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[转载]变异链球菌（Streptococcus mutans）——龋齿的罪魁祸首，但其作用不止于此（下）
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变异链球菌（Streptococcus mutans）是导致龋齿的主要致病细菌。然而，越来越多的动物实验和临床发现表明，变异链球菌的特征并不仅限于对牙齿组织的损害。
变异链球菌不仅能够在局部诱发炎症反应，还可能在特定条件下进入血液循环，并进一步对全身多个器官和系统产生潜在影响和损害，例如可作用于血管内皮，并与IgA肾病、炎症性肠病、非酒精性脂肪性肝炎以及肿瘤等多种疾病过程存在相关性。
变异链球菌引起的多器官损伤
Fang Y,et al.Front Microbiol.2024
1S.mutans的促炎机制
变异链球菌表面蛋白质抗原（PA）有潜力刺激TNF-α、IL-1β和IL-6的产生。
•TNF-α和IL-1β的诱导
在巨噬细胞中，S.mutans通过激活信号通路ERK/p38/JNK和NF-κB，分别通过TLR2（Toll样受体2）和TLR4（Toll样受体4）来诱导TNF-α和IL-1β的产生。
NF-κB激活转录反应，促进前IL-1β的合成，第二条信号通路通过炎症小体激活半天冬酶-1依赖的IL-1β成熟和分泌。
TNF-α可启动细胞因子级联反应，增强血管通透性并招募巨噬细胞和中性粒细胞至感染部位。IL-1β由激活的单核吞噬细胞产生，依赖先天免疫介导炎症反应，具有促进吞噬细胞活化、抗体生成及T细胞极化等多种生物学作用。
•通过产生IL-6调控炎症
IL-6及其可溶性受体是调控中性粒细胞和单核细胞募集的关键介质。研究表明，葡糖基转移酶（GTFs）在缺乏葡萄糖时虽不促进感染，但可调节炎症反应；在急性炎症中，GTFs是诱导IL-6的重要调控蛋白，并可能在全身感染过程中于脾脏及周围病灶刺激IL-6产生。
临床研究发现，心内膜炎各阶段血清IL-6水平均显著升高，而其他细胞因子变化不明显，提示持续的IL-6激活可能参与心肌损伤。此外，作为革兰阳性菌，变异链球菌可通过其胶原结合黏附分子抑制经典补体途径。
2S.mutans在心血管疾病中的作用
变异链球菌进入血液后可对多器官和系统造成损害，其中对心血管系统的致病机制研究最为明确。其胶原结合蛋白（CBP）可与I型胶原结合，损伤血管并诱发脑出血、感染性心内膜炎等心血管疾病。
在多项临床和动物研究中，变异链球菌常被检出于心脏瓣膜和动脉粥样硬化斑块中，其在菌血症及血管损伤中的作用已得到证实。
•可能加速诱导动脉粥样硬化
动脉粥样硬化（AS）是一种在中动脉或大动脉壁形成脂质斑片状沉积的疾病，导致血流减少或受阻。变异链球菌通过对血管内皮细胞的损伤作用加速了AS的诱导，这在受损的内皮细胞中更为明显。
目前认为，人主动脉内皮细胞（HAEC）感染变异链球菌后显著上调细胞内TLR2和NOD2（核苷酸结合寡聚结构域蛋白）表达，导致心血管疾病相关的促炎细胞因子（IL-6、IL-8、MCP-1）产生增加。
体外研究发现，在S. mutans感染后，HAECs中细胞DMBT1（在恶性脑瘤1中缺失，被认为是肿瘤抑制基因）表达上调。变异链球菌对DMBT1敲低HAEC更具侵袭性，导致细胞因子产生增加。
•感染性心内膜炎
当S. mutans到达受损的心内皮后，可与暴露的胶原蛋白结合，活化血小板亦通过vWF参与黏附。可能通过与纤维蛋白原相互作用促进微生物聚集，从而诱发感染性心内膜炎（IE）。
•S.mutans还有概率增加脑微出血
