牙周主要致病菌与口腔鳞状细胞癌关系的研究进展

黄杰，葛颂

(遵义医科大学附属口腔医院，贵州563000)

牙周炎主要由牙菌斑生物膜的定植和牙周支持组织中的宿主免疫反应引起。牙周炎的进展涉及多种宿主细胞，如中性粒细胞、口腔角质形成细胞等，这些细胞具有膜相关受体和模式识别受体(PRR)。这些受体可能会识别口腔微生物的病原相关分子模式(PAMP)和损伤相关分子模式(DAMP)，PAMP是主要存在于革兰阴性菌细胞壁的分子结构，它能使宿主细胞识别病原微生物并激活与免疫相关的信号传导途径；DAMP是细胞受到氧化应激或损伤时产生的一类可激活宿主炎症反应与免疫反应的内源性物质。PAMP和DAMP诱导局部炎症细胞浸润和炎症因子释放，最终导致牙周炎[1]。口腔微生物对于维持正常口腔生理环境具有重要作用。研究认为，口腔微生物可能通过炎症作用和化学致癌物质的直接代谢对癌症和其他慢性疾病的发生发展起重要作用[2]，例如胃癌与幽门螺杆菌感染相关，结肠癌与致病性大肠杆菌感染相关[3]。Shin等[4]报道，牙周炎患者发生口腔癌的风险是非牙周炎患者的3.7倍，表明牙周炎中的慢性细菌感染可能是口腔癌的促进因素或病因。口腔鳞状细胞癌(OSCC)占口腔癌的90%以上，是常见的头颈部肿瘤，其发病率呈上升趋势，而预后并无明显改善。卟啉单胞菌和具核梭杆菌是牙周主要致病菌，目前关于其参与OSCC发生发展的研究较多。现就卟啉单胞菌、具核梭杆菌与OSCC关系的研究进展综述如下。

1 通过抑制细胞凋亡促进OSCC发生发展

细胞凋亡有助于维持多细胞生物的体内平衡，调节细胞凋亡的机制破坏可导致退行性疾病、自身免疫疾病和癌症的发生。人体细胞的恶性转化受到免疫系统的严密监视，个别有恶变倾向的细胞被免疫系统的效应细胞识别后，可以通过免疫途径(凋亡或自噬)被清除。卟啉单胞菌不但具有黏附和侵入宿主细胞的能力，而且可以逃避宿主的免疫杀伤及激活细胞内信号转导通路，从而抑制细胞凋亡[5]。

1.1 降低p53表达 p53是一种调节细胞周期进程并包含肿瘤抑制功能的转录因子，能够激活受损DNA的修复，启动细胞凋亡，发挥抗肿瘤作用。Pan等[6]研究显示，卟啉单胞菌通过上调细胞周期蛋白A、D、E激活细胞周期蛋白依赖性激酶，加速牙龈上皮细胞在细胞周期的S期和G2期的进展，促进牙龈上皮细胞增殖并降低p53水平，通过抑制细胞凋亡来促进肿瘤生长。

1.2 诱导B7-H1表达 B7-H1能够促进调节性T细胞生成，抑制效应T细胞的杀伤能力，在大多数人类癌症中可检测到B7-H1表达。宿主细胞中B7-H1受体上调可能影响慢性炎症性病症的发展，导致活化T细胞的无能和凋亡，并使肿瘤细胞抵抗宿主免疫杀伤。Groeger等[7]研究表明，卟啉单胞菌能够诱导OSCC细胞和牙龈上皮细胞中B7-H1受体的表达。提示B7-H1表达可能有助于口腔癌的免疫逃避。

1.3 激活JAK1/AKT/STAT3信号通路 JAK1/AKT/STAT3信号通路控制内在的线粒体凋亡途径，卟啉单胞菌能够激活该信号通路，抑制促凋亡Bax因子的活性，使促凋亡因子Bax/抗凋亡因子Bcl-2比值降低，减少诱导凋亡效应的细胞色素C的产生，从而抑制细胞凋亡[8]。Moffatt等[9]采用微阵列实验观察miRNA在感染卟啉单胞菌的牙龈上皮细胞中的表达，结果显示，卟啉单胞菌可明显升高牙龈上皮细胞中的miR-203表达，其机制可能是通过下调细胞因子信号传导抑制因子3来增加STAT3的活性，从而抑制细胞凋亡。

1.4 阻止P2X7嘌呤能受体与ATP结合 P2X7嘌呤能受体可抑制细胞内感染和炎性细胞因子的分泌并参与细胞死亡和细胞凋亡。卟啉单胞菌可通过分泌核苷二磷酸激酶阻止牙龈上皮细胞上的P2X7嘌呤能受体与ATP结合，进而抑制细胞凋亡[10]。另外，卟啉单胞菌还可减少宿主细胞上P2X7受体的ATP激活，从而阻止核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎性体的激活，减少IL-1β分泌，而干扰素γ极化的肿瘤抗原特异性CD8+T细胞的引发必须有IL-1β参与，因此机体抗肿瘤的主要免疫效应细胞CD8+T细胞应答降低，增加了患癌的风险[11]。

