粪肠球菌在牙髓根尖周病中致病机制及抗菌治疗的研究进展

2020-3-5 14:03  来源:口腔疾病防治
作者:李莹雪 王雨霏 张凌琳 阅读量:10155

    粪肠球菌(Enterococcus faecalis,E.faecalis)与牙髓根尖周病的关系已有多年的研究历史,与未经根管治疗的原发性根管感染相比,E.faecalis与根管治疗失败后的持续或继发性根管感染之间呈现更高的相关性。Rôças等发现持续性根管感染病例和原发性根管感染病例中E.faecalis的检出率分别为67%和18%,E.faecalis存在于前者的概率是其在后者的9.1倍。虽然E.faecalis的检出率或数量构成比在不同研究中存在较大差异,其主要致病菌的地位近年来也受到质疑,但仍有学者报道,E.faecalis在持续或继发性根管感染中的检出率高达80%以上,数量构成比可达99.8%。

    此外,有系统性回顾研究表明不论是采用传统的细菌培养技术还是聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)进行检测,E.faecalis与持续或继发性根管感染之间的相关性始终比其与原发性根管感染之间更高。由此可见,E.faecalis与根管治疗失败密切关联,探索E.faecalis在牙髓根尖周病中的致病机制有着重要的临床指导意义。本文就E.faecalis在牙髓根尖周病中的致病机制及对其治疗的研究进展作一综述。

    1.粪肠球菌的致病机制

    E.faecalis能够造成牙髓及根尖周组织的损伤,但具体致病机制尚未明了。近年来通过对其致病能力及相关毒力因子展开的探索,取得了一些E.faecalis致病机制的新进展。

    1.1粪肠球菌的致病能力

    1.1.1单独形成生物膜的能力

    E.faecalis能够独自在根管内形成生物膜而无需其他微生物协助,E.faecalis生物膜不仅存在于主根管内壁,还可蔓延至侧副根管、根尖分叉、根管峡部等细小的不规则部位。Al-Ahmad等用6种E.faecalis临床株证实E.faecalis具有单独形成生物膜的能力,且产量较高。

    此外,Distel等用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和激光共聚焦显微镜(confocal laser scanning microscope,CLSM)观察发现在Ca(OH)2封药77d后的人离体牙根管内有成熟的E.faecalis生物膜呈栅栏状黏附于根管壁,聚集的菌落呈蘑菇状突向根管腔。生物膜的形成有利于E.faecalis在含有抗菌制剂、高碱性以及缺乏营养的恶劣环境中生长和繁殖。因此,单独形成生物膜的能力是E.faecalis抵抗根管治疗顽固存活和引起根管内感染的重要致病机制之一。

    1.1.2入侵牙本质小管的能力

    E.faecalis对牙本质小管有较强的入侵能力,而传统的根管冲洗液和根管封药对根管内壁及牙本质小管的渗透性十分有限,对一些进入牙本质深层的E.faecalis鞭长莫及。Al-Ahmad等使用SEM观察发现E.faecalis对牙本质小管的入侵深度可达244μm;此外,该研究还观察到E.faecalis的菌细胞小于牙本质小管的孔径,主要通细胞分裂入侵牙本质小管,入侵深度与E.faecalis的生存环境、牙本质小管口的开放状态以及走向等因素有关。能够入侵牙本质深层生存这项能力使得E.faecalis在根管中较其他细菌或微生物更具竞争优势。

    1.1.3对常用根管消毒药物的耐受能力

    根管消毒常用药物如Ca(OH)2、氯己定(chlorhexidine,CHX)等对E.faecalis的杀菌及清除效果并不理想。E.faecalis对Ca(OH)2耐受的能力与细胞膜上的质子泵有关,当环境pH较高时,E.faecalis能够通过质子泵维持细胞内环境的酸碱平衡。Lew等发现在根管预备后即刻以及Ca(OH)2封药1周后的根管内E.faecalis始终是检出率最高的碱性耐受菌之一。

    Barbosa-Ribeiro等研究20例根管治疗术后根尖周炎患牙,发现在根管预备前、后以及Ca(OH)2与2%CHX凝胶联合封药30天后E.faecalis的检出率均为最高。E.faecalis对常用根管消毒药物的耐受能力使常规的根管治疗难以将其彻底消灭清除,是其在根管内持续存留并引起牙髓根尖周组织感染的重要机制之一。

