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互养菌属与口腔疾病关系的研究进展

发布时间:2011/11/28 17:25:16

【摘要】近年来,互养菌属广泛存在于自然界中,但在栖居地所有细菌组成中比例较小,大部分不能用纯培养的方法分离和纯化。该菌属显示出特殊的生理生化特性和适应环境的能力,尤其是在口腔环境内。研究显示,牙周病和牙髓感染等病理状态样本中互养菌属具有较高的检出率,故怀疑其可能是口腔疾病的病原体之一。下面就互养菌属与口腔疾病的关系作一综述。

【关键词】互养菌属;牙周病;牙髓炎

互养菌属(Synergistes)是近年来新发现的细菌属,应用分子生物学的方法发现,该菌属广泛存在于自然界并且在口腔疾病中有较高的检出率。牙周病、龋病和牙髓炎是口腔多发性感染性疾病,细菌是引发这些疾病的始动因子,是造成牙体牙周组织破坏的主要因素。了解新的菌属在口腔疾病中的检出率,对于进一步明确口腔疾病的发病机制和指导临床治疗具有重要的意义。

1、互养菌属的来源和特殊性质

1992年,Allison等从羊反刍食物中分离出的革兰阴性厌氧的柱状互养菌属,有降解豆类植物银合欢中的毒素3,4-二羟基吡啶(3,4-dihy-droxy pyridine,3,4-DHP)复合物的能力,能够帮助宿主动物生存。他们将其命名为穷氏互养菌(Synergiste sjonesii,S.jonesii)。该菌与其他细菌相比较有较小的同源性,代表新的菌属,这是首次在自然界中发现并分离的互养菌属。在《伯杰系统细菌学手册》中,将其归类于脱铁杆菌门(Defer-ribacteres),基因文库中收录其1164个核苷酸序列,其中Core Nucleotide收录260个,GSS收录904个序列。

16SrDNA聚合酶链反应(polymerasechainreaction,PCR)分析发现,互养菌属广泛存在于自然界中,但该菌在各自栖居地所有细菌组成中比例较低。互养菌属中仅有少部分革兰阴性、专性厌氧的杆菌、弧菌和能动菌菌种可通过特殊培养基分离纯化,大部分可培养菌种在常温中性环境中适宜生长,另有一些菌种能够耐受盐环境或者高温条件(最适温度55~65℃)。所有菌种的共同特性是具有降解氨基酸的能力,可能参与氨基酸在自然生态系统中的转换④⑥

不同环境来源的互养菌属具有适应环境的特殊能力:从动物反刍食物中分离出的能够以精氨酸和组氨酸作为底物,降解动物饲料中的毒素,帮助动物生存;厌氧生态系统来源的可发酵谷氨酸、白氨酸和异亮氨酸,水解明胶,不产生吲哚,不发酵单糖,但是当用丁酸甘油酯和橄榄油测试时不能产生脂肪酶;还有一些菌种可在厌氧消解罐中利用葡萄糖、硝酸盐降解蛋白质性废物;在蓄积醋酸盐危象环境中分离出的,能够始终保持高密度并随环境改变而变化

Horz等描述了人类来源的可培养互养菌属的生化特征和抗菌敏感性:从腹水和软组织感染灶中分离出的7株菌株都是缓慢生长的厌氧菌,形态学上相似,但对抗菌剂的抵抗性有所不同。根据厌氧菌识别系统发现,仅有RMA14551株能水解甘氨酸-β-萘胺,其他菌株的酶促反应与所测试的表型相似的厌氧革兰阴性杆菌与之相反。

2、与口腔疾病相关的互养菌属

应用分子生物学方法研究1名健康受试者7个口腔内栖居地,在任何位置都没有检测出互养菌属的基因型。然而,该菌却在龋病、牙周炎、牙髓炎和根尖周病样本中检出,而且检出率甚至超过已确定的病原菌的数量。相对于健康状态而言,在口腔疾病中互养菌属具有较高的检出率,故可推测该菌属在口腔疾病的发病过程中起重要的作用。

2.1 互养菌属和牙周病

慢性牙周炎有复杂的细菌生态系,已在龈沟中探测到400多种细菌。互养菌属是早期的研究者在用万能16SrRNA基因引物探测人龈下菌斑细菌和采用PCR选择性地探测其他基因型时偶然发现的。deLillo等收集了2名重度慢性牙周炎患者的3个龈下菌斑样本,在以16SrRNA序列分析技术识别菌斑中的细菌时发现,1.2%的细菌克隆可归类于互养菌属。Paster等初期在采用人类口腔微生物识别微阵列(humanora licroide-ntification microarray,HOMIM)比较健康受试者和牙周炎龈下菌斑的细菌分布时发现互养菌属出现于疾病样本中,之后他们用16SrRNA序列分析识别牙周袋中的最主要的69个微生物,确定了互养菌属的相关基因型(BH017、D084和W090)。

