慢性牙周炎與全身系統性疾病關系的研究進展

袁思嬈,張 亮,劉 佳,付善民,金作林,牛茜楠

(1.中國人民解放軍空軍軍醫大學a.基礎醫學院; b.第三附屬醫院正畸科,西安 710032;2.西京醫院九八六醫院口腔科,西安 710054; 3.軍事口腔醫學國家重點實驗室、國家口腔疾病臨床醫學研究中心、陜西省口腔疾病臨床醫學研究中心,西安 710032)

牙周炎是一種細菌感染性疾病,可導致牙周軟組織和牙槽骨等支持硬組織的破壞,進而造成牙齒松動脫落,損害口腔功能與面部美觀[1]。口腔是人體的重要門戶,因其復雜的解剖組織結構和物理化學性質而成為一種天然的微生物培養基,為微生物的生長提供了良好的條件。牙周致病菌可導致結合上皮根向移位,進而導致牙周袋的形成。有超過70種口腔微生物的存在與牙周病相關,微生物菌群失調會導致牙周炎甚至全身系統疾病的發生[2]。

牙周炎與多種全身系統性疾病密切相關,例如動脈粥樣硬化、慢性胃炎胃潰瘍、吸入性肺炎、系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)、類風濕性關節炎、糖尿病、肥胖,以及不良妊娠后果等。促成這種關聯的因素可能是牙周炎引起的低滴度系統炎癥(systemic low-grade inflammation,SLGI)[3]。口腔內細菌的異位定植以及牙周炎引起的細胞炎性因子過度表達是牙周炎與全身系統性疾病關系間的兩種常見關聯途徑。口腔厭氧菌是牙周炎致病因素之一,包括牙齦卟啉單胞菌、牙密螺旋體和福賽斯坦納菌等[4]。它們可以進入循環系統,釋放炎性因子,并通過表觀遺傳調控機制影響全身其他部位的炎癥發生[5]。有研究[2]證實與健康對照組相比,牙周炎患者可檢測出更高的血清促炎細胞因子,如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)或IL-6等。重度牙周炎和輕度牙周炎之間的微生物群計數與全身炎性標志物水平數據[6]表明,齦下微生物群與全身炎癥標志物呈正相關。口腔微生物可以經循環系統進入心臟內皮或者胎盤定植[7],也可以通過吞咽進入消化系統定植[8],更有可能因為誤吸入呼吸道而產生呼吸道上皮細菌定植[9],隨后附近細胞出現異常,誘發對應病癥。

然而,并非牙周炎單方面作為這些系統性疾病的危險因素,反之系統性疾病也可能會影響牙周炎的發病程度[10]。牙周炎引起的炎性因子表達上調和細菌異位定植可能影響心血管疾病、糖尿病以及其他系統性疾病的發病,同時牙周炎也是SLE和糖尿病等系統性疾病的并發癥。故而,梳理牙周炎與全身系統性疾病的研究進展意義重大,能夠從更宏觀、全面的角度證明牙周炎防治工作的意義。

1 牙周細菌感染對全身系統性疾病發病的影響

1.1 心血管系統疾病

心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)是危害人類健康的罪魁禍首之一,口腔細菌與CVD尤其是動脈粥樣硬化性心血管疾病(atherosclerotic cardiovascular disease,ACVD)有密不可分的聯系,動脈粥樣硬化是CVD最主要的病理學改變,口腔細菌通過循環系統進入體內引發炎癥反應,最終導致ACVD的發生[11]。例如,在動脈粥樣硬化斑塊標本中發現了銅綠假單胞菌等口腔常見細菌,斑塊中韋榮球菌和鏈球菌的聯合豐度與它們在口腔中的豐度相關[12]。

脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)是一種重要的牙周炎相關內毒素。為了探究口腔病原體引發ACVD的分子機制,SUH等[13]研究了LPS注射小鼠牙周炎模型的動脈粥樣硬化的過程,實驗證實注射LPS內皮細胞黏附分子的表達上調,巨噬細胞促炎細胞因子的分泌增加,促進了單核細胞與內皮細胞的黏附。此外,巨噬細胞的分泌蛋白,如TNF-α,能夠誘導內皮細胞的內皮-間質轉化。證明牙周炎引起的全身炎癥可能通過血管內皮細胞功能異常和巨噬細胞激活的方式加劇動脈粥樣硬化。利用斑馬魚幼蟲感染模型,FARRUGIA等[14]進一步發現牙齦卟啉單胞菌通過其牙齦蛋白酶降解血小板內皮細胞黏附分子-1(platelet endothelial cell adhesion molecule-1,PECAM-1)和血管內皮鈣黏蛋白(vascular endothelial cadherin,VE-Cadherin),導致血管損傷和內皮通透性增加,而這對內皮連接的完整性至關重要。這些發現提示了口腔病原體可能導致內皮功能障礙和ACVD的分子機制[15]。此外,LIRA JUNIOR等[16]通過觀察重度牙周炎對首次心肌梗死患者血漿炎癥的影響證實了牙周炎產生的血漿炎性標志物與心肌梗死的關系與可能存在的分子聯系;然而,急性卒中與促炎因子的循環水平無較大關聯,其嚴重程度主要取決于梗死體積。

口腔常見的綠色鏈球菌也被證實與感染性心內膜炎(infective endocarditis,IE)的發生相關聯,口腔細菌相關的IE主要發生于曾患風濕性心臟病的年輕男性的人工心臟瓣膜中[17]。KURIHARA等[18]通過評估原發性靜脈曲張患者病理樣本的口腔細菌DNA,證明口腔細菌定植與靜脈瓣功能不全存在普遍的關聯。雖然這項研究不能證明其中的關聯機制,但是足以證明口腔細菌是靜脈瓣功能不全的危險因素之一。

在牙周炎與高血壓的研究中,基于2組來自美國與韓國的獨立樣本調查,MUOZ AGUILERA等[19]認為牙周炎與高血壓密切相關的紐帶因素是牙周炎所引起的SLGI,而其引起的血管內皮功能障礙最終導致血管壁解剖結構的不可逆改變也是誘發高血壓發生的重要因素[20]。

1.2 消化系統疾病

口腔細菌感染對消化系統疾病產生的影響主要以胃腸道菌群失調為中間過程。胃腸固有的微生物系統一旦失衡,隨之可能發生消化系統炎癥甚至腫瘤病變。

READ等[21]的綜述提出了一個基于消化道免疫區室[22]病理變化,涉及口腔微生物和腸道微生物的多段模型。這一模型有力說明炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)的發生可能受到口腔細菌異位定植的影響。WU等[8]也從口腔細菌定植的角度驗證口腔細菌在胃黏膜定植的事件與淺表性胃炎(superficial gastritis,SG)和胃癌(gastric cancer,GC)的關系,并且探究口腔微生物和幽門螺桿菌的相互影響以及對于SG和GC的共同影響。結果證明:口腔細菌的胃黏膜定植事件在SG和GC患者中常見。口腔微生物經吞咽,在胃黏膜環境中進行選擇和適應,實現異位定植,成為胃微生物菌群的主要來源。

1.3 代謝疾病

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一種復雜的代謝性疾病,在T2DM進展過程中,由牙周炎驅動的腸道微生物改變可能會導致系統性炎癥和代謝功能障礙,進而對糖尿病的發病進程產生推動作用[23]。

從分子機制層面的研究[24]表明,牙周炎引起的TNF-α水平的升高可能通過直接和間接機制顯著影響胰島素敏感性,從而加快糖尿病病程。在糖尿病患者以及肥胖受試者的血清樣本中發現IL-6和TNF-α水平顯著升高。血清IL-6和C反應蛋白(C-reactive protein,CRP)水平可以預測T2DM的發生[25]。NESTO[26]證明CRP水平的升高與胰島素抵抗、T2DM和CVD相關。由慢性牙周炎引起上調的TNF-α和IL-6也可能會損害細胞內胰島素信號傳導,導致胰島素抵抗[27]。與臨床健康對照相比,慢性牙周炎患者的抵抗素水平升高[28]。抵抗素誘導胰島素抵抗過程,降低胰島素敏感性。