小鼠模型表明，变异链球菌与脑出血加重相关，该情况为感染性心内膜炎的并发症之一，发生率约为10%。横断面研究显示其可增加脑微出血（CMBs），后续纵向研究进一步证实其与高血压性脑出血及深部CMBs相关，这两者是穿支动脉粥样硬化的主要出血表现。
影响因子：7.19
其可能机制包括：随年龄增长血脑屏障通透性升高、内皮完整性下降；慢性高血压导致小血管结构改变、血脑屏障破坏及I型胶原沉积。
上述变化释放血管相关因子，促进变异链球菌与暴露的胶原结合并黏附于小穿支动脉。随后中性粒细胞浸润及炎症反应增强，增加血脑屏障通透性并释放髓过氧化物酶MPO-16和基质金属蛋白酶MMP-9，加重内皮损伤。
此外，细菌表面负电荷可抑制血小板与胶原的结合，促进局部出血；在衰老和高血压背景下，深部血管损伤进一步加剧，最终导致脑出血和出血性卒中。
3S.mutans与炎症性肠病
结肠炎的加重可能是由肝脏的变异链球菌感染引起的，变形链球菌感染期间肝脏释放的IFN-γ是各种炎症级联反应的第一步。
•变异链球菌感染促进炎症细胞因子释放
现有数据显示，促炎细胞因子（TNF-α、IL-1β和IL-6）以及免疫抑制性IL-10缺乏是肠道炎症的标志物。IL-6是溃疡性结肠炎患者炎症区域的主要细胞因子，其浓度与内镜下疾病严重程度评分相关。
4S.mutans与IgA肾病
研究已证实扁桃体免疫与肾小球肾炎密切相关，部分病原体可通过影响扁桃体免疫参与IgA肾病的发生。感染等粘膜变化可以激活先天免疫系统，加剧现有的IgA，并促进血尿等疾病表现。
•S.mutans可诱导肾小球炎症
较高浓度的IV型胶原可促进变异链球菌聚集。研究表明，该菌可诱导兔肾小球和肾小管严重炎症，并在大鼠中引发IgA肾病样肾小球肾炎。Cnm阳性菌株与蛋白尿升高及IgA肾病加重相关，但Cnm蛋白本身对肾脏无直接损伤。
影响因子：3.998
其在黏膜组织中与IgA的免疫反应可能导致IgA1糖基化缺陷，而该缺陷是IgA肾病的重要发病机制。
5S.mutans与非酒精性脂肪肝炎
“二次打击理论”被广泛认为是非酒精性脂肪肝炎（NASH）发生的机制：首先是因为吃得过多、代谢紊乱，出现胰岛素抵抗，脂肪在肝脏里堆积，形成“脂肪肝”；然后在这个基础上，氧化应激、脂质过氧化和线粒体功能受损等因素进一步加重损伤，促使肝脏发生炎症和纤维化，最终发展为NASH。
•携带并表达Cnm蛋白的S.mutans会加重肝损伤
与Cnm+ /PA-变异株S.mutans株相比，Cnm+ /PA +株在小鼠中表现出较高的致病性，导致NASH加重。Cnm帮助变异链球菌在肝细胞上附着，避免脂肪酸积累。Cnm和蛋白质抗原（PA）分别可能促进S. mutans细胞与肝细胞的结合，分别在无脂肪酸和结合后。
注：Cnm是一种“胶原结合蛋白”，能让细菌黏附在人体的胶原组织上（比如血管、心脏瓣膜等）。
在细菌细胞表面表达PA和Cnm的S. mutan会定位于肝脏并附着于肝细胞上，导致与氧化应激相关的炎症细胞因子增加，如IFN-γ和金属硫黄素。这导致肝细胞再次受损，加重NASH。越来越多的证据支持IV型胶原蛋白与Cnm+ S.mutans之间的临床相互作用。
6S.mutans与肿瘤相关
变异链球菌感染会增加肿瘤侵袭性，并与疾病控制不佳有关。
•变异链球菌增加IL-6促进口腔癌的发展
在口腔鳞状细胞癌小鼠模型中，变异链球菌通过增加IL-6的产生促进口腔癌的发展和进展。变异链球菌还能够通过上调IL-8、降低血管内皮钙粘蛋白表达和增强细胞间粘附分子，诱导血管炎症并破坏血管屏障，从而促进肿瘤细胞渗出并向内皮迁移。
•S.mutans可能通过血栓形成促进肿瘤转移
血管内皮受损导致脑出血、感染性心内膜炎和动脉粥样硬化。变异链球菌可诱导白介素上调，这与其血管损伤共同可能导致原发肿瘤的血管转移。
