白色念珠菌与口腔常见致病菌交互作用的研究进展

2020-7-20 17:07  来源:华西口腔医学杂志
作者:邓凌 薛晶 蒋丽 邹玲 李伟 阅读量:4995

    口腔生态系是机体生态系中重要的空间层次,是机体微生物定植的重要生态环境之一,也是口腔微生物定植生存的区域环境。人类口腔中存在的500多种细菌和200多种真菌负责调控口腔疾病和健康状态的相互转化。当这一复杂的生态系统的平衡受到干扰,种群的变化使致病物种过多,最终导致常见的口腔疾病如龋病、牙周病、义齿性口炎等的发生、发展。越来越多的微生物组研究使人们能够更好地理解拮抗和协同的微生物相互作用是如何影响疾病结果的。

    白色念珠菌是人类口腔、呼吸道、阴道黏膜常见共生菌。在健康口腔环境中白色念珠菌具有明显影响口腔细菌生态系与宿主之间平衡的潜力,从而导致口腔疾病的发生、发展。当宿主的免疫力降低、上皮结构受损、定植微生物群异常时白色念珠菌就会成为机会性病原体引起相应疾病。白色念珠菌能在孢子态和菌丝态之间相互转化,菌丝态白色念珠菌具有较高致病力。

    越来越多的研究表明,白色念珠菌可与细菌(如大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、变异链球菌等)在不同水平产生相互作用,且这种共生状态增强了真菌和细菌的毒性,最终导致疾病严重程度增加或宿主死亡率增高。目前的研究表明,白色念珠菌与儿童龋、根龋、牙周炎、根管感染、软组织感染、面部间隙感染等口腔疾病的发生密切相关。本文就白色念珠菌与口腔常见致病菌交互作用的研究进展作一综述,以期为口腔微生物相关临床疾病的防治提供新思路。

    1.白色念珠菌与链球菌属的相关性研究

    1.1 白色念珠菌与变异链球菌的相关性研究

    变异链球菌作为龈上菌斑优势菌,是目前公认与龋病关系最密切的口腔细菌。在儿童早期釉质龋病损中可以同时检测到大量白色念珠菌和变异链球菌。Falsetta等发现,白色念珠菌与变异链球菌在体外和体内共同培养会明显增加生物膜量,且白色念珠菌可明显提高变异链球菌胞外多糖的产量并诱导gtfB、fabM等毒力基因的表达;通过激光共聚焦显微镜显示的三维立体影像,变异链球菌菌落被白色念珠菌包围并镶嵌在厚实密集的胞外基质中,这可能因为白色念珠菌细胞壁表面的甘露聚糖、葡聚糖可为变异链球菌表面的GtfB提供附着部位从而利于胞外基质的形成;啮齿类动物模型研究结果也显示同时感染白色念珠菌与变异链球菌的小鼠相对于单一感染白色念珠菌或变异链球菌的小鼠而言,其龋病的发病速度及严重程度明显增加。

    Sztajer等研究也证实,白色念珠菌与变异链球菌双菌种形成的生物膜量、活菌量明显高于单菌种;同时双菌种生物膜中的密度感应信号基因片段comS编码的信号肽sigX表现为高表达状态。Hwang等用单分子原子力显微镜检测发现白色念珠菌与变异链球菌GtfB之间存在较大的作用力。以往的大量研究都已表明变异链球菌产生的葡聚糖在白色念珠菌存在条件下对促进生物膜形成和增加致龋力有明显的促进,但对非葡聚糖因子在相同条件下的作用则研究较少。

    Yang等研究发现变异链球菌抗体Ⅰ/Ⅱ在与白色念珠菌相互作用中发挥了重要作用,可在果蝇体内显著促进白色念珠菌的数量和产酸量;且这种促进作用不依赖于白色念珠菌表面受体Als1和Als3;这也为研究变异链球菌黏附于白色念珠菌表面相关机制提供了全新视角。以上研究均表明白色念珠菌与变异链球菌之间存在明显的协同共生效应,这种跨越生物界的相互作用对龋病的发生具有重要影响。但也有研究提出了相反的观点。如Willems等发现白色念珠菌可有效抑制变异链球菌产酸引起的pH值降低,使牙体硬组织的脱矿过程明显延缓甚至停止,这意味着白色念珠菌可以阻止龋病的发生。

    Barbosa等发现虽然变异链球菌能显著促进白色念珠菌的生物膜形成,但其培养滤液却明显抑制白色念珠菌的菌量及菌丝态的形成,说明变异链球菌可以分泌某些物质调控白色念珠菌的形态并降低其致病性。

