口腔微生物致宿主表觀遺傳改變的研究進展

口腔微生物致宿主表觀遺傳改變的研究進展

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(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，通過多種機制干擾宿主防御能力，引發(fā)牙周破壞口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

隨著研究不斷深入，其中表觀遺傳機制的相關(guān)研究日益受關(guān)注口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。表觀遺傳學(xué)是指基因DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因的表達和功能發(fā)生穩(wěn)定改變，并產(chǎn)生可遺傳的表型，這種改變具有可逆性及位置效應(yīng)，涉及到DNA、蛋白質(zhì)、染色質(zhì)、RNA多個水平，對應(yīng)的調(diào)控機制包括基因轉(zhuǎn)錄時及轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

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(fā)展過程中非常重要，表觀遺傳學(xué)可能影響疾病的診斷、預(yù)后和治療口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。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(guān)疾病的防治開辟新思路口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

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?qū)a(chǎn)物引入細胞直接誘導(dǎo)表觀遺傳標記改變，還可以通過繼發(fā)慢性炎癥間接誘導(dǎo)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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

1.1牙齦卟啉單胞菌

牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，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(yōu)勢菌口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。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(tǒng)，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(yīng)和牙周支持組織破壞口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

Palioto等采用C57BL/6小鼠結(jié)扎和/或灌飼P.gingivalis的方法構(gòu)建牙周炎模型，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)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(shù)量明顯增多，提示甲基化調(diào)控可能與P.gingivalis引起的局部或系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)密切相關(guān)口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

Takai等采用P.gingivalis脂多糖間斷性處理人牙周膜細胞，發(fā)現(xiàn)細胞外基質(zhì)相關(guān)基因的甲基化水平是對照組的4倍，基因的啟動子區(qū)高甲基化并且轉(zhuǎn)錄水平受到抑制，提示P.gingivalis可能通過甲基化細胞外基質(zhì)相關(guān)基因啟動子的方式抑制牙周炎患者牙周組織的修復(fù)口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

Benakanakere等指出，經(jīng)P.gingivalis慢性感染的牙齦上皮細胞、以灌飼P.gingivalis構(gòu)建的牙周炎模型小鼠牙齦組織和牙周炎患者組織都表現(xiàn)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(nèi)穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)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(dǎo)致致病菌持續(xù)存在并加劇炎癥口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

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(zhì)形成基因啟動子高甲基化，抑制細胞外基質(zhì)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(fù)口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

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(jié)果表明，牙周感染情況下，HDAC1、5、8、9的mRNA和蛋白水平上調(diào)口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。有體外實驗顯示，經(jīng)脂多糖處理的口腔上皮細胞中乙酰化轉(zhuǎn)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(fā)生乙酰化修飾口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

研究證實，P.gingivalis能夠誘導(dǎo)組蛋白發(fā)生乙酰化修飾，這種表觀遺傳修飾在牙周炎發(fā)展中發(fā)揮重要作用口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。最近研究顯示，HDAC抑制劑能夠顯著降低腫瘤壞死因子TNF-!和P.gingivalis誘導(dǎo)的多種炎癥介質(zhì)產(chǎn)生，選擇性抑制的結(jié)果提示HDAC3在牙齦成纖維細胞的炎癥活化中起關(guān)鍵作用，但不影響P.gingivalis的內(nèi)化和在細胞內(nèi)的存活，MAPK和NFкB信號通路并不受廣譜或特異性HDAC抑制劑的影響口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。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的表達口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

上述研究表明，P.gingivalis能夠誘導(dǎo)組蛋白發(fā)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(guān)系口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。此外，有研究提出在無感染的情況下，細胞因子也可上調(diào)HDAC1的表達，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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。齒垢密螺旋體（Treponema denticola，T.denticola）具有多種毒力因素，但致病機制尚不完全清楚口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

有研究發(fā)現(xiàn)，T.denticola牙本質(zhì)蛋白酶能夠誘導(dǎo)牙周膜細胞基質(zhì)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(dǎo)的MMP-2表達和活化顯著降低；若采用組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶、組蛋白去甲基轉(zhuǎn)移酶的抑制劑處理，MMP-2表達和活化增強；若采用DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyl transferases，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(dǎo)細胞外基質(zhì)和牙槽骨破壞口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

該結(jié)果提示，T.denticola介導(dǎo)牙周膜細胞染色質(zhì)修飾酶表達并可能通過組蛋白去乙酰化機制誘導(dǎo)MMP-2的表達和活化，加速破壞牙槽骨和細胞外基質(zhì)，該過程可以在抑制劑的作用下發(fā)生一定程度的逆轉(zhuǎn)口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。上述研究是治療牙周疾病的新型靶向療法的有利嘗試口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

