纳米细菌与感染和相关钙化性疾病研究进展

马宏亮，杨 彬，张雁钢，赵国江，郭 强，王靖宇

(山西医科大学附属山西大医院泌尿外科,太原 030032;*通讯作者,E-mail:13015404637@163.com)

纳米细菌与感染和相关钙化性疾病研究进展

马宏亮，杨 彬，张雁钢，赵国江，郭 强，王靖宇*

(山西医科大学附属山西大医院泌尿外科,太原 030032;*通讯作者,E-mail:13015404637@163.com)

纳米细菌; 磷酸钙沉积; 感染

1985年芬兰科学家Kajander等[1]发现了一种可以自我复制矿化且直径只有50-800 nm的微生物,包括了一类革兰氏染色阴性、基因序列是16S rRNA的颗粒性物质,称为纳米细菌(nanobacteria,NB)。NB的最大特点是在生理性钙磷浓度中生成磷灰石碳酸盐结晶,形成牢固的钙化外包裹,引起细胞的空泡样变性、坏死及组织炎症反应[2]。其特征决定了与一些疾病具有相关性,尤其与感染和病理性钙化性疾病密切相关。目前研究发现许多疾病发生发展过程中均有磷酸钙沉积现象,如泌尿系结石、Ⅲ型前列腺炎、间质性膀胱炎、动脉粥样硬化和胎盘钙化等,但形成机制尚不确定。本文旨对纳米细菌与感染和钙化性疾病的研究进展做一综述。

1 纳米细菌的生物学特性

近年来研究发现NB与结石、炎症、动脉硬化、胎盘钙化等多种疾病密切相关。因可从血液、尿液、唾液、关节积液及人体较多器官组织中分离培养出NB,故认为NB无组织特异性。NB在特定的培养基上生成碳灰石或磷灰石的生物矿化反应,即形成一种具有细胞毒作用的生物钙化被膜,之后处于一种类似休眠状态,能够在90 ℃高温和γ-射线辐射下生存[3]。NB可在没有宿主细胞的条件下实现自身复制功能。普通抗生素难以对其产生作用,机体免疫细胞不能识别,而被机体免疫系统误认为正常情况下形成的一种普通钙化灶[4]。只有在NB重新激活,生物毒性的被膜被分解,对临近细胞产生细胞毒性作用,机体免疫系统才开始识别并产生炎性反应。以上是NB能在人体组织中长期生存的主要原因。

2 纳米细菌与相关性疾病的关系

2.1 纳米细菌与泌尿系结石的关系

泌尿系结石是泌尿外科的高发疾病,影响结石形成因素与年龄、性别、种族、遗传、环境因素、饮食习惯和职业等有关。对泌尿系结石的成因,众多学者进行了大量的研究,提出肾钙斑、过饱和结晶、基质移植物缺乏、取向附生、免疫损伤等学说,试图解释泌尿系结石的生成机制[5],但至今尚无明确的定论。

Akerman等[6]证实NB对肾小管有细胞毒性作用。人体NB主要从泌尿及生殖通道随尿液排出。随着对泌尿系结石发病机制的深入研究,证实NB与肾结石的形成相关,其依据是:①NB的动物实验构建出肾脏结石动物模型,胡卫国等[7]创建纳米细菌肾脏结石模型,证明NB通过损伤肾小管上皮细胞,诱导大鼠肾小管内生成含钙结晶,从而参与生成肾脏结石;②对肾脏结石病人血液、尿液和结石成分进行NB分离培养,发现95%肾脏结石病人均可检测出NB,Khullar等[8]利用肾脏结石去矿化及尿液细菌培养证明纳米细菌的存在,进一步证明纳米细菌与肾脏结石生成存在关系;③NB是一种具有生物矿化作用的致病细菌,具有独特的生物矿化功能,能够在pH=7.4和生理性钙磷浓度下能生成坚固的矿化外壳包裹在纳米细菌四周[9];④NB的矿化颗粒由钙及磷构成,具有磷酸钙外壳,它可以聚集环境中的钙离子并形成矿化纳米颗粒;⑤NB具有独特的矿化能力,可作为活性中心,通过各种途径进入血液,依靠黏附血液中的钙、磷等离子以及自身的生物矿化作用形成矿化颗粒,进而形成结石。