    1.2粪肠球菌的相关毒力因子

    1.2.1脂磷壁酸

    脂磷壁酸(lipoteichoic acids,LTA)是E.faecalis细胞壁的重要成分,是一种含有磷酸甘油残基的两性大分子,能经脂质部分黏附于红细胞、上皮细胞和中性粒细胞等宿主细胞,具有较强的免疫原性。Zhang等研究表明,E.faecalisLTA能够诱导根尖周来源的人牙周膜成纤维细胞(periodontal ligament fibroblasts,PDLFs)释放白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β),白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6),白细胞介素-8(interleu-kin-8,IL-8)和肿瘤坏死因子-α(tumorr necrosisfactor-α,TNF-α),这些促炎因子可直接造成根尖周组织破坏,募集并活化巨噬细胞,增强、扩大机体固有免疫应答,加剧局部炎症反应和组织损伤。

    E.faecalisLTA能经p38丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和核转录因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)通路刺激巨噬细胞释放促炎因子TNF-α,并能上调巨噬细胞中NOD样受体家族3(NOD-like receptors,NLRP3)炎症小体在转录和翻译水平的表达,进而促进半胱天冬蛋白酶1和IL-1β的释放,促进炎症细胞聚集和根尖周骨质吸收,加剧根尖周病损和症状。此外,Tian等还证实了LTA可直接诱导人成骨细胞样细胞MG63发生细胞凋亡,影响根尖周病变的愈合过程,被认为是E.faecalis引起牙髓根尖周病变的重要毒力因子。

    1.2.2荚膜

    荚膜位于E.faecalis细胞壁外围,主要由多糖构成。Bachtiar等发现荚膜多糖2型的E.faecalis具有很强的形成生物膜的能力,可能有助于E.faecalis在根管内黏附、定殖和存留。荚膜多糖具有亲水性,带有负电荷,可通过静电排斥力抑制吞噬细胞的杀菌活性。有研究发现中性粒细胞对不含荚膜编码基因的E.faecalis突变株具有明显的吞噬杀伤作用,而对含有荚膜编码基因的E.faecalis野生株则未表现出吞噬杀伤活性,提示了E.faecalis的荚膜具抗吞噬能力,可能是其躲避宿主防御的机制之一。

    1.2.3肠球菌表面蛋白

    肠球菌表面蛋白(entero-coccal surface protein,ESP)是位于E.faecalis细胞壁表面的一种高分子量黏附蛋白,由位于E.faecalis毒力岛(pathogenicity islands,PAIs)的esp基因编码。Toledo-Arana等研究认为ESP在E.faeca-lis形成生物膜的过程中起到关键作用,能够增加E.faecalis细胞表面疏水性,促进其初始黏附和形成生物膜。

    1.2.4明胶酶

    明胶酶(gelatinase,GelE)位于E.faecalis细胞膜,是金属基质蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)家族成员之一,编码基因gelE亦位于PAIs。GelE不仅能侵袭宿主细胞造成根尖周组织的破坏,还可促进生物膜的形成,有助于E.faecalis在根管中存留。

    1.2.5溶细胞素

    溶细胞素(cytolysin,Cyl)是外毒素,由多个位于PAIs的基因共同编码,对宿主细胞有溶解破坏作用,并能抑制其他的革兰氏阳性细菌的生长,被认为是E.faecalis的另一毒力因子。溶细胞性E.faecalis可产生Cyl,Lu等发现溶细胞性E.faecalis的IL-1β和MMP-8表达水平明显高于非溶细胞性E.faecalis。然而也有学者对Cyl的致病作用提出质疑。Penas等从根管治疗失败患牙根管中分离得到21株E.faecalis,经PCR技术检测发现其中无一表达cylB基因。Lins等在研究原发性根管感染病例时也取得同样的结果。

    综上E.faecalis致病机制可总结如下:①E.faecalis经牙体、牙周或其他途径感染牙髓或根尖周组织,并进一步通过荚膜、ESP等自身结构物质黏附于宿主细胞表面,释放毒性产物,诱导宿主局部免疫炎症反应及组织损伤,引起患牙疼痛不适;②E.faecalis在根管系统内繁衍定植,进一步形成生物膜,并入侵牙本质小管,抵抗外界不良环境并顽固存留,使得常规治疗手段难以将其彻底清除;③残留于根管系统和牙本质小管中的E.faecalis伺机生长,其相关毒力因子不断加剧局部炎症反应和根尖周组织破坏,影响根尖周病变愈合。

