口腔微生物致宿主表觀遺傳改變的研究進展

時小婷，潘亞萍

人類口腔中寄居700種以上微生物，大部分口腔微生物為正常菌群，與人體共生共棲，但有少部分口腔微生物與牙周病的發生發展密切相關，通過多種機制干擾宿主防御能力，引發牙周破壞[1-3]。隨著研究不斷深入，其中表觀遺傳機制的相關研究日益受關注。

表觀遺傳學是指基因DNA序列不發生改變的情況下, 基因的表達和功能發生穩定改變，并產生可遺傳的表型，這種改變具有可逆性及位置效應，涉及到DNA、蛋白質、染色質、RNA多個水平，對應的調控機制包括基因轉錄時及轉錄后的調控[4-5]。研究表明，DNA甲基化水平的變化、組蛋白修飾和非編碼RNA功能的變化在疾病發展過程中非常重要，表觀遺傳學可能影響疾病的診斷、預后和治療[6-7]。因此，明確口腔微生物與宿主互相作用的表觀遺傳機制能夠為相關疾病的防治開辟新思路。

1 口腔微生物感染與表觀遺傳改變

口腔微生物能夠引起人體口腔局部或全身感染，感染宿主的口腔微生物可以通過進入或將產物引入細胞直接誘導表觀遺傳標記改變，還可以通過繼發慢性炎癥間接誘導表觀遺傳標記改變，操縱感染細胞中被激活的信號通路，引起抑癌基因或免疫防御基因的沉默或促炎因子基因的激活[8-10]。

1.1 牙齦卟啉單胞菌

牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonasgingivalis,P.gingivalis)是革蘭陰性菌，專性厭氧，是目前公認的牙周重要致病菌，也是牙周病病變部位最主要的優勢菌。P.gingivalis包括菌毛、外膜蛋白、膜泡、牙齦素、短鏈脂肪酸等毒力因子，能夠通過附著于宿主細胞抵抗宿主先天性免疫系統，分泌大量毒力因子，逃避宿主防御等機制引起宿主炎癥反應和牙周支持組織破壞[11-12]。

Palioto等[13]采用C57BL/6小鼠結扎和/或灌飼P.gingivalis的方法構建牙周炎模型，發現系統性感染引起小鼠的骨喪失量增加，頜骨和腸組織中甲基化標志DNMT3B、炎癥標記BTLA、IL18R1的陽性染色細胞數量明顯增多，提示甲基化調控可能與P.gingivalis引起的局部或系統性炎癥反應密切相關。Takai等[14]采用P.gingivalis脂多糖間斷性處理人牙周膜細胞，發現細胞外基質相關基因的甲基化水平是對照組的4倍，基因的啟動子區高甲基化并且轉錄水平受到抑制，提示P.gingivalis可能通過甲基化細胞外基質相關基因啟動子的方式抑制牙周炎患者牙周組織的修復。Benakanakere等[15]指出，經P.gingivalis慢性感染的牙齦上皮細胞、以灌飼P.gingivalis構建的牙周炎模型小鼠牙齦組織和牙周炎患者組織都表現出病原識別受體TLR2啟動子CpG島高甲基化，而TLR2在牙周炎的病原體識別和維持組織內穩態過程中發揮重要作用，其表達缺陷可能會降低宿主對病原體的天然防御能力，導致致病菌持續存在并加劇炎癥。上述研究表明，P.gingivalis不僅能夠提高機體炎性分子水平，促進牙槽骨吸收，還能夠增強甲基化酶的表達，促進Toll樣受體及細胞外基質形成基因啟動子高甲基化，抑制細胞外基質形成基因表達，降低宿主對病原體的識別防御能力，阻礙牙周組織改建與修復。

