張明爽 巴特 王文標(biāo)

1.濰坊醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院 濰坊 261000；2.航空總醫(yī)院口腔外科 北京 100020

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是醫(yī)學(xué)界最大的謎團(tuán)之一。隨著人口老齡化趨勢加重，癡呆癥的發(fā)病率持續(xù)升高，已成為全球第五大死因。其中，AD約占這些病例的70%。但是目前仍未找到AD的發(fā)病機(jī)制。

近年來，越來越多的科學(xué)家已經(jīng)證實，AD患者的大腦中存在多種口腔致病微生物種群，并且這些微生物種群數(shù)量的減少能夠有效緩解AD的病程[1]。

本文對口腔微生物種群與AD潛在的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 阿爾茨海默病

AD是一種老年人群高發(fā)的神經(jīng)退行性疾病，也是最常見的癡呆癥，主要臨床表現(xiàn)是產(chǎn)生失憶、失語、易怒等行為障礙[2]。2018年，世界衛(wèi)生組織最新資料顯示，目前全球約有4 750萬人患有AD，其中中國患者高達(dá)600萬，居世界首位[3]。當(dāng)前，全球人口老齡化趨勢加重，AD患病人數(shù)持續(xù)增加，給我國社會經(jīng)濟(jì)造成沉重負(fù)擔(dān)。更有研究表明，2015年中國AD患者人均社會經(jīng)濟(jì)成本為19 144.36美元，所有AD相關(guān)總費用高達(dá)1 667億美金，折合人民幣1.1萬億元。據(jù)估計，到2030年這筆費用將增加到5 074億美金，2050年將高達(dá)1.89萬億美金，折合人民幣12.8萬億元[4]。由此，越來越多的科學(xué)家置身神經(jīng)生物學(xué)研究領(lǐng)域，尋找治療AD病癥的有效策略。科學(xué)研究[5-6]發(fā)現(xiàn)，AD的病因和發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，涉及基因突變、神經(jīng)元外β-淀粉樣蛋白沉積（amyloid β-protein，Aβ）形成老年斑、神經(jīng)元內(nèi)tau蛋白過度磷酸化形成神經(jīng)原纖維纏結(jié)等因素。但目前對于AD的發(fā)病機(jī)制并未闡述清楚，因而深入研究其發(fā)病機(jī)制，尋求有效的治療方法已經(jīng)成為亟需解決的科學(xué)問題。

2 口腔微生物種群

口腔微生物種群是指定植于人體口腔的微生物集合，包含細(xì)菌（如牙齦卟啉單胞菌）、螺旋體（如密螺旋體）、病毒（如皰疹病毒）、真菌（如酵母菌）等。

研究表明，口腔微生物種群可誘發(fā)多種口腔感染性疾病，包括齲病、牙髓炎、牙周病、智齒冠周炎、頜骨骨髓炎等，嚴(yán)重危害口腔健康。例如，革蘭氏陰性菌（牙齦卟啉單胞菌）能在牙齦和牙周組織內(nèi)大量繁殖，引發(fā)宿主免疫反應(yīng)，引起牙齦水腫、牙周袋形成，并最終導(dǎo)致牙周支持組織喪失等慢性炎癥[3,7]。此外，口腔微生物種群因其存在的解剖位置、代謝產(chǎn)物、移動方式和誘導(dǎo)炎癥的特殊性使其還與腫瘤[5-6]、糖尿病[8]、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[9]、心血管疾病[10]及早產(chǎn)等系統(tǒng)性疾病緊密相關(guān)，口腔微生物群落結(jié)構(gòu)特征可作為口腔及全身健康預(yù)警的重要標(biāo)記。

