲给小鼠后，小鼠肠道菌群的β多样性发生明显改变，卟啉单胞菌科和梭杆菌科明显增加。该结果提示，胃肠道途径是牙周炎影响肠道菌群的重要途径。胃酸是导致唾液微生物在胃肠道中难以存活的重要因素，胃酸分泌减少的患者，比如胃炎或胃切除手术患者，其肠道菌群中口腔来源的细菌会增加（如链球菌属、韦荣球菌属、肠杆菌属）。
    4.3 免疫细胞迁移路径
    1979年McDermott等提出通用黏膜免疫系统学说，即全身的黏膜免疫细胞可以互相迁移互相影响。牙周炎导致口腔病原菌克雷伯菌增殖，Th17细胞活化，Th17细胞及克雷伯菌可迁移至结肠，引起结肠炎症，颈部淋巴结来源的淋巴细胞也可迁移至肠道。
    5.牙周炎影响肠道菌群的可能原因
    5.1 唾液菌群影响肠道菌群
    如前所示，牙周炎患者的唾液灌饲给小鼠后，和牙周健康人群的唾液灌饲相比，小鼠肠道菌群的β多样性发生明显改变，卟啉单胞菌科和梭杆菌科明显增加。牙周炎患者的唾液灌饲给结肠炎模型小鼠后，和牙周健康人群的唾液灌饲相比，小鼠肠道菌群α多样性增加，炎症性肠道疾病相关菌群如布劳特氏菌属、幽门螺杆菌和瘤胃球菌改变，不饱和脂肪酸降低，花生四烯酸代谢产物增加。
    Li等使用丝线结扎小鼠磨牙牙龈6周后，肠道菌群的α多样性减低，β多样性与对照组差异明显，产丁酸盐的细菌明显减少，丝线去除组只结扎了3周，去除丝线3周后，小鼠肠道菌群的β多样性与对照组更为接近，并且α多样性指数之一的chao1指数有所回升。
    5.2 聚核梭杆菌影响肠道菌群
    聚核梭杆菌是牙周致病菌之一，在结肠癌患者和炎症性肠病患者的结肠中表达丰富，在重度异形增生结肠癌患者粪便中聚核梭杆菌表达水平明显多于轻度异形增生结肠癌患者，并且牙周治疗成功的患者粪便中聚核梭杆菌表达明显降低，而牙周治疗失败者其表达无明显改变，以上提示牙周炎导致的聚核梭杆菌增殖与结肠癌相关。
    聚核梭杆菌诱导大鼠根尖周炎，2周后即可在肠道组织中检测出聚核梭杆菌DNA，肠道菌群中疣微菌门在2周后显著下降，并持续下降至8周。α、β和γ-变形菌门在2周后显著增加，拟杆菌门在2周后减少，厚壁菌门在4周后显著增加。厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值在8周时显著增加，以上结果提示口腔中的聚核梭杆菌影响肠道菌群。
    5.3 伴放线放线杆菌影响肠道菌群
    小鼠行伴放线放线杆菌灌胃6周，厚壁菌门中的Turicibacter菌明显减少，Turicibacter菌是产丁酸盐的菌，而丁酸盐的减少与胰岛素敏感性降低有关，但是并没有改变肠道菌群OTU值与α多样性。
    5.4 牙龈卟啉单胞菌影响肠道菌群
    牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis，Pg）是牙周炎的重要致病菌之一，是牙周炎红色复合体细菌之一，也是研究最多的影响肠道菌群的牙周致病菌。为探讨Pg对肠道菌群的影响，需要明确：（1）在动物模型中，Pg是否可以在动物口腔中定植?（2）在动物模型中，Pg是否可以在动物肠道中定植?（3）Pg对肠道菌群的影响如何?接下来将从这三方面探讨：
    5.4.1 牙龈卟啉单胞菌在小鼠口腔中定植及对口腔菌群的影响
    通常认为，Pg是可以在小鼠口腔中定植的。Hajishengallis等发现小鼠口腔在Pg接种后7 d即可检测到Pg定植；Kim等对小鼠磨牙牙龈使用丝线结扎1周建立牙周袋，取出丝线后将Pg接种于牙周袋，每周3次持续5周后，发现在停止接种后4周及8周，依然可以检测到Pg存在于牙周袋中，并且在停止接种后8周样本中检测出的Pg比4周更多，以上结果提示Pg可以在小鼠牙龈中定植及增殖。