    1.2 白色念珠菌与戈登链球菌的相关性研究

    戈登链球菌能增强白色念珠菌的生存和抗性,对白色念珠菌感染进程有促进作用。Dutton等用高通量测序技术发现白色念珠菌负责蛋白调节、细胞循环等相关的75个基因在戈登链球菌的作用下表现为上调,其中菌丝态相关基因TEC1、FGR42和黏附基因ALs1表达明显上调;而白色念珠菌作用下戈登链球菌的转录反应活力明显降低,只有8个基因(glpK、rplO、celB、rplN、rplB、rpsE、ciaR和gat)表现为上调。以上结果提示戈登链球菌信号分子可导致白色念珠菌转变为更具致病性的菌丝态,而戈登链球菌转录过程受白色念珠菌影响则较小。

    Ma等用原子力显微镜测定戈登链球菌细菌素作用下白色念珠菌的黏附力和杨氏模量,发现二者都明显降低,而黏附是白色念珠菌在口腔定植的早期步骤,说明戈登链球菌细菌素可有效降低白色念珠菌的致病力,可作为预防和治疗相关疾病的有效药物。

    Jesionowski等采用全基因组芯片分析和定量聚合酶链反应的方法研究戈登链球菌在白色念珠菌存在的条件下,在口腔表面定植、生物膜形成所涉及的分子机制,发现当白色念珠菌呈菌丝态时涉及代谢功能的即编码转录调控因子果糖-1-磷酸激酶、果糖-特异性通透酶的基因ruR、fruB和fruA均一致性上调;格式链球菌缺陷株(ΔruR、ΔfruB和ΔfruA)与白色念珠菌共同形成的生物膜量明显减少,而回复缺失基因则会使表型明显逆转;这说明ruR、fruB和fruA在白色念珠菌和戈登链球菌双菌种生物膜形成过程中发挥了重要作用。

    同时Bamford等研究发现戈登链球菌能通过释放群体感应信号分子法尼醇抑制白色念珠菌菌丝态形成和生物膜形成;白色念珠菌和戈登链球菌共同培养会激活有丝分裂原活化蛋白激酶Cek1p、增强Hog1p活性和抑制Mkc1p活性,这些变化涉及白色念珠菌与戈登链球菌之间黏附、扩散信号的传递,从而明显影响生物膜的形成。以上结果均表明戈登链球菌可能在调节口腔白色念珠菌运输和感染过程中发挥重要作用。

    1.3 白色念珠菌与口腔链球菌的相关性研究

    口腔链球菌是牙菌斑形成的先锋菌和优势菌,在维持牙周生态平衡与健康中起重要作用。Xu等发现口腔链球菌可通过增强宿主的免疫反应增强白色念珠菌致病性,其机制是通过调节TLR2信号通路使促炎因子转录和嗜中性粒细胞浸润显著减少。该学者的另一项研究发现白色念珠菌和口腔链球菌共培养可协同增加μ-钙蛋白酶的分泌量,而μ-钙蛋白酶作为蛋白水解酶可以有效降解上皮钙黏蛋白引起上皮结构受损,从而促进白色念珠菌入侵组织内。

    Cavalcanti等用共聚焦显微镜结合荧光原位杂交技术观察口腔链球菌、溶齿放线菌与白色念珠菌在唾液覆盖的树脂片上形成的1.5 h和24 h生物膜,结果显示3种微生物存在显著的协同共生关系;口腔链球菌可明显促进白色念珠菌菌丝态的形成,同时白色念珠菌也明显增加了口腔链球菌、溶齿放线菌的数量。

    2.白色念珠菌与放线菌属的相关性研究

    口腔放线菌是口腔固有菌群的主要成员,在根部牙骨质表面的菌斑中数量最多。同时,根面龋中黏性放线菌和内氏放线菌的数目也增加。Guo等研究发现内氏放线菌、黏性放线菌和溶齿放线菌的悬浊液、培养基上清、细胞裂解液均对白色念珠菌的增殖、黏附、菌丝形成、代谢酶活性有明显抑制效应;认为放线菌属会产生抗真菌性物质尼可霉素和格尔德霉素,因此放线菌属和白色念珠菌之间是对抗效应。

    但笔者所在研究团队用白色念珠菌与黏性放线菌共同培养,发现白色念珠菌能有效促进黏性放线菌的增殖、生物膜形成、耐酸、产糖等与致龋性相关的毒力因子;并确定了在白色念珠菌对黏性放线菌作用中麦角甾醇合成通路ERG11基因具有了重要作用,且应用三唑类抗真菌药物伏立康唑抑制白色念珠菌生长的同时也明显降低了黏性放线菌的数量。这提示将抗真菌药物重新定位为抗细菌药物是治疗细菌-真菌共感染疾病的有效策略。