近年來，關(guān)于口腔微生物種群與AD發(fā)病機(jī)制的研究越來越多，口腔疾病如牙周病等與AD的發(fā)生發(fā)展有一定的關(guān)聯(lián)?？谇晃⑸锓N群可因感染、外傷或醫(yī)源性因素進(jìn)入血液，突破血腦屏障直接進(jìn)入大腦，產(chǎn)生有毒物質(zhì)引起炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步引起Aβ沉積、tau蛋白過磷酸化，最終對神經(jīng)元產(chǎn)生不可逆損傷甚至導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡?？谇晃⑸锓N群究竟是如何進(jìn)入大腦并損傷神經(jīng)元的，成為了現(xiàn)今AD發(fā)病機(jī)制研究的熱點。

下文將圍繞不同微生物入腦途徑及其對神經(jīng)元的損傷機(jī)制進(jìn)行探討。

3 口腔微生物種群影響AD的理論基礎(chǔ)

口腔微生物種群主要通過2種方式進(jìn)入大腦。一是在口腔治療、拔牙和牙齦膿腫等產(chǎn)生暫時性菌血癥的過程中，來自口腔的細(xì)菌可以進(jìn)入血流入腦；二是可能通過與大腦相連的三叉神經(jīng)、嗅覺神經(jīng)和面神經(jīng)等進(jìn)入大腦[11]?？谇晃⑸锓N群突破血腦屏障后，能引起機(jī)體的免疫反應(yīng)和抗感染應(yīng)答[12]，這能促進(jìn)外周免疫細(xì)胞的活化，進(jìn)一步調(diào)節(jié)腦損傷、自身免疫和神經(jīng)的發(fā)生。因此可見，口腔微生物種群和免疫系統(tǒng)能對神經(jīng)發(fā)育疾病、精神疾病和神經(jīng)退行性疾病產(chǎn)生重要影響。這個過程主要涉及2種機(jī)制：直接損傷途徑和間接損傷途徑。

3.1 直接損傷途徑

隨著年齡增長，老年患者血腦屏障通透性增加，病原微生物因而能較易穿過血腦屏障進(jìn)入腦組織，直接作用于神經(jīng)元，激活炎癥級聯(lián)反應(yīng)，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成直接損傷。進(jìn)入腦組織的細(xì)菌及其分泌的毒力因子一方面能激活Toll樣受體2（Toll like receptor 2，TLR-2）和TLR-4，啟動經(jīng)典內(nèi)源性免疫信號通路、激活小膠質(zhì)細(xì)胞，釋放腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）等細(xì)胞因子，引發(fā)炎癥反應(yīng)；另一方面可以通過激活補體系統(tǒng)來激發(fā)腦組織中的炎癥反應(yīng)。

此外，研究者們[13]在革蘭氏陰性細(xì)菌表面發(fā)現(xiàn)了一種外膜蛋白——孔蛋白。這類孔蛋白類的生物學(xué)功能與小溶質(zhì)的運輸有關(guān)，它可以從細(xì)菌胞漿轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜外，從而控制細(xì)胞膜上小溶質(zhì)的通過，影響細(xì)胞代謝，這或許是細(xì)菌誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡的原因之一。大腦中的致病菌導(dǎo)致神經(jīng)外皮膜泄漏，產(chǎn)生從神經(jīng)元到神經(jīng)元的運動，從而引發(fā)Aβ沉積，對神經(jīng)元造成損傷。

3.2 間接損傷途徑

口腔微生物種群通過分泌細(xì)菌毒素、外膜囊泡（outer membrane vesicle，OMV）和促炎因子隨血流入腦而間接影響AD[14]。如革蘭氏陰性細(xì)菌能分泌直徑為20～250 nm的OMV，其內(nèi)含有豐富的細(xì)菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），攜帶特定的活性膜蛋白。目前已證實的革蘭氏陰性細(xì)菌分泌的OMV可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[15]，這或許是口腔致病菌間接參與神經(jīng)系統(tǒng)免疫反應(yīng)的一種途徑。

