益生菌对龋病和牙周病防控研究进展

张鸿瑞

(北京大学第三附属医院北方院区 北京 100089 )

1 前言

龋病和牙周病一直伴随着人类。龋病最早可追溯到距今440～150万年[1]非洲南部的“南方古猿”,其牙齿上发现有明显的龋病痕迹。在中国9000多年前人类牙槽骨上也发现了龋[1]。另外,在距今 80 万年前的蓝田猿人、 60 万年前的北京猿人以及1.8万年前的山顶洞人的颌骨上,都能观察到牙周病的痕迹[1]。随着人类社会发展以及食性的变化,龋病和牙周病的发病率也在发生改变。总体上,龋病和牙周病的患病率一直在随着物质文明程度升高而在高水平上呈缓慢增加的特征。

随着现代医疗措施的实施和人们良好口腔卫生习惯的干预,龋病和牙周病得到了有效治疗和控制,这些疾病的发病机制和人类生活习惯密切相关。因此,它们始终困扰着人们、无法彻底被根除。在中国,2015年第四次全国口腔流行病学调查结果显示[4]:5岁儿童乳牙患龋率为70.9%,12岁儿童恒牙患龋率为34.5%,35～44岁中年人患龋率为89.0%,65～74岁老年人患龋率为98.0%,且患病率仍呈现上升态势。另一方面,牙石和探针出血的比例也高达96.7%和87.4%。因此,人们依然在探索控制龋病和牙周病的路上。

益生菌[5]是指活的微生物,原则上是细菌,在达到合适的数量时对宿主具有有益的作用。其对宿主机体产生有益的机制主要有以下几个方面:提供营养和辅助因子、与病原菌竞争、与病原菌毒力因子发生反应,以及调节宿主免疫应答。人类发现并利用益生菌的时间可谓非常悠久。早在4500多年前[5],南欧游牧民族偶然发现在羊皮袋里的奶受到依附在袋的细菌自然发酵变酸,保存时间延长且风味更佳。世界最古老奶酪[6],距今已有3600多年历史。1857年,Louis Pasteur通过显微镜在变酸的牛奶中发现乳酸菌。1905年,Stamen Grigorov首次从酸奶中分离出保加利亚乳杆菌。 1965年, Lilly D. M.和 Stillwell R. H.在 Science 期刊中首次用“益生菌”来描述由一种微生物产生的对其他微生物具促生作用的物质[7～9]。

口腔内环境是一个有多种细菌共同生长、相互影响的复杂环境。龋病和牙周病,从古至今在整个生命周期中,影响着人们的口腔健康和生活质量。已经有许多研究表明[10,11], 龋病和牙周病的发生和菌群失调有关。目前益生菌对龋病和牙周病的影响作用,是近年人们关注的热点。本研究针对不同种类和剂型益生菌对口腔内微环境的影响,进而控制龋病和牙周病的效果做一综述。

2 论述

2.1 益生菌对龋病防控研究进展

自有文明以来,人类从没有停下探索龋病成因的脚步。关于龋病的病因[13],在十九世纪末,W·D·Miller基于细菌学研究提出了化学细菌学说;在上世纪七十年代,Newbrun提出四联因素学说。该学说认为:龋病是由细菌、宿主、食物、时间共同作用的结果。Michalek等[14]还明确指出龋病的发生是口腔菌群与宿主之间失去平衡所致。在2010年,Marsh[15]提出“生态菌斑假说”。人们对龋病的认识在不断精进。

1924年Clarke[16]首先从人体龋损中分离出变形链球菌,人们逐渐认识到这种产酸细菌可能是导致人龋病的主要细菌之一。在马婧娴等[16]的文章中,支持乳杆菌对变形链球菌有抑制现象,但并没有更深的探讨和说明。Arghavan Etebarian等[17]发现:卷曲乳杆菌、格氏乳杆菌、发酵乳杆菌和唾液乳杆菌,对口腔唾液环境中的羟基磷灰石有很好的粘附性和拮抗其他病原菌增殖的能力,因此它们可以被认为是益生菌。Magorzata Staszczyk等[18]选择了唾液乳杆菌作为研究对象,发现益生菌干预组中龋发生率和倾向性与对照组比有统计学意义的显著降低。在付琢惠等[19]的综述中,观察到以往研究链球菌对龋病预防作用有效得更多,双歧杆菌对牙周炎的作用比对龋病更强,乳酸杆菌对龋病也有预防作用。

如果要明确益生菌对龋病预防及治疗是否有积极作用,不可仅限于现象的观察,还需要假设并实验,明确一些因素的影响。比如益生菌的引入时机、剂型、剂量、拮抗原理等,还有关于安全性方面,益生菌自身代谢过程也有必要理顺。Hasslf P等[20]从侧面探究了益生菌引入时机对龋发展的影响。他们发现用含有益生菌的滴剂干扰12个月后,跟空白对照相比,学龄前儿童龋齿复发的龋病严重程度和广泛性依旧很高,且没有统计学差异。对牙菌斑指数或牙龈炎症也没有改善作用。这个研究从侧面说明益生菌群的早期定植并形成优势菌群很重要。Stensson M等[22]在母亲妊娠最后1个月及新生儿1岁前,以椰子花生复合油为载体,给予罗伊氏乳杆菌 ATCC55730(约 108 CFU/d)作为干预。等儿童9岁时再次复查,发现干预组 82%的儿童没有出现龋齿,而安慰剂组只有 58%。而两组间唾液中变异链球菌、乳酸杆菌和SIgA的数目没有差别。这项实验更说明了早期定殖的重要性,并且说明益生菌并不是通过减少致龋菌数目来起到减少龋齿的作用的。