1.3白念珠菌

白念珠菌（Candida albicans，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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

研究表明，C.albicans胞壁成分"-葡聚糖能夠通過PI3K/Akt/mTOR等通路觸發(fā)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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

1.4幽門螺桿菌

幽門螺桿菌（Helicobacter pylori，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(fā)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(fā)生發(fā)展中起重要作用口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。自Krajden等檢測出牙菌斑和唾液中的H.pylori，關(guān)于其是否定植口腔并影響胃腸疾病發(fā)生發(fā)展的問題，存在不同的觀點口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

有研究證明，口腔H.pylori與胃部H.pylori存在正相關(guān)性，為口腔H.pylori與胃部感染的相關(guān)性提供證據(jù)口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。H.pylori影響胃癌發(fā)生發(fā)展過程的分子基礎(chǔ)是正常組織中基因的表觀遺傳學(xué)改變的形成和積累口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。有研究分析胃癌組織的遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)改變，發(fā)現(xiàn)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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

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(fā)現(xiàn)H.pylori在蒙古沙鼠體內(nèi)誘發(fā)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(yīng)誘發(fā)異常DNA甲基化口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。然而，雖然H.pylori感染的沙鼠體內(nèi)DNA甲基化水平升高并伴有炎癥反應(yīng)基因IL1b、NOS2和TNF表達上調(diào)，但是高濃度酒精或飽和氯化鈉誘導(dǎo)的炎癥并不能誘發(fā)異常DNA甲基化，可能是不同的炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)不同的表觀遺傳學(xué)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口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

有研究表明，H.pylori誘導(dǎo)巨噬細胞產(chǎn)生一氧化氮（NO），NO能夠誘導(dǎo)胃上皮細胞抑癌基因RUNX3甲基化，抑制抑癌基因RUNX3轉(zhuǎn)錄，此外，研究還發(fā)現(xiàn)脂多糖有相似的作用口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。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(fā)抑癌基因啟動子DNA甲基化，促進胃癌的發(fā)生發(fā)展口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

2.臨床應(yīng)用

隨著表觀遺傳學(xué)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(xué)預(yù)防或治療疾病口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。Kirkpatrick等研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)伴放線聚集桿菌脂多糖（Aa-LPS）處理的動物出現(xiàn)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(dǎo)的H3K4去甲基作用在體外抑制KDM4B活性并減弱Aa-LPS誘導(dǎo)的炎性細胞因子反應(yīng)，此外，ML324對KDM4B的抑制能夠顯著減少破骨祖細胞產(chǎn)生破骨細胞的量口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

BET蛋白調(diào)節(jié)乙酰化依賴性染色質(zhì)復(fù)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(yīng)并減少實驗性牙周炎造成的骨喪失口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。Maksylewicz等的研究表明，BET抑制劑IBET151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(dǎo)的炎癥和骨喪失而不影響細胞活性口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

上述研究表明，表觀遺傳調(diào)控因子參與調(diào)控口腔微生物引起的宿主免疫反應(yīng)，可以作為治療牙周炎的潛在藥物靶標，表觀遺傳調(diào)控因子的抑制劑能夠減弱宿主免疫反應(yīng)和炎癥引起的組織破壞，為炎癥相關(guān)全身疾病的治療提供新的切入點口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

3.結(jié)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(xiàn)象均可受到表觀遺傳學(xué)調(diào)控口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。不同種微生物對宿主的表觀遺傳調(diào)控側(cè)重體現(xiàn)在不同的病理過程口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。目前，多數(shù)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(yīng)、免疫抑制、組織破壞等過程的相關(guān)性，以及相應(yīng)修飾酶在病理過程中發(fā)揮的作用口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

常見的微生物對宿主的表觀遺傳調(diào)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(yīng)的表觀遺傳修飾抑制劑能夠作為治療藥物一定程度逆轉(zhuǎn)該調(diào)控口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。認識到微生物與宿主的表觀遺傳調(diào)控具有相關(guān)性是至關(guān)重要的，有利于開辟臨床治療思路口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。然而，表觀遺傳調(diào)控的發(fā)生及調(diào)節(jié)機制還有待進一步研究口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。

明確微生物對宿主的表觀遺傳調(diào)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(guān)疾病防治提供新的策略口腔招聘網(wǎng) kqzp.cn。