具核梭杆菌对牙龈卟啉单胞菌和伴放线聚集杆菌致病作用的影响

摘要

目的:牙周炎是多种细菌混合感染所致的口腔炎症性病变，可以导致牙周支持组织的破坏和牙齿的松动脱落。以往的研究表明，牙周组织的细菌性感染是由口腔菌群和其周围的上皮细胞相互作用的结果。因此，研究不同种类的牙周致病菌及其宿主细胞之间的互动影响是非常必要的。
　　到目前为止，在龈下菌斑生物膜中发现至少有300多种不同种类的细菌。龈下细菌的聚集有一定规律，按照它们的聚集特点以及与牙周状况的关系，分为6个主要的微生物复合体。与牙周炎关系紧密的牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonasgingivalis, Pg)和伴放线聚集杆菌(Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Aa)分别为红色复合体和绿色复合体。然而，他们经常在橙色复合体存在的环境中被发现，比如有具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum，Fn)的微生态系。Fn是一种有致病潜力的口腔共生菌，其独特之处是能够与几乎所有的口腔细菌发生共聚，可以作为共聚桥连接早期定植的细菌和晚期定植的细菌。因其具有广泛的共聚能力被认为在牙菌斑成熟过程中发挥重要作用，在牙周病变的进展过程中起到了间接的促进作用。此外，有研究表明Fn能够与Pg和Aa相互影响。
　　与其他感染性疾病相似，致病菌对上皮细胞表面的粘附和随即发生的入侵过程是牙周炎发病的关键阶段。数十年以来，致病菌的入侵能力一直被认为是牙周炎的潜在致病因子。由于不同菌种之间的相互作用，Pg、 Aa与Fn的相互共聚、同时感染可能会影响它们对牙龈上皮细胞的粘附和入侵。
　　细菌与其周围上皮细胞间的相互作用是细菌感染过程中的重要阶段，牙龈上皮细胞既是物理性屏障，同时还传递细菌信号，是检测细菌存在的传感器，维持健康和疾病之间的平衡。在先天性免疫防御机制中，细菌与上皮细胞之间的相互作用可以刺激上皮细胞表达多种免疫反应介质。其中，白细胞介素-8(Interleukin-8，IL-8)是一种强有效的致炎因子，能够促进中性粒细胞的趋化、激活中性粒细胞并且诱导其增殖。而β-防御素族的人β-防御素2(humanβ-defensin2，hBD-2)不仅可以吸引单核细胞、促进中性粒细胞的趋化，也能够激活先天性和获得性免疫防御。在先天性免疫应答中，橙色复合体中的细菌和红色复合体中的细菌所产生的功效是不同的，分别归属于两种不同复合体的细菌间的相互影响可能会调节IL-8和hBD-2的表达，从而在牙龈组织的免疫调节方面产生协同效应。
　　因此，本研究的目的在于观察Fn与主要的牙周致病菌Pg、Aa的相互共聚、同时感染对Pg、 Aa粘附和入侵牙龈上皮细胞能力的影响，以及对牙龈上皮细胞IL-8的生成和hBD-2表达的影响。Pg、Aa单独粘附和入侵牙龈上皮细胞，以及Pg、Aa与Fn相互共聚、同时感染时粘附和入侵牙龈上皮细胞的能力均被检测。此外，Pg、Aa单独或与Fn相互共聚、同时感染牙龈上皮细胞时，利用酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)和实时荧光定量PCR(real-timePCR，RT-PCR)分别测定牙龈上皮细胞IL-8和hBD-2的表达。
　　方法:1、Pg、Aa单独或与Fn相互共聚、同时感染时粘附和入侵Ca9-22细胞能力的研究
　　牙龈上皮细胞接种于12孔平底细胞培养板，细胞密度为2.0×105/孔，每孔1ml。在致感染之前，细胞用磷酸盐缓冲生理盐水(phosphate-buffered saline，PBS，pH7.4)洗两遍，用无抗生素的最小必需培养基（minimal essential medium，MEM）培养2小时。三种不同的菌种接种于脑心浸液肉汤(Sigma, USA)上，补充0.5％的酵母提取物，氯化血红素(5μg/ml)和维生素K1(5μg/ml)，细菌培养2天直到OD660nm达到1.0。经PBS洗过之后，菌细胞悬浮于MEM。细菌悬液(2.0×107/孔)加入铺满的单层Ca9-22细胞中，在37℃、5％ CO2的孵育箱内培养。
　　在粘附部分的检测中，细菌与单层Ca9-22细胞孵育1小时，然后单层细胞用PBS洗四遍，去除未粘附的细菌。接下来每孔加入1ml的无菌蒸馏水用于裂解细胞达90分钟，将溶解产物稀释1000倍，接种于脑心浸液血琼脂平板(Brain HeartInfusion agar-Supplemented，BHI-S)，每板100μl菌液，在37℃厌氧环境中培养10天。
　　在入侵部分的检测中，细菌与单层Ca9-22细胞孵育4小时。在接下来的孵育过程中，单层细胞用PBS洗四遍，去除未粘附的细菌，接种于含200μg/ml甲硝唑和300μg/ml的庆大霉素的MEM中培养1小时，杀灭粘附于细胞外面的细菌。暴露于抗生素之后，单层细胞经PBS洗两遍，用每孔1ml的无菌蒸馏水裂解细胞90分钟。将溶解产物稀释100倍，接种于BHI-S血琼脂平板，每板100μl菌液，在37℃厌氧环境中培养10天。
　　粘附和入侵的微生物所形成的菌落形成单位按照接下来的孵育状况进行计算，细菌粘附和入侵的能力用细胞溶菌作用后重新获得的细菌相对于起初加入的细菌总量的百分率表示。