此外，病原微生物及其代謝產(chǎn)物能引發(fā)機(jī)體的炎癥反應(yīng)和免疫防御的改變，使循環(huán)系統(tǒng)中的炎癥因子水平上升，激活并增強腦組織中炎癥級聯(lián)反應(yīng)[16]。病原微生物釋放的炎癥因子如白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）、IL-6、TNF-α對神經(jīng)元有直接的毒害作用。腦組織長期的慢性炎癥反應(yīng)進(jìn)一步加劇Aβ的沉積、tau蛋白的過磷酸化，并改變血腦屏障的滲透性，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)流向外周的Aβ減少，而沉積在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的Aβ增加，最終導(dǎo)致神經(jīng)元的損傷。

綜上所述，口腔多種微生物種群一方面能突破血腦屏障，引發(fā)免疫級聯(lián)反應(yīng)，直接對神經(jīng)系統(tǒng)造成損傷；另一方面能分泌促炎因子、OMV等作用于神經(jīng)元，對其造成間接損傷。但目前2種作用方式孰輕孰重還未闡明。

4 不同口腔微生物種群對AD發(fā)生發(fā)展的影響

口腔微生物種類豐富，不同微生物導(dǎo)致AD的機(jī)制也不盡相同，臨床研究[17]證實，認(rèn)知能力下降和記憶力衰退與很多口腔微生物種群有關(guān)，包括細(xì)菌（如牙齦卟啉單胞菌）、病毒[如1型單純皰疹病毒（herpes simplex virus type 1，HSV-1）]和真菌。

4.1 細(xì)菌

與AD相關(guān)的口腔細(xì)菌主要是牙周致病菌，如牙齦卟啉單胞菌、福賽坦氏菌、中間普氏菌、具核梭桿菌和齒垢密螺旋體等，其中牙齦卟啉單胞菌、福賽坦氏菌和齒垢密螺旋體具有免疫力庫，可以規(guī)避宿主的免疫監(jiān)視得以存活和生長，并創(chuàng)建和維持炎癥毒性環(huán)境[18]。

下文將簡要闡述牙齦卟啉單胞菌和螺旋體與AD相關(guān)發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展。

4.1.1 牙齦卟啉單胞菌 牙齦卟啉單胞菌為一種非酵解糖的革蘭氏陰性厭氧球桿菌，是重要的牙周致病菌之一[19]。最新研究顯示牙齦卟啉單胞菌與早期AD有關(guān)，其主要是通過免疫反應(yīng)途徑或者非免疫途徑參與AD的發(fā)生發(fā)展。

1）免疫反應(yīng)途徑。研究發(fā)現(xiàn)，牙齦卟啉單胞菌能釋放促炎因子TNF-α、IL-6和IL-1β，激活炎癥反應(yīng)，從而引起中年小鼠認(rèn)知缺陷。大腦被口腔病原體感染后發(fā)生免疫反應(yīng)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，這種免疫反應(yīng)屬于補體激活主導(dǎo)的經(jīng)典途徑。補體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)能增加神經(jīng)元的易感性，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞合成補體蛋白。Roselaar等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，感染牙齦卟啉單胞菌的小鼠在不同時間點產(chǎn)生不同的神經(jīng)生物學(xué)效應(yīng)：感染24周時，小鼠CA錐體神經(jīng)元上出現(xiàn)了抗炎機(jī)制，從保護(hù)神經(jīng)元變化為對其產(chǎn)生神經(jīng)毒性，這種抗炎機(jī)制產(chǎn)生的神經(jīng)損傷，在感染12周的小鼠中并未發(fā)現(xiàn)。并且，感染24周后的炎癥反應(yīng)增加了血腦屏障的通透性，更加有助于細(xì)菌進(jìn)入大腦[21]。這就說明，細(xì)菌移位是有時間依賴性的，牙齦卟啉單胞菌對大腦神經(jīng)元的損傷具有時間累積效應(yīng)。因此，盡早清除口腔細(xì)菌，對防治AD的發(fā)生是十分必要的。