2.2 纳米细菌与Ⅲ型前列腺炎的关系

已知的4型前列腺炎:I型、Ⅱ型病因明确,临床治疗效果显著;Ⅳ型前列腺炎无明显临床症状,临床治疗策略比较被动;Ⅲ型前列腺炎是最常见的类型,其病因及发病机制尚无统一定论,给临床治疗带来很大困难。

目前认为Ⅲ型前列腺炎与病原体感染、排尿异常、物理与化学刺激、精神心理、神经内分泌、免疫反应异常、氧化应激和盆腔相关疾病等因素有关[10],但各学说均不能解释该病的临床特点。临床上Ⅲ型前列腺炎患者中,炎症反应标志物阳性、钙化灶存在,但尿液和前列腺液检查大多正常,提示可能存在不被普通检查方法检测出来的感染因素。

由于NB引起组织炎症反应的特有生物学特性,且诸多学者在Ⅲ型前列腺炎中发现NB的存在,为Ⅲ型前列腺炎的病因学研究提供了新的思路。引起机体炎症反应的NB主要经泌尿系统排泄,尿液排出时尿道内压力升高致尿液返流逆行入前列腺导管和腺泡内[11],在这个过程中尿液中的NB易被随行转移[12],从而引起炎症的产生,这可能是引起Ⅲ型前列腺炎的重要原因。另外,前列腺导管细长、弯曲、入口直径小,且与尿流通道形成垂直关系或斜向上入尿道,尿液中病原体容易进入前列腺内,但不利于腺体炎性反应物排泄和分泌,因而NB可在前列腺内大量繁殖寄生,上述条件为NB在前列腺内感染和引起疾病提供了便利和场所。

国外学者Jones等[13]通过采集慢性前列腺炎病人血液,利用ELISA检测NB抗原,发现细菌阳性率明显高于非患病或前列腺增生病人。国内学者从Ⅲ型前列腺炎患者前列腺液中分离、培养出了NB[12,14],研究表明Ⅲ型前列腺炎与非前列腺炎患者尿液标本中NB阳性率分别为6%和3%。两项研究对难治性Ⅲ型前列腺炎合并前列腺结石的病人采用四环素抗炎治疗后,患者临床症状明显好转,同时前列腺结石体积缩小或者检测不到[14,15]。Ⅲ型前列腺炎患者的前列腺小管存在致病性钙化灶,阻塞导管引起前列腺内压升高,引起疼痛症状,该钙化灶可能与NB感染后发生的矿化作用有关。临床上针对NB引起的Ⅲ型前列腺炎治疗,许多抗生素无效,但四环素能缓解临床症状,这与四环素可以穿透NB的羟基磷灰石保护层有关。

2.3 纳米细菌与间质性膀胱炎的关系

间质性膀胱炎(interstitial cystitis,IC)是一类以盆底部位和/或会阴部间断性疼痛并伴有膀胱刺激征及储尿期痛为主要症状的病变,病理学特点是无因性的膀胱壁的慢性炎症和膀胱的慢性间质纤维化[16]。到目前为止,IC发病机制不清,容易发生误诊,且缺乏有效的治疗方案。

对IC患者尿液普通细菌培养无阳性发现,普通抗炎效果不明显,但对一些IC病人使用四环素类抗菌药物后临床症状得到明显缓解,提示该疾病存在病菌感染引发炎症反应[17]。张庆华等[18]通过采集IC病人活体组织、尿液,运用荧光免疫组化染色、电镜基因扩增及测序法进行观察研究,研究结果表明48.1%的IC患者膀胱组织中可分离、培养出NB,而正常人中只有1例检测出NB类似物,并对IC患者采用NB敏感抗生素四环素治疗,临床症状得到明显缓解,推断NB感染与间质性膀胱有着密不可分的关系。因此,对NB与IC关系的进一步研究,对明确诊断和治疗有积极作用。