　　2、Pg、Aa单独或与Fn相互共聚、同时感染Ca9-22细胞时IL-8和hBD-2表达的研究
　　为了检测Ca9-22细胞所分泌的IL-8的总量，细菌悬液(2.0×107/孔)加入铺满Ca9-22的单层细胞中37℃、5％ CO2孵育4小时。然后收集细胞培养液上清，-20℃保存。ELISA定量分析细胞培养液上清中IL-8的浓度，用鼠IL-8单克隆抗体(1∶100，Dako)作为捕获抗体包被微孔板。重组IL-8或在测试样品中捕获的鼠抗体通过加入的兔IL-8多克隆抗体进行检测，随即加入生物素化的羊抗兔IgG(1∶200，Dako)和链霉亲和素-辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase，HRP)以及HRP底物2，2'-联氮基双。37℃孵育45分钟，测试样品中IL-8的浓度通过已知浓度的重组β溶血性链球菌(beta-hemolytic streptococcal，BHS)和IL-8所生成的标准曲线测得。
　　从Ca9-22细胞提取的总RNA（2微克）进行逆转录，使用(dT)18和SuperscriptⅡ酶（Invitrogen），反应混合物25微升，42℃反应1小时。在20微升体系中进行实时PCR，反应混合物含有1微升模板cDNA、SYBR Premix Ex Taq、ROXReference Dye（Sigma, USA）和每一种引物（0.2微摩尔）。使用的引物序列是:GAPDH正向引物，5'-CAGCCTCAAGATCATCAGCA-3'和反向引物5'-CCATCCACAGTCTTCTGGGT-3'; hBD-2正向引物5'-AGACTCAGCTCCTGGTCAAGCTC-3'和反向引物5'-TGGCTCCACTCTTAAGGCAGGTA-3'。为了防止扩增出污染的基因组DNA，所有的引物被设计可以扩增至少两个外显子。扩增在荧光热循环仪(StepOne Plus)中按照以下条件进行:94℃预变性1分钟，然后是95℃变性15秒、62℃退火15秒和72℃延伸33秒，共40个循环。通过熔解曲线分析和3％琼脂糖凝胶检验来验证PCR产物的特异性。在目的基因扩增的同时也扩增管家基因甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，GAPDH)，使用2-△CT计算相比GAPDH的相对拷贝数。
　　结果:1、Pg、Aa单独或与Fn相互共聚、同时感染时粘附和入侵Ca9-22细胞能力的研究
　　Pg、Aa和Fn单独粘附细胞的能力分别是0.97±0.38％，2.62±0.58％和1.06±0.30％。Pg与Fn相互共聚、同时感染时，Pg粘附Ca9-22的能力被明显增强至两倍（P＜0.05）。Aa粘附Ca9-22细胞的能力在Fn存在的状态下比A2处理组约升高178.24％(P＜0.05)。这些结果显示与Fn共同孵育后的Pg、Aa粘附Ca9-22细胞的能力被增强，然而这样的效果可以被Fn的粘附、入侵抑制剂半乳糖所抑制。
　　Pg、Aa和Fn单独入侵细胞的能力分别是0.35±0.08％，1.01±0.15％和0.44±0.11％。Pg、 Aa入侵Ca9-22细胞的能力在Fn存在的状态下比缺乏Fn时分别显著增强251.43％和207.92％(P＜0.05)。这些结果表明Fn能够有效增强Pg、Aa入侵Ca9-22细胞的能力，然而这样的效果可以被半乳糖所抑制。
　　2、Pg、Aa单独或与Fn相互共聚、同时感染Ca9-22细胞时IL-8和hBD-2表达的研究
　　在单种细菌感染的实验中，A3处理组中Ca9-22细胞的IL-8产生量最高(428.75pg/ml)，相反的，IL-8产生量最低的为A1处理组(386.66 pg/ml)。在多种细菌感染的实验中，与A3处理组相比，B1和B2处理组中IL-8的产生量分别降低6.12％和8.05％。而在C1-C4处理组中，IL-8的产生量均比B1-B4处理组轻度升高(P＜0.05)。
　　在单种细菌感染的实验中，A3处理组中Ca9-22细胞hBD-2 mRNA的表达最高(0.48)，相反的，hBD-2 mRNA表达最低的为A1处理组(0.26)。在多种细菌感染的实验中，与A3处理组相比，B1和B2处理组中hBD-2 mRNA的表达分别降低66.94％和51.39％。与此同时，在C1-C4处理组中，hBD-2 mRNA的表达均相应的比B1-B4处理组有所升高(P＜0.05)。
　　结论:1、与Fn共聚后，Pg和Aa粘附、入侵牙龈上皮细胞的能力被增强，增强效果可以被半乳糖所抑制。
　　2、与Fn共聚后的Pg和Aa下调牙龈上皮细胞IL-8的生成和hBD-2的表达，下调程度可以被半乳糖所抑制。

目录

声明

摘要

符号说明

前言

第一部分 Fn与Pg、Aa共聚后对Pg、Aa粘附、入侵皮上细胞能力的影响

材料和方法

结果

讨论

第二部分 Fn与Pg、Aa共聚后对宿主自身免疫状态的影响

材料和方法

结果

讨论

全文结论

参考文献

文献综述

致谢

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附录