变形链球菌在牙菌斑生物膜定植粘附能力的研究

变形链球菌在牙菌斑生物膜定植粘附能力的研究

胡丹阳 张妍妍 

联勤保障部队大连疗养院小平岛疗养区十科 116023

[摘要] 龋病是多因素作用下的由口腔常在菌引起的细菌感染性疾病。龋病特点为发病率高，分布广，世界卫生组织已将其与肿瘤、心血管疾病并列为人类三大重点防治疾病。变形链球菌（Streptococcus mutans, S. mutans）是目前公认的与龋病密切相关的主要致病菌，它的一个重要致龋力就是能在牙体表面形成生物被膜即牙菌斑生物膜 (dental plaque biofilm)，并进行产酸代谢活动。本文对变形链球菌在牙菌斑生物膜上定植粘附能力的研究进行综述。

关键词：变形链球菌；口腔；牙菌斑生物膜；定植粘附

Study on the colonization and adhesion ability of Streptococcus mutans in oral biofilm

[Abstract] Caries is a bacterial infectious disease caused by oral bacteria under the effect of multiple factors. Caries is characterized by high incidence and wide distribution, and the World Health Organization has listed it as one of the three priority diseases for human beings along with tumor and cardiovascular diseases. Streptococcus mutans (S. mutans) is currently recognized as the main causative agent closely related to caries, and one of its important cariogenic power is that it can form dental plaque biofilm on the tooth surface and carry out acid-producing metabolic activities. In this paper, we review the study of the ability of Streptococcus pyogenes to colonize and adhere to dental plaque biofilm.

[Key words] Streptococcus mutans;  Oral cavity; Dental plaque biofilm;  Colonial adhesion

在18世纪，人们证明微生物不仅以单细胞形式存在，而且还能够形成悬浮在粘液性细胞外物质中的簇[1-2]。某些微生物物种的致病性，如突变链球菌、表皮葡萄球菌、嗜肺军团菌或铜绿假单胞菌，与其在固体表面（例如组织、导管或植入物）上形成生物膜的能力密不可分。该特征允许微生物形成三维结构，其中细胞通过细菌间相互作用和保护整个结构的外多糖基质的存在发生变化而对抗生素和环境条件的变化变得更加耐药[3-6]。

龋病特点为发病率高，分布广，世界卫生组织已将其与肿瘤、心血管疾病并列为人类三大重点防治疾病。龋病发病因素当中，细菌感染起着决定性作用，被认为是一种慢性细菌性疾病。变形链球菌是目前公认的与龋病密切相关的主要致病菌，它的一个重要的致龋力就是能在牙体表面形成生物被膜即牙菌斑生物膜 (dental plaque biofilm)。牙菌斑生物膜是龋病发生所依赖的微环境，是龋病的始动因子[7]。致龋菌在口腔生物膜内形成牙菌斑，进行产酸代谢活动，影响口腔微环境稳态，是导致龋病发生的直接原因。生物膜的形成可分成3个阶段：获得性膜的形成，细菌的粘附和定植，生物膜的成熟。变形链球菌黏附于牙齿表面以及牙菌斑的形成对龋病的发展有重要意义，它的存在与龋病发病密切相关。变形链球菌的存在与龋病发病密切相关[8-12]。

微生物致病性

微生物附着在实体表面形成生物膜系普遍发生在自然界和工程系统的现象，也是各种形态微生物淤积的原因。牙菌斑是口腔环境中的生物膜形式，和其他生物膜一样，发生在物体上及环境中。在关于生物膜结构的研究中[13]，链球菌致病性的决定因素与发现类似于在细菌表面观察到的毛囊的长丝状结构有关。这些结构表现出粘附特性，并且在粘附于宿主细胞和组织以及链球菌属病原体形成生物膜方面可能起关键作用。有研究表明，变形链球菌分离株比其他链球菌属的分离物具有更大的形成生物膜的能力，链球菌物种在人类口腔环境中定植[14]

。研究的重点是形成生物膜的变形链球菌细胞，并证明与浮游培养物相比，它们表现出某些蛋白质的不同表达。

生物膜形成

最常见的口腔传染病是由牙齿和牙龈表面的微生物形成的，生物膜起重要致病作用的是龋齿。上述疾病的主要病因之一是变形链球菌。存在于口腔中的生物膜是三维结构，由锚定在固体表面（如牙釉质，牙根或牙种植体）的细菌菌株组成。它们嵌入外多糖基质中[15-16]。到目前为止，已经鉴定出超过700种不同的细菌物种掺入生物膜[17]。外多糖基质的结构和组成由口腔中存在的条件决定，并随时间而变化。细胞外多糖（EPS）也会影响生物膜的物理和生化性质[18]。