    2.药物对粪肠球菌的作用

    2.1次氯酸钠

    次氯酸钠(NaClO)是目前应用最广泛的根管冲洗剂之一,其浓度、接触作用时间会影响抗菌效果。研究表明5.25%NaClO对牙本质块表面经3周孵育形成的E.faecalis生物膜有强大的杀菌作用,静止接触60s就能杀灭其中99.99%的E.faeca-lis。Wong等用0.5%NaClO进行传统注射冲洗仅能在距根管腔内壁100μm的牙本质小管中对E.faecalis发挥良好的杀菌作用,平均杀菌率为78.9%,3%NaClO则能够深入到200μm处杀灭77.6%的E.faecalis,而在更深层(200~500μm)的牙本质小管中0.5%NaClO和3%NaClO均无明显抗菌作用。

    不同的根管冲洗方式对NaClO的抗菌效果也有一定影响。Mohmmed等用2.5%NaClO注射冲洗60s后,辅助使用超声波设备荡洗30s,能将根尖区E.faecalis生物膜清除率从43.67%提高到90.13%。此外,降低NaClO的表面张力可增强其对牙本质的浸润和渗透能力,2%NaClO和表面活性剂氯碱联用后可更好地清除根管内的E.faecalis生物膜。

    2.2氯己定

    氯己定(CHX)具有广谱抗菌作用,被推荐作为NaClO的辅助或潜在替代品。CHX具有残余抗菌效应,抗菌作用比较持久,但对有机和无机组织均无溶解作用。由CHX、乙二胺四乙酸、表面活性剂等混合制成的QMix是一种新型根管冲洗液,其对根管内的E.faecalis具有良好的抗菌性能。Bottcher等发现2%CHX溶液对牙本质有良好的亲和力,能在7天内对牙本质块表面的E.faecalis生物膜发挥持续稳定的杀菌作用。

    Lee等使用2%CHX凝胶对感染E.faecalis3周的人牙本质块进行1周的诊间封药,结果表明2%CHX凝胶在200μm和400μm深度的牙本质中均能发挥良好的渗透杀菌能力。

    2.3氢氧化钙

    Ca(OH)2糊剂是目前最常用的根管消毒药物之一,不少研究表明E.faecalis对Ca(OH)2封药有较强的耐受能力。虽然Stojanovic等通过临床研究表明Ca(OH)2对慢性根尖周炎患者根管内的E.faecalis有良好的抗菌作用,Ca(OH)2糊剂封药15d能完全清除机械化学预备后根管内残留的E.faecalis。但是,Lee等的研究表明Ca(OH)2糊剂对牙本质的渗透能力有限,将Ca(OH)2糊剂置于感染E.faecalis3周的人牙本质块表面进行1周的封药处理,样本检测结果显示在200μm深度的牙本质中E.faecalis生长未被抑制。此外,长期使用Ca(OH)2糊剂带来的菌株耐药性问题不容忽视。

    2.4抗生素类

    目前常见的根管内抗生素用药主要有硝基咪唑类和四环素类药物,近年来一些新型抗生素类药物或以抗生素为主要抗菌成分的混合制剂被用于根管抗感染研究及治疗。有学者使用含25wt%环丙沙星的聚合物支架材料对感染E.faecalis5d的人牙本质块进行2d的处理后,在SEM下未见牙本质表面有E.faecalis残留。

    三重抗生素糊剂(tripleantibioticpaste,TAP)是一种新型根管消毒药物,主要成分为甲硝唑、环丙沙星和米诺环素,其对牙本质小管中的粪肠球有着强效且持续的杀菌作用。MTAD是一种由多西环素、柠檬酸和聚山梨醇酯-80混合而成的新型根管冲洗剂,能够有效清除根管中的E.faecalis生物膜,作为终末冲洗剂使用时具有良好的抗菌性及去除玷污层的作用。然而抗生素的耐药性问题仍然不容乐观,其作为根管治疗用药的风险还需长期的疗效观察和评估。