Part.4通过针对变异链球菌以预防龋齿的策略变异链球菌在龋齿的发生和发展中具有关键作用，因此，制定有效策略以抑制变异链球菌生物膜形成，对于预防龋齿和促进口腔健康至关重要。
传统预防龋齿的方法
•饮食控制
减少高频摄入糖（尤其蔗糖）；
避免“少量多次”吃甜食（比总量更重要）；
餐后及时清洁口腔。
•正确口腔卫生习惯
每天刷牙≥2次（含氟牙膏）；
使用牙线或间隙刷；
睡前刷牙尤为关键。
•定期口腔检查
龋齿是一个可逆→不可逆过程：
早期：白垩斑（脱矿）—可逆；
中期：釉质破坏；
晚期：牙本质龋—不可逆。
检查频率
普通人：6–12个月；
高风险人群（高糖饮食/正畸/儿童）：3–6个月。
•窝沟封闭（儿童关键措施）
磨牙窝沟深，易滞留食物和菌斑；使用封闭剂封闭磨牙窝沟，有助于阻止菌斑滞留。
•专业洁治
包括：超声洁治、手工刮治。
作用：去除牙石、成熟菌斑。
除了传统的治疗方法外，现在已开发出一系列创新的抗菌膜策略，针对去除生物膜展现出有前景的应用。包括抗菌肽、益生菌、纳米颗粒、先进的物理方法（如非热等离子体和光动力疗法）以及噬菌体疗法。
抗变异链球菌生物膜策略
Gao Z,et al.Microbiol Res.2023
1抗菌肽
长期广泛使用抗菌剂（如氯己定和三氯生）预防和治疗龋齿，可能促进细菌耐药性（AMR）的产生并扰乱口腔微生态。同时，牙齿生物膜通过其细胞外多糖（EPS）基质为细菌提供保护，限制抗菌剂渗透，削弱治疗效果。
•抗菌肽能够有效减少生物膜，并不易产生耐药性
近年来，抗菌肽（AMPs）被视为替代传统抗生素的潜在策略。AMPs是来源广泛的小分子碱性多肽，具有广谱杀菌活性和抑制生物膜形成的能力。其主要通过破坏细胞膜、形成跨膜孔道、干扰细胞内分子以及抑制细胞壁、核酸和蛋白质合成发挥作用，同时还能抑制细菌初始黏附和调控相关基因表达。
由于作用机制多样，细菌较难产生耐药性。研究表明，人β-防御素-3（HBD3）对多物种口腔生物膜的抗菌效果优于氢氧化钙和氯己定，并显著减少生物膜量。此外，催化素、防御素和组氨素等天然抗菌肽也被证实具有抗菌和抗生物膜作用。
不过尽管AMPs具有优势，其临床应用仍受限于稳定性差（易被蛋白酶降解）和生产成本高。为此，研究正致力于开发合成肽及其工程改造以提升稳定性和应用性。
2益生菌
益生菌（如乳酸杆菌、双歧杆菌和枯草芽胞杆菌（Bacillus subtilis））传统用于多种全身疾病的防治，但同时研究也发现其可通过竞争黏附位点或与浮游变异链球菌共聚抑制定植，并通过产生有机酸、过氧化氢、细菌素和表面活性物质发挥抗菌与抗生物膜作用。
•植物乳杆菌等益生菌能抑制生物膜形成并降低相关致病蛋白表达
研究表明，益生菌及其衍生形式（如合成生物制剂、后生物和副益生菌）在生物膜相关口腔疾病中具有良好应用前景。例如，特定菌株可显著抑制S.mutans生物膜形成并下调gtf、ftf、brpA及群体感应相关基因表达；Lactobacillus plantarum在动物模型中表现出优于氯己定的抗菌效果，并可调节口腔菌群结构。
合成组合（如胶原肽联合L. rhamnosus）可破坏生物膜结构并降低胞外多糖生成；细菌裂解物则通过抑制MAPK和NF-κB通路发挥抗炎及抗生物膜作用，但对成熟生物膜清除有限。此外，来源于乳酸杆菌的脂磷壁酸可干扰蔗糖代谢并抑制多菌种生物膜形成。除乳酸杆菌外，枯草芽胞杆菌通过高效代谢糖醇增强对S.mutans的抑制作用。
总体而言，益生菌干预可通过调节口腔微生态及饮食相关代谢过程，降低龋病风险。
3噬菌体疗法
噬菌体是感染细菌并破坏其代谢、最终导致细胞裂解的病毒。其具有高特异性、对共生菌影响小、天然低毒且不依赖耐药机制，因此被视为对抗耐药病原体的有前景策略。
噬菌体还可通过编码酶降解生物膜细胞外多糖、破坏细胞外基质，从而抑制生物膜形成，被认为是干预变异链球菌生物膜的重要替代方法之一。