    Cavalcanti等用荧光原位杂交技术结合共聚焦显微镜观察溶齿放线菌、口腔链球菌与白色念珠菌共同培养形成的生物膜,发现3种菌可以形成密集紧实的生物膜,溶齿放线菌和口腔链球菌多位于生物膜基底部,而白色念珠菌更倾向占据生物膜上层;但在缺乏口腔链球菌的培养条件下,溶齿放线菌是可通过绑定在白色念珠菌的表面进入生物膜上层结构的。这表明三者形成的跨界生物膜中存在着复杂的代谢活动,决定着生物膜的空间结构并且能显著增强白色念珠菌在口腔环境中的定植。

    3.白色念珠菌与乳杆菌属的相关性研究

    乳杆菌不是龋病发生的初始致龋菌,但参与了龋病的发展,尤其是在牙本质龋的发生过程中。Rybalchenko等研究显示发酵乳杆菌作为口腔益生菌可以通过改变白色念珠菌和表皮葡萄球菌的形态抑制其生长和生物膜形成;透射电镜显示白色念珠菌和表皮葡萄球菌的细胞壁和细胞浆结构明显受损。对这种现象的充分认识有利于设计和合成新的抗菌药物和益生菌。

    Matsubara等研究发现鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌的悬浮液能有效减少白色念珠菌早期生物膜量,但对成熟期白色念珠菌生物膜无明显抑制效应;同时激光共聚焦显微镜还显示3种乳杆菌呈负向影响白色念珠菌从孢子相向菌丝相转变;推测乳杆菌与白色念珠菌作用的过程中可能分泌了一种称为代谢物提取物的物质抑制白色念珠菌致病表型的表达。

    Jiang等认为乳杆菌对维持口腔健康有重要意义,用鼠李糖乳杆菌与口腔常见致病菌变异链球菌、血链球菌、放线共生放线杆菌、丝状核杆菌、白色念珠菌相互作用,发现鼠李糖乳杆菌能成功进入这些致病菌形成的生物膜中,并有效降低血链球菌、白色念珠菌数量及抑制丝状核杆菌生物膜形成,但对变异链球菌的抑制能力则不明显;同时还发现白色念珠菌能促进乳杆菌生长。

    4.白色念珠菌与铜绿假单胞菌的相关性研究

    铜绿假单胞菌是颌面部肿瘤患者术后伤口感染的常见致病菌。白色念珠菌和铜绿假单胞菌通过群体感应信号系统共享致病毒力导致宿主疾病,超过25%的医源性感染患者中可同时分离出这两种微生物。Ovchinnikova等研究发现,铜绿假单胞菌更倾向黏附在菌丝态的白色念珠菌,位于白色念珠菌表面的甘露糖蛋白和铜绿假单胞菌表面的几丁质在黏附过程中发挥了重要作用;并且黏附有利于在营养缺乏的条件下铜绿假单胞菌从白色念珠菌获取营养。

    Morales等研究发现,铜绿假单胞菌通过分泌吩嗪类物质(绿脓菌素、吩嗪硫酸甲脂)抑制白色念珠菌菌丝态形成、黏附、生物膜形成;吩嗪会损害在非发酵碳源环境中白色念珠菌生长并在葡萄糖培养条件下使发酵产物(乙醇、甘油、乙酸酯)增加;这表明吩嗪可特异性地抑制白色念珠菌的呼吸链。该结果提示在疾病背景下可能的新型抗真菌生物膜的策略。

    Reen等发现抗革兰阴性菌铜绿假单胞菌的烷基羟基喹诺酮药物具有非细胞毒性的抑制白色念珠菌生物膜形成的作用;这为探寻细菌—真菌相互作用的临床意义提供了新的见解,可以将喹诺酮信号的功能模块化用于治疗真菌感染性疾病。Lindsay等发现铜绿假单胞菌可分泌溶血磷脂酶、苯肼等酶和小分子物质降解白色念珠菌细胞壁的磷脂,从而改变白色念珠菌形态抑制菌丝态形成;并且代谢抑制程度和形态抑制程度是密切相关的,铜绿假单胞菌群体感应信号分子3OC12HSL可通过以腺苷酸酶为靶点的通路抑制白色念珠菌的出芽和促进菌丝态向孢子态转换。这提示对多菌种生物膜的调控机制是有别于单菌种生物膜的。

    5.白色念珠菌与伴放线放线杆菌聚集杆菌的相关性研究

    伴放线放线杆菌聚集杆菌在局限性青少年牙周炎病灶有较高的检出率和检出量。Bachtiar等研究由LuxS编码的自体诱导分子(autoinducer,AI)-2在白色念珠菌与伴放线放线杆菌聚集杆菌相互影响过程中的作用,发现伴放线放线杆菌聚集杆菌可黏附到白色念珠菌表面,但通过分泌AI-2抑制白色念珠菌生物膜的形成和菌丝态形成;而白色念珠菌同伴放线放线杆菌聚集杆菌LuxS缺陷株共培养时则能显著增加生物膜的形成。此结果提示该信号分子可能代表了一种迄今未被识别的正常菌群抗白色念珠菌感染的机制。