    2.5抗菌肽

    由于传统根管抗菌药物NaClO、CHX及Ca(OH)2均具有一定的缺陷及不足,且抗生素类药物的耐药性问题日益显著,其他一些具有抗菌性能的物质引起学者们的广泛关注,抗菌肽就是其中之一。抗菌肽是一种内源性的生物分子,能通过静电吸附作用破坏细胞膜完整性进而发挥杀菌作用。

    近年来有研究表明一些天然抗菌肽和人工合成抗菌肽对口腔致病菌具有广谱抗菌性能。此外,大量研究表明抗菌肽具有良好的生物相容性及免疫调节作用,无显著耐药性问题,在根管治疗领域有广阔的开发和应用前景。Nisin是一种由乳酸链球菌(Lactococcus lactis)合成的天然抗菌肽,单独使用Nisin对感染E.faecalis3周的离体牙根管进行1周的诊间封药能够清除根管内的E.faecalis,疗效与Ca(OH)2相当。

    Nisin在与MTAD联用时能够取得更好的抗菌效果,但Nisin在根管治疗方面的应用尚处于实验研究阶段。天然抗菌肽LL-37对E.faecalis浮游菌能够发挥一定的生长抑制作用,效果好于Ca(OH)2,但起效浓度较高(MIC为256μg/mL)。人上皮源性的天然阳离子抗菌肽人β防御素-3(humanbeta-defen-sin-3,HBD3)对E.faecalis的MIC为2μg/mL,MBC为15.6μg/mL,HBD3凝胶(15.6μg/mL)在距根管腔内壁0~400μm的牙本质小管中发挥的抑菌效果显著强于传统根管封药Ca(OH)2糊剂以及2%CHX凝胶。

    在此基础上,Ahn等选取HBD3在C末端的15个氨基酸序列在体外合成了一种人工抗菌肽HBD3-C15,能有效抑制人牙本质块表面E.fae-calis生物膜的形成,且能与Ca(OH)2和CHX发挥良好的协同抗菌作用。

    2.6其他

    天然植物有着广谱抗菌活性,不易产生耐药性问题。表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocat-echin-3-gallate,EGCG)是绿茶中多酚物质的主要成分,具有抗菌、抗炎、抗氧化等活性。Lee等发现EGCG可能通过引起E.faecalis细胞内羟自由基产生而发挥杀菌作用,其对E.faecalis的MIC为5μg/mL,MBC为20μg/mL,500μg/mL的EGCG能够清除E.faecalis生物膜。一些人工合成的物质也对E.faecalis有一定抗菌效果。Beyth等合成的季胺聚乙烯亚胺纳米颗粒能在1h内杀灭E.faecalis浮游菌。

    Barreras等合成的壳聚糖纳米颗粒(chitosan nanoparticles,CsNPs)与CHX对E.faecalis具有协同抗菌作用,两者的混合物在较低浓度下(0.01%CHX-0.015%CsNPs)就能够完全抑制E.fae-calis浮游菌的生长。还有研究表明羧甲基壳聚糖能对牙本质表面的E.faecalis生物膜发挥良好的杀菌作用。此外,Tay等发现一种金属螯合剂对E.faecalis的MIC和MBC分别是2μg/mL和16μg/mL,牙本质粉末的存在对其抗菌效果无明显的干扰。

    3.总结与展望

    近年来,E.faecalis作为持续性或继发性根管感染的重要致病菌受到广泛关注,相关研究也常将E.faecalis作为经典病原菌和药物靶点用来探索致病机制和检测抗菌治疗效果。E.faecalis的一些致病能力和相关毒力因子使得其较其他细菌或微生物更具抵抗外界环境刺激和躲避宿主防御的优势,也使得常规的根管治疗难以将根管内的E.fae-calis彻底清除。

    随着人们对牙髓根尖周病相关致病机制认识的丰富,以及抗菌治疗药物及新技术的不断进展,大量研究将根管内E.faecalis的有效抑制、杀灭或清除作为重点。然而现阶段与E.fae-calis相关的牙髓根尖周病致病机制及治疗性研究大多停留在体外或离体研究层面,人们对E.faeca-lis真实致病过程和抗菌疗效的深入了解还有待更多的体内实验探究和验证。

编辑: 陆美凤

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