對慢性牙周炎患者牙齦組織中組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)的表達水平檢測結果表明，牙周感染情況下，HDAC1、5、8、9 的mRNA和蛋白水平上調[16]。有體外實驗顯示，經脂多糖處理的口腔上皮細胞中乙酰化轉錄共激活因子p300/CBP等被激活，當病原識別受體TLR和免疫識別受體被激活時，口腔上皮細胞的組蛋白發生乙酰化修飾[17]。研究證實，P.gingivalis能夠誘導組蛋白發生乙酰化修飾，這種表觀遺傳修飾在牙周炎發展中發揮重要作用。最近研究顯示，HDAC抑制劑能夠顯著降低腫瘤壞死因子TNF-α和P.gingivalis誘導的多種炎癥介質產生，選擇性抑制的結果提示HDAC3在牙齦成纖維細胞的炎癥活化中起關鍵作用，但不影響P.gingivalis的內化和在細胞內的存活，MAPK和NFкB信號通路并不受廣譜或特異性HDAC抑制劑的影響[18]。該研究提示，針對HDAC3的靶向治療對牙周疾病具有重要臨床意義。但也有研究顯示，P.gingivalis感染降低人原代牙齦上皮細胞中HDAC表達，促乙酰化藥物能夠提高上皮細胞中人抗菌蛋白hBD2和趨化因子CCL20的表達[19]。上述研究表明，P.gingivalis能夠誘導組蛋白發生乙酰化修飾，但不排除因細胞種類而異的可能，還需要更多的研究明確兩者的相互作用關系。此外，有研究提出在無感染的情況下，細胞因子也可上調HDAC1的表達[20-21]，因此需要分辨乙酰化水平的改變是否由口腔致病菌直接引起。

1.2 齒垢密螺旋體

密螺旋體(treponema)是厭氧性螺旋體，可以侵入牙周組織，在患病牙周袋中是菌群的主要組成部分。齒垢密螺旋體(Treponemadenticola,T.denticola)具有多種毒力因素，但致病機制尚不完全清楚。有研究發現，T.denticola牙本質蛋白酶能夠誘導牙周膜細胞基質金屬蛋白酶(MMP)-2的表達和活化，若在T.denticola刺激前后，使用組蛋白去乙酰酶的抑制劑處理牙周膜細胞，T.denticola介導的MMP-2表達和活化顯著降低；若采用組蛋白乙酰轉移酶、組蛋白去甲基轉移酶的抑制劑處理，MMP-2表達和活化增強；若采用DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferases, DNMTs)抑制劑處理，MMP-2表達和活化的降低效果不明顯，MMPs和細菌蛋白酶介導細胞外基質和牙槽骨破壞[22-23]。該結果提示，T.denticola介導牙周膜細胞染色質修飾酶表達并可能通過組蛋白去乙酰化機制誘導MMP-2的表達和活化，加速破壞牙槽骨和細胞外基質，該過程可以在抑制劑的作用下發生一定程度的逆轉。上述研究是治療牙周疾病的新型靶向療法的有利嘗試。

1.3 白念珠菌

白念珠菌(Candidaalbicans,C.albicans)又稱為白假絲酵母菌，革蘭染色陽性，是一種存在于口腔、呼吸道、陰道等黏膜中的條件致病菌[24]。當宿主的免疫功能受到抑制時，白念珠菌可以迅速增殖并引起黏膜、真皮甚至血行性感染[24-25]。研究表明，C.albicans胞壁成分β-葡聚糖能夠通過PI3K/Akt/mTOR等通路觸發代謝重編程，刺激單核細胞向巨噬細胞分化為特定的巨噬細胞亞群，這種分化后的巨噬細胞體積增大，代謝活性增強，免疫活性增強，該過程中代謝物富馬酸酯抑制組蛋白去甲基化酶KDM5表達，阻止HIF1蛋白酶體降解從而增強糖酵解基因的表達[26-27]。上述研究表明，C.albicans能夠提高單核細胞的存活率并向巨噬細胞分化，通過阻礙去甲基化增強糖酵解，提高分化細胞的代謝活性，使之具有更強的免疫活性，利于控制病原體并減少組織病理改變。