    Brusca等研究发现,口服避孕药可明显增加患牙周病的风险,同时伴随着白色念珠菌和伴放线放线杆菌聚集杆菌的高检出率;这说明二者在面对机体环境发生变化时表现为协同共生,毒力明显增强,从而导致牙周组织的破坏。该结果为了解复杂的口腔微生物群落中的平衡提供重要的信息。

    6.白色念珠菌与粪肠球菌的相关性研究

    粪肠球菌是继发性、顽固性根管系统感染的主要致病菌。白色念珠菌和粪肠球菌作为常见的医源性感染致病菌,常常共存于胃肠道和口腔的微生态系中。Cruz等用白色念珠菌和粪肠球菌共同作用在秀丽新小杆线虫,发现二者呈负向影响彼此的毒力;粪肠球菌能够明显抑制白色念珠菌菌丝态的形成;而白色念珠菌则是通过Fsr密度感应系统中的基因Fsr、GelE和SerE调控对应的两种蛋白酶抑制粪肠球菌的毒性。

    Graham等研究亦证实了上述结果,研究者用白色念珠菌和粪肠球菌共同感染线虫,再将粪肠球菌分泌的小蛋白分子粪肠球菌细菌素EntV作用于感染的线虫,发现线虫的死亡率明显降低;EntV通过抑制白色念珠菌生物膜和菌丝形态的形成来降低上皮细胞损伤和炎症反应,其作用机制是通过降低真菌毒性而不是降低数量。这种白色念珠菌和粪肠球菌之间的相互拮抗效应,将影响制定临床治疗策略和对与人类疾病相关的跨界微生物相互作用的理解。

    7.白色念珠菌与金黄色葡萄球菌的相关性研究

    金黄色葡萄球菌是口腔颌面部多间隙感染的主要病原菌。尽管金黄色葡萄球菌和白色念珠菌可独立引起一些疾病,但两者常常作为一个共生体定植于组织、生物材料或医疗器械表面,引起包括口腔颌面义齿性口炎、囊性纤维化、尿路感染、腹部感染等疾病。Fehrmann等发现在系统性感染疾病中,金黄色葡萄球菌和白色念珠菌可帮助对方逃逸吞噬细胞的防御机制;白色念珠菌可分泌蛋白酶降解免疫球蛋白G的Fc段以降低人多形核白细胞对金黄色葡萄球菌的防御杀伤;同时白色念珠菌可分泌凝固酶和胞外纤维蛋白结合蛋白保护白色念珠菌逃避吞噬细胞的防御监控。

    Krause等研究显示,由白色念珠菌分泌的前列腺素E2有效促进金黄色葡萄球菌的增殖和生物膜形成,这说明前列腺素E2可作为一个重要分子调控金黄色葡萄球菌的生长和生物膜形成。de Carvalho Dias等将白色念珠菌与金黄色葡萄球菌共同培养36 h生物膜中的可溶性因子作用于角质细胞和巨噬细胞,结果显示白色念珠菌与金黄色葡萄球菌共同培养基中可溶性因子的细胞毒性与白色念珠菌培养基相同,但明显高于金黄色葡萄球菌培养基;并且两者共同培养基中可溶性因子可诱导巨噬细胞产生更多的白细胞介素6、一氧化氮和肿瘤坏死因子α。这说明存在于白色念珠菌与金黄色葡萄球菌共同培养基中的可溶性因子可明显促进细胞死亡和免疫反应。

    Fox等将大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌与18 144株白色念珠菌缺陷株共同培养,结果只有295株形成菌丝;在只有金黄色葡萄球菌存在的条件下,CDR4呈现明显高表达。这为研究金黄色葡萄球菌调控白色念珠菌形态的信号通路提供了重要基础。

    8.展望

    尽管真菌学和细菌学领域传统上是相互独立的,但真菌和细菌不仅共存,而且还相互作用于口腔、皮肤、阴道等小生境。相互作用的细菌和真菌可以对微生物的行为、传播、生存、对抗生素的反应以及最终的患者预后产生影响。以上相关的研究也表明,白色念珠菌与口腔常见致病菌的相互作用取决于定植环境、物理接触、化学信号传递等。掌握这些特殊的相互作用是如何相互影响的将有助于更好地理解在白色念珠菌参与下口腔感染性疾病的发生、发展和疾病本质。未来的研究应该集中在临床研究和设计动物模型系统来研究在体内生长的多微生物生物膜,目的是开发新的治疗策略,通过有针对性的行动来预防和治疗口腔感染性疾病。

编辑: 陆美凤

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