2）非免疫反應(yīng)途徑。Noble等[22]借助小鼠模型，使其在24周內(nèi)感染牙齦卟啉單胞菌，繼而在海馬體神經(jīng)元中也發(fā)現(xiàn)了該菌。這種現(xiàn)象表明細(xì)菌在大腦實質(zhì)感染中起直接作用，而非通過炎癥因子介導(dǎo)的遠(yuǎn)距離作用。檢測AD模型小鼠的海馬體發(fā)現(xiàn)牙齦卟啉單胞菌存在于小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元的細(xì)胞核內(nèi)和核周圍，這說明牙齦卟啉單胞菌可能會導(dǎo)致神經(jīng)炎癥和神經(jīng)變性、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞增生以及形成細(xì)胞內(nèi)外淀粉樣斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangle，NFT）等病理特征[23]。此外牙齦卟啉單胞菌的主要毒力因子之一——LPS可上調(diào)腦內(nèi)淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）的表達(dá)量，引起Aβ在神經(jīng)元內(nèi)沉積，促進(jìn)AD的發(fā)生發(fā)展[24]。最近的研究[25]發(fā)現(xiàn)，牙齦卟啉單胞菌分泌的牙齦蛋白酶具有幫助細(xì)菌定植、壓制宿主免疫系統(tǒng)、破壞組織穩(wěn)定性等多種作用，并具有細(xì)胞毒性。研究人員在50份AD死者的大腦樣本中發(fā)現(xiàn)，超過90%的樣本中都有牙齦蛋白酶的存在。將牙齦卟啉單胞菌的牙齦蛋白酶編碼基因敲除后構(gòu)建突變菌，然后用該突變菌感染小鼠口腔。結(jié)果[26]表明，與正常菌株感染的小鼠相比，突變菌株感染的小鼠大腦內(nèi)病原菌顯著降低，而Aβ沉積也大幅減少。隨后，研究者在體外試驗證明牙齦蛋白酶具有將tau蛋白切成碎片的功能[27]。這說明，AD患者大腦中出現(xiàn)的tau蛋白纏結(jié)很可能是由牙齦蛋白酶引起的。

4.1.2 螺旋體 螺旋體是螺旋形、高活動性的革蘭氏陰性細(xì)菌，可以沿著神經(jīng)纖維和淋巴管傳播，有很強的親神經(jīng)性。Miklossy[28]發(fā)現(xiàn)螺旋體及其抗原與AD相關(guān)，并大膽設(shè)想它們是引起AD發(fā)生的致病微生物之一。2015年，Maheshwari等[29]發(fā)現(xiàn)當(dāng)在患者的大腦皮層及血清中發(fā)現(xiàn)螺旋體感染時，AD發(fā)生的風(fēng)險增加了10倍。此外，Riviere等[30]在AD患者的大腦中發(fā)現(xiàn)了6種口腔密螺旋體，并提出不只一種螺旋體參與侵襲腦組織的觀點。其中，梅毒螺旋體、伯氏疏螺旋體和一些口腔螺旋體等與AD有很強的相關(guān)性[31]?？谇幻苈菪w是根尖周及牙周感染的重要致病菌，因極強的親神經(jīng)性可沿感染牙髓神經(jīng)侵襲至腦神經(jīng)，對大腦神經(jīng)元造成損傷。Song等[32]在體外實驗中發(fā)現(xiàn)，暴露于伯氏疏螺旋體后，原代大鼠神經(jīng)元發(fā)生類似于AD中Aβ沉積的形態(tài)學(xué)改變，并且Aβ和磷酸化tau蛋白水平均明顯升高。梅毒螺旋體可寄居大腦并引起全身性麻痹，其癥狀和發(fā)病機(jī)制與AD類似，如Aβ蛋白沉積、進(jìn)行性癡呆和腦皮質(zhì)萎縮等[33]。雖然梅毒螺旋體是性傳播的，但是它在感染的早期階段就已經(jīng)在患者的大腦中被檢出[34]。據(jù)此有人推測，大腦中的螺旋體可能來自口腔中的感染性疾病[35]。但關(guān)于口腔中的螺旋體如何導(dǎo)致AD的發(fā)病機(jī)制，目前研究尚不清楚。