因此可以認為,牙周炎中TNF-α、IL-6和抵抗素水平的升高可能會降低胰島素敏感性,增加糖尿病的風險。表明牙周炎可能是引起并推動T2DM的發展的重要因素。

另外,牙周病與肥胖的關系也不容小覷。肥胖伴發的全身持續慢性炎癥狀態與牙周炎在發病機制和預后方面密切交叉[29]。miRNAs參與肥胖和牙周炎的發生和發展的炎癥反應的機制已經被證明。具體來說,miRNAs在健康狀態和牙周炎之間的表達有顯著差異。miRNAs積極調節脂肪生成,并在肥胖和肥胖相關的代謝性疾病中發揮重要作用[30-31]。

1.4 呼吸系統疾病

吸入性肺炎(aspiration pneumonitis,AP)主要是含有口咽定植細菌的分泌物等被吸入肺部導致的。任何能夠引起口咽分泌物量增加或升高口腔細菌含量的因素都和吸入性肺炎呈正相關[9]。中重度慢性牙周炎患者發生社區獲得性肺炎(community-acquired pneumonia,CAP)的風險增加4.4倍[32],不論是對機制的何種假說和驗證,都很大程度將CAP歸因于口腔細菌吸入后再定植于肺部黏膜的過程。

有數據表明,牙周炎甚至會影響SARS-CoV-2感染的嚴重程度。與輕度牙周炎或健康者相比,中度至重度牙周炎患者出現COVID-19并發癥的風險顯著更高[33]。解釋其中機制的觀點各異:TAKAHASHI等[34]認為牙周細菌吸入可能通過誘導作為SARS-CoV-2受體的下呼吸道血管緊張素轉換酶-2(angiotensin-converting enzyme-2,ACE2)和某些炎癥細胞因子的表達來加重COVID-19。而MADAPUSI BALAJI等[35]提出牙周細菌可能通過切割SARS-CoV-2的S糖蛋白來增強其毒性。此外,還有觀點認為口腔尤其是牙周袋可能是SARS-CoV-2的宿主[36]。

口腔細菌感染還與慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)存在關聯。牙齦卟啉單胞菌等牙周細菌的吸入可能誘導咽下呼吸道上皮細胞分泌大量炎癥細胞因子[37],并導致巨噬細胞TNF-α和INF-γ上調,使肺泡增大、膠原纖維重組以維持肺氣腫水平[38],可能參與了COPD的發病和病程加重。

1.5 免疫系統疾病

SLE是一種具有潛在致命性的復雜自身免疫性疾病,表現為組織損傷,并在整個人體包括心臟、血管、關節、皮膚、肝臟、腎臟和牙周組織共同發病。SLE的病因可以部分歸因于微生物失調和環境變化引起的炎癥反應失調[39]。一組來自臺灣的樣本研究[40]表明牙周炎和SLE具有顯著相關性,但其影響機制尚不明確,可能受到多種共同因素的共同調控。一項薈萃分析[41]也顯示相同的顯著相關性,并且推測通過保持口腔衛生預防牙周炎是一種很好地降低SLE風險的低成本手段。

內脂素是SLE和牙周炎相關性的重要中介因子。REZAEI等[42-44]對內脂素的研究揭示了牙周炎和SLE互相作用的影響機制。內脂素是一種前B細胞集落增強因子,參與B細胞生長因子的早期發育,在免疫系統功能中具有重要作用,并且能誘導IL-1β、TNF-α和IL-6等炎性因子的產生。內脂素水平與牙周各項臨床指標均呈正相關,且慢性牙周炎齦溝液內脂素水平高于健康組,證明內脂素可能在這兩種炎癥條件之間存在相互聯系。

此外,BALCI YUCE等[45]的研究表明TNF-α是牙周炎與類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)聯系的關鍵。牙周炎和RA表現出共同的致病因素和病理特征[46],但可以確定的是,這些聯系與牙齦卟啉單胞菌對多肽進行瓜氨酸化的作用不相關,因為牙周炎組與健康組的瓜氨酸環肽抗體(antibodies against citrullinated cyclic peptides,anti-CCP)和瓜氨酸α-烯醇化酶肽-1抗體(antibodies against citrullinated α-enolase peptide-1,anti-cep1)的發生情況并無變化[47]。對于牙周炎與RA的具體關聯作用機制尚不明確。