2 通过促进细胞增殖和血管形成促进OSCC发生发展

慢性炎症刺激在癌症的形成中起关键作用。卟啉单胞菌是与牙周炎高度相关的红色复合体的重要成员，可引起牙周组织的慢性炎症，长期慢性炎症刺激形成炎症性微环境，促进OSCC的发生。卟啉单胞菌或具核梭杆菌的脂多糖激活宿主免疫系统，同时免疫细胞表达炎性细胞因子如IL-1β、IL-6、TNF-α等，这些炎性细胞因子及具核梭杆菌的毒力因子FadA黏附素，为肿瘤的血管生成提供炎症微环境并激活细胞增殖相关信号传导通路，促进细胞增殖和血管形成。

2.1 IL-1β引起牙周局部炎症及促血管生成 IL-1β是一种蛋白酶分泌因子，可能参与破骨细胞形成和骨吸收，这导致牙周组织的局部炎症变化。在牙周组织中，单核细胞、中性粒细胞、成纤维细胞和肥大细胞是IL-1β的主要来源。这些细胞受革兰阴性菌细胞壁的主要成分脂多糖的影响而活化，进而合成IL-1β。IL-1β激活内皮细胞产生血管内皮生长因子和其他促血管生成因子，为血管生成和肿瘤进展提供炎症微环境。Lee等[12]报道，高水平的IL-1β可促进人口腔角质形成细胞增殖和调节信号传导途径，经IL-1β处理的OSCC细胞促血管生成作用显著增强。

2.2 IL-6刺激免疫抑制因子产生及激活JAK/STAT途径 IL-6是重要的促炎细胞因子，它是由牙周组织细胞在LPS、促炎细胞因子IL-1β和TNF的刺激下产生的。IL-6不仅能够削弱宿主的先天免疫反应，而且通过与肿瘤相关的成纤维细胞/内皮细胞的协同作用促进肿瘤血管形成[13]。已有研究证实了IL-6在OSCC进展中的作用，IL-6导致JAK和STAT信号通路激活，然后激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径，最终促进细胞增殖和血管生成[14]。

2.3 FadA黏附素抑制细胞周期蛋白依赖性激酶抑制基因2A(CDKN2A)启动子的甲基化及激活β-连环蛋白(β-catenin)信号传导 异常基因启动子甲基化是OSCC发展的早期表现。FadA黏附素是具核梭杆菌的关键毒力因子，能够改变癌症病变中CDKN2A启动子的甲基化，而基因启动子区域的高甲基化在细胞周期控制、DNA损伤修复、细胞凋亡、血管生成、细胞侵袭和转移中起重要作用。此外，FadA黏附素还可与癌细胞上的E-钙黏蛋白结合并激活β-catenin信号传导。该途径导致Wnt的转录活性增强，激活促炎细胞因子和癌基因，并且刺激肿瘤细胞增殖[15]。具核梭杆菌也可通过脂多糖激活β-catenin信号传导，使β-catenin、C-myc癌基因和细胞周期蛋白D1的表达增强[16]。

3 通过诱导肿瘤细胞侵袭与转移促进OSCC发生发展

研究表明，口腔中的上皮细胞不断接触致病微生物群并与之相互作用，如卟啉单胞菌和具核梭杆菌可通过促进MMP的产生来增加OSCC细胞的侵袭性，炎性细胞因子也可通过调节MMP的表达影响肿瘤的进展和转移。MMP高表达与肿瘤的侵袭性生长密切相关，其诱导宿主细胞迁移增加是上皮肿瘤从良性转变为侵袭状态的重要标志。

3.1 诱导MMP-9前体表达及活化 转录因子Ets-1能够诱导宿主细胞增殖、分化和恶变，促进肿瘤微血管的形成，是与癌症发生、发展、侵袭及转移密切相关的原癌基因。细胞外信号调节激酶(ERK1/2)是哺乳动物细胞中一种基本的存活因子，参与肿瘤生长和诱导转移等信号的传导。Inaba等[17]报道，卟啉单胞菌可通过激活ERK1/2-Ets-1、P38丝裂原蛋白激酶/热休克蛋白27(HSP27)和蛋白酶激活受体2(PAR2)/NF-κB途径诱导MMP-9前体表达，卟啉单胞菌产生的牙龈素与PAR2结合，将MMP-9前体切割成成熟活性形式的MMP-9，MMP-9会导致基底膜结构的降解，从而促进癌细胞的迁移和侵袭。

3.2 诱导MMP-9表达 Uitto等[18]报道，具核梭杆菌可选择性地黏附于上皮细胞并上调参与细胞迁移、增殖和细胞存活信号传导的12种蛋白激酶的表达水平；具核梭杆菌可激活P38，促进MMP-9、MMP-13分泌，在癌细胞的侵袭和转移中起重要作用。牙周主要致病菌以及PAMP与宿主反应提高促炎细胞因子水平，大量炎性细胞因子进入全身循环，增加全身炎症负担，长期慢性炎症刺激可能促使癌症的发生发展。Oku等[19]研究了炎性细胞因子TNF-α对人胃癌MKN1细胞和腹膜间皮细胞共培养中MMP-9分泌的影响，通过细胞共培养条件培养基的酶谱分析显示，MMP-9在TNF-α存在的情况下显著增加，认为TNF-α可通过诱导MMP表达来影响肿瘤侵袭和转移。