在生物膜形成过程中，唾液凝集素发挥与表面细菌粘附素同样重要的作用。这已经在体外得到证实。有研究证明，变形链球菌粘附和生物膜形成的初始阶段可能受到唾液凝集素和其他唾液蛋白（例如，高分子量粘蛋白或富含酸性脯氨酸的蛋白质）的刺激。在特定条件下，变形链球菌的表达和口腔中生物膜的形成可以通过两种方式进行调节，即通过细菌生长的环境以及通过其他微生物的存在和它们之间的相互作用[19]。

饮食是影响生物膜形成过程的另一个因素。龋齿的发生与饮食密切相关。膳食致癌性不仅受到碳水化合物含量的影响，还受到其消费频率的影响。特定的碳水化合物在引起龋齿的能力上有所不同。蔗糖绝对是最具致癌性的碳水化合物[20]。它构成了变形链球菌代谢的主要中心。这些细菌不仅表现出分解这种碳水化合物的能力，而且还会产生葡聚糖，其在牙釉质和致龋细菌之间的相互作用中具有显着性。

变形链球菌在口腔生物膜定植粘附能力

变形链球菌在口腔中生存，是引起龋齿（蛀牙或蛀牙）的主要病原体，尤其是在开始和发育阶段。牙菌斑（通常是蛀牙的先兆）包含600多种不同的微生物，这为口腔的整体动态环境做出了贡献。牙菌斑附着在牙齿上，由细菌细胞组成，而牙菌斑是牙齿表面的生物膜。当变形链球菌在生物膜中生长时，细胞保持了涉及生产和排毒的新陈代谢的平衡。生物膜是其中细胞彼此粘附或粘附于表面的微生物的集合体。生物膜群落中的细菌实际上可以产生各种有毒化合物，从而干扰其他竞争细菌的生长[21-22]。随着时间的推移，变形链球菌已开发出成功地在口腔中定植并维持显性存在的策略。口腔生物膜不断受到环境条件变化的挑战。响应于这些变化，细菌群落随着个体成员及其特定功能而进化，以在口腔中生存。变形链球菌已经能够从限制营养的条件演变为在极端条件下保护自己。

预防和治疗

良好的口腔卫生习惯，包括每天刷牙，使用牙线和使用适当的漱口水，可以大量减少变形链球菌等口腔细菌的数量，并抑制其繁殖。变形链球菌通常生活在牙菌斑中，因此机械清除牙菌斑是摆脱牙菌斑的有效方法。减少牙菌斑，降低龋齿风险的最佳牙刷技术是改良的Bass技术。每天刷两次可以帮助减少龋齿的风险。然而，结合机械清洁，在治疗口腔细菌感染中有一些补救措施。这些包括氟化物，对烯醇酶和洗必泰具有直接的抑制作用，其可能通过干扰细菌的粘附而起作用[23]。此外，氟离子可能对细菌细胞的代谢有害。氟化物直接抑制糖酵解酶和H + ATPase。氟离子也降低了细胞质的pH。这意味着在细菌糖酵解过程中会产生较少的酸。因此，氟化物漱口水、牙膏、凝胶和清漆可以帮助减少龋齿的患病率。然而，对含氟清漆对儿童口腔环境中变形链球菌水平影响的调查结果表明，龋齿的减少无法通过唾液或口腔中变形链球菌水平的下降来解释。氟化物清漆有或没有先验牙齿卫生的治疗对变形链球菌的菌斑和唾液水平没有显着影响。变形链球菌在其细胞壁上分泌葡萄糖基转移酶，使细菌能够从蔗糖中产生多糖。这些粘性多糖负责细菌相互聚集并粘附在牙釉质上的能力，即形成生物膜。使用抗细胞相关的葡萄糖基转移酶（Anti-CA-gtf）免疫球蛋白Y会破坏变形链球菌粘附在牙釉质上的能力，从而阻止其繁殖。研究表明，抗CA-gtf IgY能够有效，特异性地抑制口腔中的变形链球菌[24]。

其他常见的预防措施集中在减少糖的摄入上。一种完成的方法是用糖替代品，例如木糖醇或赤藓糖醇，它们不能被代谢成通常增强变形链球菌生长的糖。木糖醇分子（一种5碳糖）通过在糖酵解过程中形成有毒的中间体来破坏变形链球菌的能量产生。各种其它自然疗法已被建议或研究的程度，包括 deglycyrrhizinated甘草根提取物、茶树油、肉豆蔻木酚素（在发现肉豆蔻）的类姜黄素（姜黄的主要成分）、和丁子香酚（存在于月桂叶、肉桂叶和丁香中）。另外，已经测试了各种茶对变形链球菌的活性和其他牙科益处。但是，这些疗法均未经过临床试验或主流牙齿健康团体推荐用于治疗变形链球菌[25]。

向牙科复合物中添加生物活性玻璃珠可减少变形链球菌渗入牙齿与复合物之间的边缘间隙。它们具有抗菌性能，可减少细菌渗透。这降低了继发龋齿发展的风险，继发龋齿是造成牙齿修复失败的常见原因。这意味着复合修复体的寿命和功效可能会得到改善[2

6]。

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