1.6 神經系統疾病

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一種常見的神經退行性疾病。一些口腔細菌可以入侵大腦,并且某些細胞炎性因子也可以隨循環系統進入腦組織。WANG等[48]提出免疫系統的持續炎癥可能對中樞神經系統造成不利影響。神經炎癥可能是這種加速衰老過程中一些神經元功能惡化的結果。

對于其作用機制,TRAN等[49]認為口-腦軸可能與AD的發病機制有關。利用人類神經細胞培養平臺,將細菌感染、神經炎癥、神經退行性變等3個AD相關因素直接聯系起來,證明牙齦卟啉單胞菌能夠影響小膠質細胞的蛋白標志物表達,尤其是上調由小膠質細胞、神經元和星形膠質細胞產生的IL-8水平,引起神經炎癥。

1.7 異常妊娠后果

在沒有合并母體感染的妊娠中,胎兒是無菌的[50],但由于妊娠期間女性性激素水平升高,血管通透性增加,一旦出現牙周感染,所引起的牙齦炎癥和出血,可使牙周病原體從感染的牙周組織向血液循環中滲漏。滲出的某些口腔微生物可異位定植于胎盤,并且胎盤的這些病原體水平取決于母體的牙周狀態[51]。宮內感染是公認的早產原因,HAN等[7]對34名妊娠女性羊水進行PCR檢測,發現其中一名孕婦宮內感染羊水中檢出的一株伯杰菌屬菌株,同時于該孕婦的口腔中檢出。這名孕婦于妊娠24周提前分娩,分娩后的病理分析顯示組織學的絨毛膜羊膜炎與胎兒血管炎累及臍帶和絨毛膜板,可以證明口腔細菌可能通過引起宮內感染而導致胎兒早產。血清或羊水中促炎細胞因子IL-1、IL-6和TNF-α水平升高,可能刺激絨毛膜中前列腺素的產生,促進宮頸成熟和子宮收縮,這與羊膜內炎癥和早產發育有關[52-54]。

1.8 腫瘤

炎癥和腫瘤之間的聯系由兩種機制組成:一種是持續的炎癥狀態導致細胞癌變風險的增加,另一種是獲得性遺傳變異引發腫瘤的發展。腫瘤兩種發展途徑之間的關系依賴于它們在遺傳/表觀遺傳因素和環境因素之間的特定相互作用。幾項流行病學研究[55]表明,牙周病與不同組織的癌癥之間存在聯系。牙周炎誘發癌變的機制也因部位而異。例如,細菌可能在口腔或肺部的致癌過程中起著更直接的作用,而在更遠的器官中,系統性炎癥和炎癥狀態下產生的活性氧可能發揮更重要的作用[56]。

口腔細菌可通過促進細胞增殖和血管生成、影響正常凋亡、促進侵襲轉移、輔助腫瘤干細胞等途徑參與口腔鱗狀細胞癌的發生發展,致病牙周細菌和一般牙周細菌的比例失調都可以導致這一結果,但一般牙周細菌大多下調CD36基因,而致病牙周細菌上調CD36基因,CD36基因在腫瘤生長和轉移中起重要作用[57-58]。

牙周炎與腫瘤的各種可能機制包括以下幾種:1)牙周病原體誘發慢性炎癥。這促進了已經啟動癌前病變細胞,促進潛在癌變的細胞進一步惡性化。2)慢性牙周病可能表明個人的免疫系統受損,無法清除感染,因此缺乏對腫瘤生長的監視作用。3)牙周炎癥可通過產生活性氧和氮類氧化化合物導致遺傳改變。4)癌變和組織修復有相似的生物學過程,癌變可以被認為是組織修復的一種失調的形式[56]。