4.2 病毒

與AD相關(guān)的病毒主要是：HSV-1、人類皰疹病毒 6 型（human herpes virus，HHV-6）、巨細(xì)胞病毒、EB（Epstein-Barr，EB）病毒等。不同病毒影響AD發(fā)生發(fā)展的方式各不相同，例如：HSV-1主要通過周期性的被激活，導(dǎo)致NFT；HHV-6主要通過參與AD風(fēng)險基因調(diào)控參與AD的發(fā)生發(fā)展。

下面就HSV-1和HHV-6與AD相關(guān)發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

4.2.1 HSV-1 HSV-1是一種嗜神經(jīng)病毒，可經(jīng)過口腔侵入體內(nèi)[36]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，50歲以上AD患者人群中，有70%以上的患者伴有單純皰疹病毒感染。HSV-1潛伏在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，可通過周圍神經(jīng)系統(tǒng)或嗅覺束重新激活并進(jìn)入大腦，在大腦中潛伏，但可能會隨著壓力、免疫抑制、應(yīng)激、外周感染或腦中的炎癥等因素周期性地重新激活，再活化的病毒通過直接侵襲或氧化應(yīng)激作用導(dǎo)致Aβ的沉積和tau蛋白形成，最終形成NFT[37]。HSV-1對攜帶AD易感基因的人來說，反復(fù)的被激活與AD 的發(fā)生高度相關(guān)。Letenneur等[38]推測HSV-1的反復(fù)激活可以對大腦小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生強有力的刺激，增加細(xì)胞因子水平，并觸發(fā)正反饋循環(huán)，導(dǎo)致神經(jīng)組織病理學(xué)變化增加。Itzhaki等[39]表明HSV-1不僅產(chǎn)生淀粉樣斑塊和NFT的主要成分（高磷酸化tau），而且還干擾阻止這些淀粉蛋白的降解并最終導(dǎo)致它們在AD患者的大腦中累積，從而逐漸促進(jìn)AD的發(fā)生。

4.2.2 HHV-6 西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院研究者[32]分析了900余名人類大腦樣本，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AD患者腦內(nèi)普遍存在2種皰疹病毒亞型HHV-6A和HHV-7。其中，HHV-6A可以參與多種AD相關(guān)風(fēng)險基因的調(diào)控。miR-155是microRNA家族中的重要成員，其功能廣泛，參與機(jī)體造血細(xì)胞的發(fā)育分化、免疫細(xì)胞的發(fā)育分化、炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答、肌肉發(fā)育以及脂肪分化等許多生物過程。最近miR-155被證實能參與AD的發(fā)生發(fā)展，與病程中神經(jīng)元丟失[40]、炎癥誘導(dǎo)的神經(jīng)功能障礙和細(xì)胞凋亡有關(guān)[41]。研究發(fā)現(xiàn)HHV-6A能通過抑制miR-155的活性參與AD的發(fā)生發(fā)展。研究者將AD模型小鼠中miR-155基因敲除，觀察缺失miR-155產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)。結(jié)果表明，與野生型小鼠相比，miR-155敲除鼠在4月齡時腦內(nèi)積有更多、體積更大的Aβ沉淀。以上事實說明，HHV-6A能通過抑制miR-155的活性加劇AD的發(fā)生發(fā)展。此外，細(xì)胞和小鼠實驗均已證實，HSV-1和HHV-6能加速Aβ的沉積，與AD發(fā)生相關(guān)[42]。除了已證實的HSV-1和HHV-6外，巨細(xì)胞病毒和EB病毒也可以在機(jī)體免疫抵抗力下降時引起感染，成為老年人認(rèn)知能力下降和AD進(jìn)展的危險因素之一[36]。