Zhu Y等[23]汇总了益生菌在口腔内与致龋菌拮抗的原理:通过缓冲唾液pH 值、产生细菌素和酶(葡聚糖酶、变位酶和脲酶)以及与致龋细菌和共生微生物竞争,使致龋菌减少在牙面上的粘附和定殖。Haukioja A等[24]运用体外实验寻找双歧杆菌和乳酸杆菌中代谢糖和糖醇产酸的种类。作者希望明确它们具体的产酸能力,以明确使用它们的安全性。本研究中所有的菌都代谢葡萄糖,9种代谢乳糖,7种代谢蔗糖,6种代谢山梨醇和两种代谢木糖醇的乳酸杆菌导致了pH值小幅下降。研究显示没有双歧杆菌可以代谢糖醇,说明双歧杆菌可能是相对安全的一种益生菌。

细菌的黏附和定殖[25]主要通过黏附因子[25]实现,如果使益生菌失去代谢产酸能力但仍保留黏附因子,理论上仍可以发挥控制龋病的作用。Schwendicke F等[27]分析发现热灭活的双歧杆菌BB12在体外可降低变异链球菌在牙本质腔内的致龋性,说明灭活益生菌适用于龋齿控制。接着,Kavaloglu C. S.等[28]的临床实验发现,短期每天给正畸的青少年服用含热灭活动物双歧杆菌lactis DN-173010的酸奶可能会减少变形链球菌水平。但因为实验进行时间不够长,实验结果的可信度可能稍稍欠缺。在众多益生菌中,继双歧杆菌后,鼠李糖乳杆菌依靠其独特的益生性引起了部分学者的注意。Lee S.H.等[29]通过比较了多种益生菌效能,最后发现鼠李糖乳杆菌具有优于其他菌的诸多优点:如可能会通过降低变形链球菌的糖基转移酶表达来减少菌斑的结构化,增加抗菌性,最重要的是并不参与聚集形成菌斑生物膜。Rodríguez G.等[30]的实验结果验证了该种益生菌对预防龋病的有效性,饮用添加鼠李糖乳杆菌牛奶的孩子比单纯饮用纯牛奶的孩子新发龋齿率要低。NSe L.等[31]的临床实验发现,在3～4岁的儿童中,鼠李糖乳杆菌组的儿童龋齿较其他年龄段均少,研究结束时变形链球菌计数更低。这可能是因为3～4岁儿童的社会心理因素和生理学因素共同作用的结果,说明鼠李糖乳杆菌可显著降低患龋齿的风险。Nan Meng等[32]进行了一项较全面的文献分析,结果显示鼠李糖乳杆菌是阻止学龄前儿童龋病最有效的。体现在延缓龋进展以及减少龋发病率。在计数方面,其可以降低唾液中变形链球菌的数量,但不能降低菌斑中的变形链球菌数量及唾液、菌斑中的乳酸杆菌数量。

还有研究探索益生菌辅助应用其他成分,是否可以提高抑制病原菌的效率。Zohreh Khodaii Z.等[33]发现在唾液乳杆菌与5μg辅酶Q10共同存在的情况下,变形链球菌的黏附率最低。他们的研究首次表明,辅酶Q10可能通过抑制被测细菌对HEp-2细胞的粘附而体现抗菌活性。这个假设如果正确,辅酶Q10和益生菌的共同使用可能会有更好的临床效果。Burton J. P.等[33]观察到定期摄入经过M18基因改造的唾液链球菌可以减少口腔内致龋菌数目并有助于改善牙龈出血情况。细菌素是某些细菌在代谢过程中通过核糖体合成机制产生的一类具有抑菌活性的多肽或前体多肽。M18基因表达的细菌素就像脲酶和葡聚糖水解酶一样帮助拮抗细菌聚集和菌斑酸化。唯一的缺点是经过改造的唾液链球菌定植力不强。这就需要早期摄入或者加大剂量才能起效。Gruner S.F.等[34]分析了许多益生菌对儿童口腔卫生影响的文献。得到的结论是益生菌会降低变异链球菌数量、减少探诊出血、缓解牙周袋深等,却不会对乳酸杆菌及牙周致病菌的数量有影响。

综上可知,尽管已经发现很多对龋病防治有积极作用的益生菌,但由于大部分菌种都代谢糖类且产酸,所以有研究者在此基础上也提出了一些担忧,如过度使用益生菌可能导致如念珠菌感染此类的机会性感染的增加,并会在如免疫缺陷人群中造成感染风险。所以在推荐使用益生菌改善口腔环境前还应该实施更多长期临床试验,并明确推荐的菌种、剂量和引入时机和方式。大部分研究者都并没有发现对龋病有积极作用的益生菌对牙周病有明显改善作用。目前比较乐观的一点是益生菌对龋病的干预措施可以依靠自我管理,是提高学龄前儿童个性化家庭预防有效性的有力补充。