1.4 幽門螺桿菌

幽門螺桿菌(Helicobacterpylori,H.pylori)是一種微需氧的螺旋彎曲樣革蘭陰性菌，能夠定植于胃黏膜，可誘發慢性胃炎、胃潰瘍、十二指腸潰瘍和腸化生，并作為一級致癌因子在75%的胃癌病例發生發展中起重要作用[28]。自Krajden等檢測出牙菌斑和唾液中的H.pylori，關于其是否定植口腔并影響胃腸疾病發生發展的問題，存在不同的觀點。有研究證明，口腔H.pylori與胃部H.pylori存在正相關性，為口腔H.pylori與胃部感染的相關性提供證據[29]。H.pylori影響胃癌發生發展過程的分子基礎是正常組織中基因的表觀遺傳學改變的形成和積累。有研究分析胃癌組織的遺傳學和表觀遺傳學改變，發現抑癌基因p16、hMLH1、CDH1的失活和WNT通路的激活更可能是由異常DNA甲基化而非基因突變引起[30]。為探索H.pylori引起異常DNA甲基化的機制，有研究采用免疫抑制劑抑制H.pylori引起的慢性炎癥，發現H.pylori在蒙古沙鼠體內誘發的異常DNA甲基化完全被抑制，說明不是H.pylori本身，而是H.pylori感染引起的炎癥反應誘發異常DNA甲基化[31]。然而，雖然H.pylori感染的沙鼠體內DNA甲基化水平升高并伴有炎癥反應基因IL1b、NOS2和TNF表達上調，但是高濃度酒精或飽和氯化鈉誘導的炎癥并不能誘發異常DNA甲基化，可能是不同的炎癥反應誘導不同的表觀遺傳學改變，前者炎性特征是單核/巨噬細胞浸潤而后者炎性特征是中性粒細胞浸潤[32]。有研究表明，H.pylori誘導巨噬細胞產生一氧化氮(NO)，NO能夠誘導胃上皮細胞抑癌基因RUNX3甲基化，抑制抑癌基因RUNX3轉錄，此外，研究還發現脂多糖有相似的作用[33]。上述研究提示，H.pylori感染能夠通過激活巨噬細胞，提高NO含量，激活宿主DNMTs，誘發抑癌基因啟動子DNA甲基化，促進胃癌的發生發展。

2 臨床應用

隨著表觀遺傳學研究的不斷深入，越來越多的研究聚焦于如何利用表觀遺傳學預防或治療疾病。Kirkpatrick等[34]研究發現，經伴放線聚集桿菌脂多糖(Aa-LPS)處理的動物出現組蛋白去甲基酶KDM4B豐度增加伴牙周炎癥浸潤，組蛋白去甲基酶抑制劑ML324能夠通過KDM1A介導的H3K4去甲基作用在體外抑制KDM4B活性并減弱Aa-LPS誘導的炎性細胞因子反應，此外，ML324對KDM4B的抑制能夠顯著減少破骨祖細胞產生破骨細胞的量。BET蛋白調節乙酰化依賴性染色質復合物的形成，BET抑制劑能夠在多種細胞類型和動物模型中抑制炎癥反應并減少實驗性牙周炎造成的骨喪失。Maksylewicz等[35]的研究表明，BET抑制劑I-BET151和JQ1能夠顯著減少牙齦成纖維細胞和牙齦上皮細胞中細胞因子誘導的炎癥和骨喪失而不影響細胞活性。上述研究表明，表觀遺傳調控因子參與調控口腔微生物引起的宿主免疫反應，可以作為治療牙周炎的潛在藥物靶標，表觀遺傳調控因子的抑制劑能夠減弱宿主免疫反應和炎癥引起的組織破壞，為炎癥相關全身疾病的治療提供新的切入點。

3 結論與展望

眾多生理功能及炎癥、自身免疫疾病、腫瘤等病理現象均可受到表觀遺傳學調控。不同種微生物對宿主的表觀遺傳調控側重體現在不同的病理過程。目前，多數口腔微生物與表觀遺傳的研究集中于證明DNA甲基化修飾及組蛋白修飾與炎癥反應、免疫抑制、組織破壞等過程的相關性，以及相應修飾酶在病理過程中發揮的作用。常見的微生物對宿主的表觀遺傳調控方式包括：通過異常甲基化沉默抑癌基因或免疫防御基因，通過組蛋白的乙酰化修飾激活促炎因子基因，相應的表觀遺傳修飾抑制劑能夠作為治療藥物一定程度逆轉該調控。

認識到微生物與宿主的表觀遺傳調控具有相關性是至關重要的，有利于開辟臨床治療思路。然而，表觀遺傳調控的發生及調節機制還有待進一步研究。明確微生物對宿主的表觀遺傳調控機制有利于更深入理解微生物感染的致病機制，開展臨床精準靶向治療，為相關疾病防治提供新的策略。