1.9 骨質疏松

ARRON等[59]在2000年提出了骨免疫學(osteoimmunology)這一術語來描述研究牙周炎引起的免疫反應和骨丟失之間關系的交叉學科。典型的口腔致病菌如牙齦卟啉單胞菌可導致全身IL-6水平升高,驅動CD11b+c-fms+Ly6Chi群體破骨細胞前體在骨髓、脾臟和外周血中的積累調控,從而促進破骨細胞生成,導致骨質疏松[60]。另一項研究[61]也證實,阻斷IL-6受體后,牙周炎引起的骨丟失現象得到明顯改善。口腔細菌及其組分如LPS刺激巨噬細胞和樹突狀細胞等固有免疫細胞以及牙周膜細胞。牙周膜細胞產生IL-6,誘導Th17細胞和exFoxp3Th17細胞在口腔黏膜內聚集,產生IL-17[62],不僅有助于清除口腔細菌,還通過誘導成骨細胞和牙周膜細胞的NF-κb受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)刺激破骨細胞的骨吸收進程[63]。細菌來源的蛋白酶可以降解骨保護素(osteoprotegerin,OPG)[64]。巨噬細胞、樹突狀細胞以及細菌產物產生的IL-1、TNF等其他炎性細胞因子也刺激牙周膜細胞和成骨細胞[65],從而增加RANKL/OPG比值,促進破骨細胞骨侵蝕進程,導致牙槽骨吸收甚至全身范圍的骨質疏松癥。

2 系統性疾病對牙周病發病的影響

牙周炎是許多系統性疾病的危險因素,這些疾病也可能通過誘發SLGI的途徑或其他方式與牙周炎相互影響。

SLE的發病可能引起牙周炎發生。HUSSAIN等[66]指出SLE患者可能更容易罹患牙周炎。一項由25名SLE患者和25名健康者組成的樣本研究[67]揭示SLE患者牙齦組織中有更多的抗原-抗體復合物沉積,這可能是牙周炎活動水平升高的誘因。

牙周炎也是糖尿病最典型的并發癥之一,糖尿病會增加牙周炎癥的發生風險。例如1型糖尿病合并牙齦炎或牙周炎患者的齦溝液中檢出前列腺素-2(prostaglandin E2,PGE2)和IL-1β水平高于牙周病水平相同的非糖尿病患者[68]。糖尿病患者的免疫細胞,包括中性粒細胞、單核細胞和巨噬細胞的功能發生改變,TNF-α也顯著升高。中性粒細胞的黏附性、趨化性和吞噬能力通常受到損害,這可能抑制牙周袋內細菌被吞噬的過程,并顯著增加牙周破壞程度[69]。對于肥胖受試者,其脂肪組織產生的TNF-α不僅影響胰島素敏感性,而且還引起牙周炎癥加重,隨后刺激單核細胞上調TNF-α濃度,這可能通過直接影響靶器官如肝臟、肌肉和脂肪細胞,以及間接增強抵抗素水平[24]。

孕期婦女的牙周炎發病率也存在顯著上升的趨勢[70]。妊娠期牙周病普遍存在。妊娠婦女牙周炎的嚴重程度與牙周斑塊指數、刷牙頻率有關。妊娠期C反應蛋白水平升高,與探診出血程度、探診袋深度呈正相關。分娩后牙周各項指標及C反應蛋白水平均顯著降低,孕激素水平明顯降低,牙周斑塊指數無變化,牙周狀態基本恢復正常[71]。

3 小結

口腔細菌通常引起SLGI隨后波及全身導致各類系統性疾病的發生,與之同時,系統性疾病觸發的細胞炎性因子等影響著牙周炎的發病程度。其間的因果關系并非絕對,在一定程度上互相影響。孕婦接受牙周炎治療也可以顯著降低胎兒早產風險[72]。因此,著手于牙周炎治療是降低某些全身系統性疾病風險的廣泛且低成本的手段。但是目前的研究大多只能證明口腔細菌和全身系統性疾病主要以SLGI的機制相溝通,還有許多其他影響因素仍在假說驗證階段,這些因素的作用效果和作用機制尚不明確。

AKINKUGBE等[10]采用“充分原因”模型[73]從病因學角度出發構建了牙周炎與全身系統性疾病的多因素框架。從模型中可以看出,因果餅圖的組成部分共同作用于結果的概率,并非全是充分原因。因此對于牙周炎和全身系統性疾病關系的思考應該更加深入。

牙周炎和全身系統性疾病的發生可能還存在更深層次的聯系,除了全身炎癥和致病微生物的異位生存等研究成果外,還需要更大的樣本和更深入的研究,同時結合臨床實際觀察,根據病因學特點建立合理的模型才能更好地描述二者的關系,從牙周炎發病的角度為全身系統性疾病的風險規避與治療提供理論依據與新的治療策略。