2.2 益生菌对牙周病的进展

有关牙周病的病因,1891年,Willoughby D.Miller[36]提出了著名的“口腔病灶感染理论”。1940年以后,这一理论逐渐受到冷落及否定。后来因为现代微生物学的进步,从口腔以外的多个受感染的病变部位检测到了口腔寄居菌,口腔病灶感染理论重新受到人们重视。1996年Offenbacher[37]提出了牙周病学中的一个新分支学科,即牙周医学。其主要研究牙周状况与全身情况之间的关系。人们现在认为[38,39]未经治疗的牙周袋及邻近的炎性组织可能是一个重要的感染病灶源,不断向牙周局部的小血管输送细菌、细菌的毒性产物及由细菌感染激活的宿主细胞产生大量的炎性细胞因子(如 IL-1、TNF-α等)和各种炎性介质(如 PGE2)进而影响远隔器官、组织及血管内皮细胞造成相应的病理改变。

针对牙周与龋病的不同,张玉英等[11]比较龋病与牙周炎患者口腔内环境得出结论:①龋病和牙周炎之间存在着一定的拮抗关系。②龋敏感患者和重度牙周炎患者龈沟液 pH 值存在差异。由此就可以解释为什么同一种益生菌不可能既对龋病有预防改善作用又对牙周健康有益。Nicolás Yanine等[40]通过文献分析认为益生菌预防和治疗牙周疾病的有效性值得怀疑。因为没有足够的证据证明系统预防性使用益生菌对牙周病患者有益。益生菌对牙周炎的影响似乎不如其对龋病的那么明显,这有可能是因为牙周炎患者口内微生态情况比龋病患者更复杂,是由多种细菌相互作用的结果。Morales Alicia等[42]在连翘单宁菌、牙龈卟啉单胞菌和共放线聚集菌存在情况下辅助使用鼠李糖乳杆菌SP1和阿奇霉素片,发现它们对牙周非手术治疗有类似的改善效果。

与龋病一样,益生菌干扰牙周致病菌的原理也在人们探索的计划中。Riccia D.N.等[42]以健康人作对照,分析短乳杆菌含片对牙周炎患者的抗炎作用。治疗后所有患者的临床参数完全消失或改善,炎症相关的标志物含量同步降低。他们认为短乳杆菌之所以能发挥抗炎作用可能与精氨酸脱氨酶能阻止一氧化氮形成有关。在骨代谢方面, Nackaerts O.等[44]观察到接受益生菌干预的雄性比格犬牙周袋下骨水平有明显提高。Amin N.等[45]发现益生菌能减少炎症因子的生成并发挥骨保护因子的作用从而防止骨额外吸收。

与龋病不同的是,牙周炎是典型的慢性疾病,致病菌早在益生菌定殖前就已经在口内形成优势菌斑生物膜和有利于自身生长的环境。有学者想到了保护益生菌活性的方法,以帮助它们在口内更好起效。Pourjafar H.等[46]发现海藻酸钙-壳聚糖-丙烯酸树脂 S100纳米颗粒微胶囊化对提高嗜酸乳杆菌活力有显著作用。紧接着,Yeganeh Mehrani等[47]发现在实验诱发的兔牙周炎中,微胶囊化的植物乳杆菌组上皮再生率最低,骨再生水平最高。微囊化益生菌有助于在牙周炎环境中提高益生菌引入后的有效性。所以从结果来看,保护益生菌活性的方法对提高益生菌是明显有效的。Holm W. V.等[48]发现了菌株间更复杂的相互作用。一些乳杆菌能够减少放线菌群落数量。唾液链球菌菌株虽然不能和乳杆菌一样控制放线菌群落数目,却在抑制中间普氏菌、牙龈卟啉单胞菌和粘附性厌氧口腔共生菌上更有效。

由上可知,学者们对牙周疾病的研究也是循序渐进并逐步深入探索的过程。益生菌起效的本质和影响因素还在进一步被发掘中,另外在目前的实验中学者们还观察到一些预期之外的现象,比如目标菌群之外的细菌数量被抑制,说明菌斑生物膜中还有一些未知的相互作用。如果人们能进一步搞清楚细菌间的关系,将可能从更多方面[49]有利于改善人们生活质量。

3 结论

虽然控制龋病和牙周病的益生菌种类及适应条件不同,但已经有很多备选益生菌可供选择。比如鼠李糖乳杆菌对龋病有较明确的预防和改善作用,经过处理的某些益生菌也可以对牙周炎起到抑制作用。未来,研究人员可以筛选目前未经发现的益生菌或通过基因改造的方法创造出有效且安全的菌株,并通过动物实验和临床试验确定相应的剂量、剂型、治疗时机和适宜人群。甚至可能像现在的复合维生素片一样,推出商业化的预防龋病和牙周病的复合益生菌产品。