2.4 纳米细菌与动脉粥样硬化的关系

动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是一种临床常见疾患,为心脑血管缺血性病变的重要致病原因[19]。到目前为止,AS的致病机制尚无明确的结论,炎症假说是当前的主要学说,但仍无法完全解释AS斑块中出现的钙化物质的现象。

近年来,王学军等[20]报告8%正常人血清中存在NB抗原。耿文茂等[21]通过单克隆抗体间接免疫荧光染色法进一步证实腹主动脉斑块中存在NB,考虑到纳米细菌的矿化及细胞毒性作用,认为NB可能参与动脉粥样斑块的形成。王佑权等[22]采用NB感染体外培养的人脐静脉内皮细胞(HUVEC),结果表明NB促进了内皮细胞中具有自身保护功能的超氧化物歧化酶(SOD)的分泌,NB可以损坏内皮细胞致动脉粥样硬化开始。Maniscalco等[23]使用依地酸钙钠(一个体外研究证实对NB有效的药物)和四环素联合治疗确诊的77名冠心病患者,对其进行血清抗原检测,其中44例抗原阳性患者冠状动脉钙化计分明显下降,而33名抗原阴性患者动脉钙化评分无明显改变,而19例心绞痛症状患者中16例症状缓解或者消失。

2.5 纳米细菌与其他疾病的关系

NB还与胎盘钙化、牙周炎和牙结石的发生、发展有密切关系。郭亚楠等[24]首次从钙化胎盘组织中分离培养鉴定出NB,表明其感染与胎盘钙化有关。刘胜男等[25]研究表明胎盘钙化与NB感染有关,脐带血适用于检测钙化胎盘的NB感染。张松梅等[26]研究证实了牙结石中存在纳米细菌,并且NB作为矿化中心参与牙结石形成。韩耀伦等[27]从牙周炎患者的唾液和牙结石中检出NB，证明其与牙周炎的形成相关。

3 总结

NB与泌尿系结石、Ⅲ型前列腺炎、IC、AS等相关疾病的发生、发展有着密不可分的关系,尽管目前尚无明确定论,但有足够的研究表明NB颗粒普遍存在于生物体中,需要更深入的研究进一步验证NB与上述疾病的相关联系,以及针对NB的特异性治疗。

[1] Kajander EO, Ciftcioglu N, Aho K,etal. Characteristics of nanobacteria and their possible role in stone formation[J]. Urol Res, 2003, 31(2):47-54.

[2] Cisar JO, Xu DQ, Thompson J,etal.An alternative interpretation of nanobacteria-induced biomineralization[J].Proc Natl Acad Sci USA,2000,97 (21):11511-11515.

[3] Tasian GE, Copelovitch L. Evaluation and medical management of kidney stones in children[J]. J UROLOGY, 2014, 192(5):1329.

[4] 张雷.纳米细菌对人胆囊结石形成的影响和机制探讨[D].中南大学,2007.

[5] 雷鸣.部分上尿路结石患者成石相关性代谢异常检查的应用和意义[D].广州:南方医科大学,2010.

[6] Akerman KK, Kuikka JT, Ciftcioglu N,etal. Radiolabeling and in vivo distribution of nanobacteria in rabbits[J]. Proc SPIE-Int Soc Optical Engineering, 1997, 13:436-442.

[7] 胡卫国,王晓峰,徐涛,等.纳米细菌大鼠肾结石模型初步建立及成石因素分析[J].北京大学学报(医学版),2010,42(4):433-435.

[8] Khullar M, Sharma SK, Singh SK,etal. Morphological and immunological characteristics of nanobacteria from human renal stones of a north Indian population[J]. Urol Res, 2004, 32(3):190-195.