•一些噬菌体可抑制变异链球菌生长及生物膜形成
近期研究发现多种针对变异链球菌的新型噬菌体具有良好的抗生物膜潜力。例如，从人类唾液中分离的ɸAPCM01可抑制其生长、生物膜代谢活性及活菌数量。通过基因工程使变异链球菌表达噬菌体T4 RNA连接酶1，也可显著降低生物膜量并破坏胞外多糖结构。
另一种口腔来源噬菌体SMHBZ8因强溶菌活性，在体外及小鼠模型中均能预防龋损形成。此外，溶菌性噬菌体在抑制生物膜相关基因表达方面优于细菌素，且二者联合应用并未优于单独使用。
4纳米粒子
纳米颗粒因其固有抗菌特性，已成为对抗细菌感染和耐药性的有力工具，并被广泛应用于口腔生物膜治疗与药物递送。
•许多金属纳米粒子具有抗菌和抗生物膜作用
研究表明，多种金属及金属氧化物纳米颗粒（如金、银、铜、钛、铁等）均具有抗菌和抗生物膜作用，其机制包括破坏细胞壁、抑制胞外多糖或群体感应、产生活性氧（ROS）以及干扰DNA和蛋白质功能。
例如，银纳米颗粒（AgNPs）在龋病及健康人群的菌斑样本中均表现出显著抗菌效果，且粒径越小（如5.2 nm）活性越强，与性别或龋齿状态无显著相关性。
近年来，通过与其他材料复合以增强效果成为趋势，如由海藻酸钠/高岭土/AgNPs构建的纳米复合材料可完全抑制S. mutans生物膜内细菌活性，其作用主要源于AgNPs增加膜通透性并破坏细胞结构。
需要指出的是，尽管纳米颗粒在龋齿局部治疗中取得进展，其在口服生物膜治疗中的安全性仍是关键问题。临床应用前需充分评估其潜在毒性，包括体外细胞毒性和体内动物实验，以确保纳米技术疗法的安全性。
5非热等离子体
传统机械清除虽可去除大部分牙菌斑和微生物，但口腔微生态可迅速恢复并促进细菌再生。非热等离子体（NTP）为抑制变异链球菌生物膜提供了新的解决方案。
•非热等离子体具有去除牙菌斑生物膜的前景
NTP由带电粒子、自由基及活性氧等活性成分组成，具有显著杀菌能力，可通过不同电压作用于气体产生。其特点是电子温度高（约10⁴ K）而离子温度接近室温，使整体温度较低。作为一种物理方法，NTP能够有效破坏并穿透生物膜，在牙菌斑去除中展现出良好应用效果。
NTP可显著改变生物膜代谢，增强TCA循环和整体代谢活性，使变异链球菌对抗生素和氧化应激更敏感；在大鼠模型中亦降低了龋病发生率和严重程度，但长期处理在临床上可行性有限。
6光动力治疗
抗菌光动力疗法（PDT）因在治疗耐药感染和清除生物膜方面的潜力，成为有前景的生物膜干预手段。
其机制为光敏剂（如卟啉、邻苯二氮衍生物）在特定波长光照下转化为激发三重态，通过能量传递产生活性氧（ROS），进而氧化损伤蛋白质、脂质和多糖等，导致微生物死亡。
•光动力疗法可以减少致龋菌并降低耐药性风险
PDT疗效取决于光照条件、光敏剂类型及氧气供应。其多靶点作用降低了耐药性发生风险，支持其作为传统抗生素的替代方案。此外，PDT具备高效、无创、组织选择性强及环境友好等优势，在口腔医学中的应用前景广阔。
多项研究表明，光动力疗法（PDT）在体内去除生物膜方面具有显著潜力。经MPP-Ce6介导的PDT治疗后，致龋菌数量降至约10%，龋损数量和严重程度均明显降低。此外，快速交联水凝胶可在牙面形成涂层，按需释放ROS以清除生物膜，同时实现牙齿美白且不显著损伤牙釉质和牙龈组织。
主要参考文献
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本文转自：谷禾健康
https://blog.sciencenet.cn/blog-2040048-1542413.html
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