3.3 诱导DNA损伤及激活致癌信号通路 卟啉单胞菌或具核梭杆菌的脂多糖可激活宿主免疫系统并促进宿主免疫细胞表达炎性细胞因子。TNF-α是炎症反应的主要细胞因子之一，强烈诱导活性氧化合物、白三烯、前列腺素和MMP的产生。与肿瘤破坏相关的高剂量TNF-α相反，暴露于低剂量的TNF-α可以诱导DNA损伤，是促进肿瘤发生的基础。Rivas等[20]研究显示，上皮细胞中致癌信号通路Wnt和NF-κB的激活，对TNF-α诱导的肿瘤生长至关重要。Tang等[21]报道，TNF-α可通过NF-κB信号通路增强OSCC细胞的侵袭和转移能力。最近研究表明，TNF-α能够调控TNF-α诱导蛋白8家族的表达，这些相关的蛋白质因子/生物分子可以促进细胞存活和产生耐药性，在癌症发生中起重要作用。

4 通过产生致癌物质促进OSCC发生发展

癌症是由细胞中的基因改变引起的，这些遗传损伤通常发生在癌基因或肿瘤抑制基因上。致癌物会引起细胞内癌基因的过度活化和突变，进而导致新生细胞以不受控制的方式生长并形成肿瘤。现有研究表明，可能具有致癌作用的物质包括活性氧(ROS)、活性氮(RNS)和挥发性硫化合物(VSC)等。

4.1 ROS、RNS致癌 在牙周主要致病菌卟啉单胞菌和具核梭杆菌导致的炎症反应期间，在TNF-α和IL-6的影响下，上皮细胞和免疫细胞触发ROS和RNS生成。ROS和RNS的产生分别通过诱导NADPH氧化酶和一氧化氮合酶而发生。NADPH氧化酶催化超氧阴离子，导致超氧化物歧化酶(SOD)介导的H2O2产生，ROS和RNS在人类癌症发展中起关键作用，因为它们可以引起DNA碱基改变、DNA链断裂、肿瘤抑制基因受损和原癌基因表达增强。Bahar等[22]对OSCC患者的唾液进行分析，发现ROS和RNS改变了患者的唾液成分，唾液中的蛋白质和DNA被深度氧化，并且所有唾液抗氧化剂显著降低，提示氧化损伤可能是促进癌症发展的因素之一。

4.2 VSC致癌 研究显示，卟啉单胞菌、具核梭杆菌、中间普氏菌和伴放线聚集杆菌等牙周主要致病菌可产生VSC，例如硫化氢(H2S)、甲硫醇(CH3SH)。H2S是一种已知的基因毒物，可能导致基因组不稳定或累积突变。已有研究表明，癌细胞中各种产生H2S的酶表达增加，特别是在结肠癌[23]和卵巢癌[24]中。Meram等[25]研究显示，与邻近的良性口腔黏膜相比，OSCC组织中的CBS、H2S水平均显著增加。CBS过度表达导致过量的H2S产生，其可通过激活增殖、迁移和侵入性信号传导途径影响肿瘤生长和扩散，并增强肿瘤血管生成。Zheng等[26]在一项细胞色素P450(CYP450)参与的H2S相关代谢研究中发现，H2S通过CYP450在肉鸡空肠中的差异表达导致氧化还原稳态障碍；空肠中炎性因子IL-4、IL-10、TNF-α mRNA水平显著升高，细胞凋亡以及免疫功能障碍，最终导致空肠形态和功能损伤。Milella[27]的一项回顾性研究发现，VSC即使在低浓度下也会损伤机体组织的健康，在牙周炎的发病机制和慢性炎症的发展中发挥作用。

虽然目前关于牙周主要致病菌产生致癌物质的研究有限，但以上研究均表明牙周主要致病菌可能是癌症进展的危险因素之一。

5 结语

在慢性牙周炎症过程中，牙周主要致病菌与宿主细胞相互作用，形成对肿瘤有利的微环境，可能会促进癌症的发展。大量证据表明，牙周主要致病菌与OSCC密切相关，但两者间的因果关系仍未完全明确，对OSCC和牙周主要致病菌之间相关联的生物学机制的研究尚处于起步阶段，还需要更多的研究来阐明。此外，考虑到口腔中细菌微生物的多样性，是否有除牙周主要致病菌以外的其他低丰度的口腔细菌、真菌或病毒导致OSCC，仍有待研究。近年来，随着DNA新型测序技术的发展，高通量测序技术得到普遍应用，在基因克隆水平上对疾病的发病机制作新的诠释成为可能，这将为牙周主要致病菌与口腔癌相关机制的研究提供新的策略。