[9] 冯彬.上尿路结石不同层面的成分分析及其成因研究[D].银川:宁夏医科大学,2012.

[10] 屠凌岚,郑高利.慢性非细菌性前列腺炎机制及药物治疗研究进展[J].浙江实用医学,2010,15(1):76-78.

[11] Tae-Hyoung K, Ryoun KH, Soon-Chul M. Detection of nanobacteria in patients with chronic prostatitis and vaginitis by reverse transcriptase polymerase chain reaction[J]. Kor J Urol, 2011, 52(3):194-199.

[12] 明爱民,张新际,郭君毅,等.纳米细菌感染致SD大鼠前列腺结石的实验研究[J].中华泌尿外科杂志,2011,32(2):122-125.

[13] Jones JA,Carlson D,Shoskes D,etal.Association of calcifying nanoparticles within serum and prostates of patients with prostatic inflammation and hyperplasia:a preliminary analysis[C].San Antonio TX:Meeting of the American Urology Association,2006:31.

[14] Zhou Z, Hong L, Shen X,etal. Detection of nanobacteria infection in type III prostatitis[J]. Urology, 2008, 71(6): 1091-1095.

[15] Shoskes DA, Thomas KD, Gomez E. Anti-nanobacterial therapy for men with chronic prostatitis/chronic pelvic pain syndrome and prostatic stones: preliminary experience[J]. J Urol, 2005, 173(2): 474-477.

[16] 孙志军,李和明,赖学佳.间质性膀胱炎膀胱黏膜的组织病理检查意义[J].浙江临床医学,2016,18(4):706-707.

[17] Zhang QH, Shen XC, Zhou ZS,etal. Decreased nanobacteria levels and symptoms of nanobacteria-associated interstitial cystitis/painful bladder syndrome after tetracycline treatment[J]. Int Urogynecol J, 2010, 21(1):103-109.

[18] 张庆华,宋波.纳米细菌在间质性膀胱炎发病机制中作用的初步研究[D].重庆：第三军医大学,2011.

[19] 杨建,潘戈英,徐元杰,等.动脉僵硬度指数与脑梗死关系的探讨[J].新疆医学,2006,36(4):111-112.

[20] 王学军,刘威,杨竹林,等.部分健康成年人群血清纳米细菌感染的调查[J].中华流行病学杂志,2004,25(6):492-493.

[21] 耿文茂,张倩,吴亚光,等.腹主动脉粥样硬化斑块中纳米细菌的培养与鉴定[J].中华实验外科杂志,2012,29(2):321-323.

[22] 王佑权,刘国文,黄果,等.纳米细菌对人脐静脉内皮细胞的损伤及超氧化物歧化酶分泌的影响[J].中国动脉硬化杂志,2016,24(9):899-903.

[23] Maniscalco BS, Taylor KA. Calcification in coronary artery disease can be reversed by EDTA—tetracycline long-term chemotherapy[J]. Pathophysiology, 2004, 11(2):95.

[24] 郭亚楠,张名均,张德纯,等.钙化胎盘中纳米细菌的分离培养与鉴定[J].中国微生态学杂志,2010,22(12):1097-1100.

[25] 刘胜男,张德纯,张名均,等.钙化胎盘及脐带血中纳米细菌的形态学观察[J].临床检验杂志,2013,31(3):215-217.

[26] 张松梅,田菲,李静,等.对纳米细菌在牙结石形成过程中的作用的初步研究[J].中国微生态学杂志,2009,21(2):152-155.

[27] 韩耀伦,陈红莉,李庆福.人类唾液和牙结石中纳米细菌的分离培养及形态观察[J].中国继续医学教育,2015,7(24):213-214.

R691

A

1007-6611(2017)09-0963-03

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.09.023

山西省基础研究计划项目(自然科学基金)(2014011042-1)

马宏亮,男,1989-08生,硕士,E-mail:963377568@qq.com

2017-06-19