    那么Pg在小鼠口腔中定植后对口腔菌群会产生何种影响?Hajishengallis等将Pg以间隔 2d接种3次的频率接种于小鼠口腔中，持续6周后，发现Pg接种提高了口腔共生菌的数量并且改变了口腔微生物群的组成。Simas等将Pg涂布于小鼠上颌颊侧牙龈上6周后，发现Pg增加口腔微生物群的多样性，允许口腔微生物群中潜在机会致病菌物种的定植和共生菌的过度生长。以上结果提示Pg能增加口腔微生物多样性及促进共生菌的生长。
    5.4.2 牙龈卟啉单胞菌在肠道中定植
    由于胃液和胆汁严苛的环境，目前Pg是否能在肠道中定植还没有定论。Sato等通过使用人工胃酸检测Pg在不同pH值时的存活率，发现Pg在游离状态下，只有1%的Pg可以在pH值为5（刚进食时的pH值）时存活2 h， 而Pg在生物膜状态下，>50%的Pg可以在pH值为3时存活2 h以上。由于Pg在口腔中与多种细菌形成复杂的生物膜，该体外实验结果尚不能推导于体内。
    Li等用无菌小鼠模型来试图回答这个问题。将人的唾液涂布于无菌小鼠口腔，35 d后可发现细菌种类及多样性从胃到小肠急剧减少，到结肠只有很少的细菌，提示远端肠道组织会过滤掉大部分口腔细菌。但是当人口腔菌群模型小鼠和人肠道菌群模型小鼠同笼后，发现人的口腔菌群更多地会在小肠中入侵，并且口腔中的卟啉单胞菌属会在小肠中极大增殖，减少了肠道菌群中Turicibacter属的丰度，以上结果提示卟啉单胞菌属在口腔菌群与肠道菌群竞争性定植中扮演了重要角色。
    Arimatsu等将Pg对小鼠灌饲，16 h后在小鼠结肠检测到Pg的DNA，Sato等将Pg每周两次持续5周对小鼠灌饲，5周后在粪便中并没检测到Pg的DNA，以上矛盾的结果还有待解释。
    5.4.3 牙龈卟啉单胞菌对肠道菌群的影响
    Pg对肠道菌群的作用被广泛报道。Nakajima等发现，仅将Pg灌饲1次，在48 h后检测粪便，发现肠道菌群发生改变，即拟杆菌门比例增加，厚壁菌门比例下降。Arimatsu等将Pg每周2次持续5周灌饲，检测小肠的肠道菌群，同样发现拟杆菌门比例增加，厚壁菌门比例下降。Sato等将Pg每周2次持续5周灌饲，检测粪便中肠道菌群，发现拟杆菌门比例减少，厚壁菌门比例增加。Kato等将Pg每周2次持续5周灌饲，检测粪便中肠道菌群，发现Pg灌饲组和对照组β多样性差异明显，在门层面，拟杆菌门下降，脱铁杆菌门升高，科层面，S24-7，帕拉普氏菌科、艰难杆菌科明显下降，脱铁杆菌科、Gemellaceae、梭菌科明显上升。
    6.肠道菌群对口腔菌群的影响
    目前关于肠道菌群对口腔菌群影响的相关研究较少。Xiao等报道了糖尿病小鼠在糖尿病早期，口腔菌群与健康小鼠相似，然而随着血糖升高，口腔菌群致病性增强，表现为β多样性明显改变，牙周病相关细菌明显增加。由于糖尿病常常伴随肠道菌群失调，然而糖尿病伴随的口腔菌群改变是否与肠道菌群失调有关，目前尚无相关研究报道。
    7.牙周治疗调节肠道菌群
    既然牙周炎会导致肠道菌群失调，那么是否可以通过牙周治疗来改善肠道菌群失调呢?不同学者通过动物实验和临床试验来回答这个问题。Huang等通过对Apo E-/-小鼠进行磨牙丝线结扎建立牙周炎模型，使用非手术性洁刮治来治疗牙周炎，治疗组肠道菌群的β多样性在治疗4周后恢复到与对照组一致，并且洁刮治可促进产丁酸细菌定植在肠道，而牙周炎组未见该细菌定植，提示牙周治疗可使高脂血症合并牙周炎小鼠的肠道菌群恢复正常。Bajaj等对肝硬化合并牙周炎患者进行牙周洁刮治后，发现牙周治疗可改善肝硬化患者的口腔菌群和肠道菌群失调，减少炎症因子，提高记忆力，特别是对肝性脑病患者。
    8.展望
    牙周炎是如何影响肠道菌群，从而有可能影响系统性疾病，如糖尿病、关节炎、非酒精性脂肪肝等，是目前的热点研究方向。然而还有许多问题有待进一步明确，比如口腔菌群主要通过何种途径影响肠道菌群，是牙周致病菌发挥主要作用还是整个口腔菌群失调发挥主要作用，从而导致肠道菌群失调，都是有待回答的问题。