4.3 真菌

口腔真菌感染是一種非特異性感染，與AD相關(guān)的主要是由白色假絲酵母菌和光滑假絲酵母菌引起的感染[43]。隨著社會老齡化進(jìn)程加快，系統(tǒng)性真菌感染人數(shù)急劇增加，致病菌主要檢出于牙周袋、根管、黏膜和義齒組織面（義齒性口炎）[44]。老年人佩戴義齒而易導(dǎo)致酵母菌感染，這或許是系統(tǒng)性疾病的重要來源。最新發(fā)現(xiàn)，在AD患者的血清中[45]、腦組織中[46]均監(jiān)測到真菌的存在。在AD患者腦漿中部分細(xì)胞的胞質(zhì)中檢測到酵母免疫陽性物質(zhì)[47]。Williams等[14]在大腦脈絡(luò)叢、海馬體、外部額葉皮質(zhì)以及腦毛細(xì)血管等區(qū)域發(fā)現(xiàn)了白色假絲酵母菌、熱帶假絲酵母菌等多種真菌的感染。腦血管病變是AD患者最常見的并發(fā)癥。這種真菌感染引起的腦血管病變與AD患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)的血管損傷是否存在聯(lián)系，仍需進(jìn)一步驗證。以上實驗數(shù)據(jù)均說明，AD患者神經(jīng)元受到真菌感染。并且在臨床研究中，采取抗真菌治療緩解了AD患者的部分病癥[48]。真菌感染與AD發(fā)病之間關(guān)系的逐漸明朗，為研究者能否從抗真菌治療入手，緩解AD患者臨床癥狀，從而達(dá)到防治AD的目的提供了理論支持。

通過近年來對口腔微生物種群與AD相關(guān)發(fā)病機(jī)制的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Aβ具有很強的抗菌能力可以保護(hù)大腦。因此提出假設(shè)，Aβ沉淀只是大腦產(chǎn)生的免疫反應(yīng)，真正的損害是由侵入大腦的病原體導(dǎo)致的[4]。有研究者[5]也提出AD的發(fā)生和發(fā)展或許不是由特定的致病微生物引起，更可能是由于多種致病微生物種群（如細(xì)菌、真菌和病毒）分泌的代謝產(chǎn)物及其引發(fā)的系統(tǒng)性炎癥，從而引起中樞神經(jīng)損傷。

5 展望

綜上所述， 國內(nèi)外大量臨床研究表明，口腔微生物或是直接作用于腦神經(jīng)，或是引起炎癥反應(yīng)進(jìn)而感染腦組織，亦或是其代謝產(chǎn)物對神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，都對AD這一神經(jīng)退行性疾病產(chǎn)生了重要影響。而且雖然目前已有研究[1]表明，控制口腔內(nèi)特種微生物的數(shù)量能有效緩解AD的病程，但仍不能從根本上修復(fù)已經(jīng)變性的神經(jīng)元或終止神經(jīng)元病變的進(jìn)程。

從病原體致病條件來看，病原微生物致病需要滿足2個方面，一是致病菌載量，二是宿主暴露于致病菌的時間條件。如此看來，口腔微生物引起AD需要一定數(shù)量的致病微生物從口腔隨血液穿透血腦屏障，那如何在大腦內(nèi)大量繁殖而不引發(fā)急性炎癥就成為一個未解之謎；其次，為何中國有超過90%的老年人都患有牙周病但絕大多數(shù)的牙周病患者卻沒有癡呆癥？

因此，仍需大量的科學(xué)研究工作來探究口腔微生物與AD發(fā)病之間的因果關(guān)系和具體機(jī)制，為AD的臨床治療提供新思路。