Paster等通过对牙周健康状态、成人牙周炎、难治性牙周炎、免疫缺陷性牙周炎和急性坏死性溃疡性牙周炎等不同牙周袋内细菌分布的调查,从347个克隆中鉴定出29个菌种和基因型,且互养菌属的BH017、W090、D084和W028基因型在疾病样本中占优势,特别是在急性坏死性溃疡性牙周炎和难治性牙周炎中,暗示该菌可能是病原体之一。

尽管互养菌属的部分克隆在牙周炎样本中屡有发现,但是该菌的基因型与疾病状态并非一一相关。Kumar等在比较年龄相当的牙周健康和慢性牙周炎受试者过程中发现,该菌属基因型D084和BH017在所测试的菌种中与疾病的联系最为密切,与以前广泛确认为慢性牙周炎的主要病原体有相同的强度甚至更强。这就再次证实,这些以前不能通过培养方法识别的微生物在牙周炎的发病过程中起重要的作用。另外,由于基因型W090在牙周健康样本中数量上占优势;所以Kumar等认为,尽管W090与D084、BH017种系关系相近,但不能以种系来源的远近确定其与疾病的关系。之后,他们在进一步地研究牙周炎患者和健康受试者牙周袋深浅位置的细菌分布中发现,互养菌属存在于1/8的疾病受试者中,也同样存在于健康受试者中。基因型W090和BH007与牙周疾病密切相关,而基因型BH017与牙周疾病没有统计学相关性

目前,有关互养菌属特定基因型与牙周炎的关系尚无定论,细菌分布可能因个体宿主不同而不同。基于牙周炎发病机制的复杂性,为了获取更多更确切的与牙周炎发病有关的细菌信息,还需要更大数量的临床样本研究。

2.2 互养菌属和牙髓感染

根管系统内营养和氧气高度受限,涉及牙髓炎的细菌种属相对于全部口腔微生物来说数量是有限的。随着互养菌属在牙周病样本中的发现,这种菌属是否出现在另一口腔多发疾病——牙髓炎中,引起了科研工作者的广泛关注。

Saito等用16SrRNA序列分析了7例牙髓感染根管内的细菌样本,互养菌属在其中的比例不等,最高达到9.1%。在慢性根尖周炎感染根管样本中,存在着包括互养菌属在内的可培养和迄今不能培养的菌种。在未行治疗的感染根管中,互养菌属的基因型包含W028、A121/P4G-18P1、W090、BH017和E3-33。互养菌属阳性检出率为21.8%,平均量高于牙龈卟啉单胞菌和中间普雷沃菌菌属,接近密螺旋体的检出率。研究者们认为,即使互养菌属的病原性和致病因子仍需要解释,但互养菌属的流行率和数量提示其在根尖周炎的病原学中可能与其他微生物有协同作用,利用终产物如氢分子在多种微生物感染牙髓的过程中依次发挥作用。Vianna等发现了1例牙髓样本中包含互养菌属远缘的基因型,与从腹水中分离的菌株相关。这样的基因型之前未能在口腔中检测到,表示感染根管是互养菌属基因型种系发生的特殊栖居地。

在对比慢性根尖周炎治疗前后根管内细菌组成的研究中,关于互养菌属基因型的出现仍存在分歧意见。Siqueira等在针对性地选择13个菌种研究其在未治疗和治疗后持续感染的慢性根尖周炎的检出率时发现,互养菌属基因型BA121是未治疗的根尖周炎中最流行的3个菌种之一,而且这个基因型仍能在治疗后持续感染的病例中检测出来。这也是第一次在营养高度受限的根充后根管内检测出该菌属。Sakamoto等在评估根管内消毒措施和检测治疗后根管内残留微生物的研究中发现,互养菌属基因型BA121出现于治疗前的样本中,缺失于治疗后的样本中。他们认为,这可能缘于治疗过程中的次氯酸钠和氢氧化钙的羟基离子有杀死细菌和降解其DNA的作用,从而影响了PCR的精确结果。

理论上,健康有活力的根管系无菌环境,任何在感染根管内发现的有机体既可能是病原体,也可能是口腔共生的条件致病菌。互养菌属是在疾病牙髓生态系频繁出现的成员,比例大致与重要的牙髓病原体相等,说明该菌属与牙髓感染和根尖周病有重要的联系,可能是之前不能确定的牙髓病原体。

2.3 互养菌属与龋病

有关互养菌属与龋病的报道较少。Munson等在针对稳定期和进展期龋齿微生物群落的研究中发现,互养菌属仅出现于2个样本中,仅组成样本所有细菌分离群的小部分,低于10%。

3、结束语

互养菌属在自然环境中广泛分布,可能是人和动物肠道中的正常菌群,可能参与黏膜有关的感染。用特殊方法分离培养互养菌属,可对其生理特征有进一步的认识并能帮助了解其在人宿主中的定居方式和致病作用。分子生物学研究拓展了人-细菌生态系中互养菌属作为特殊成员的观点,更扩大了口腔疾病相关致病微生物的范围,其中包含一些最近由16SrRNA序列识别的新命名的口腔菌种和新的基因型。上述研究表明,目前迫切需要固定和持久获得互养菌属的体外培养方法,这样互养菌属的表型特征,尤其是毒力和抗菌剂敏感性等方可得到适当的评估。

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