新型冠狀病毒肺炎與牙周炎的潛在關(guān)聯(lián)

羅 婷， 李文靜， 郭晶潔， 張姍姍， 李 杰

(1. 天津醫(yī)科大學總醫(yī)院 口腔科，天津 300052；2. 北京大學口腔醫(yī)院特診科 北京大學口腔生物材料實驗室，北京 100081；3. 國家藥品監(jiān)督管理局口腔材料重點實驗室，北京 100081；4. 北京大學 醫(yī)學部，北京 100191)

新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019, COVID-19)，是指由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus, SARS-CoV-2)引起的以肺為主要靶器官的全身多器官損傷性疾病[1]。截至北京時間2021年11月27日，全球累計COVID-19確診病例259 502 031例，累計死亡5 183 003例。COVID-19是目前全球面臨的最緊迫的公共衛(wèi)生問題之一[2]。COVID-19的潛伏期為1～14 d，最長達24 d。各年齡段人群對COVID-19均具有易感性[3]。其常見的癥狀主要為發(fā)熱、乏力、干咳、肌痛、呼吸困難。此外，部分患者還可能出現(xiàn)頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉等癥狀[4]。大多數(shù)患者為輕癥型，20%的患者會發(fā)展為重癥型，需要住院和氧氣支持治療。其中5%的患者需要入重癥監(jiān)護室，死亡率約為2%[5]。重癥型COVID-19的發(fā)生主要與高齡、系統(tǒng)性疾病和免疫抑制有關(guān)[4]。其癥狀迅速發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)、呼吸衰竭、多器官衰竭等[6]。老年人和患有慢性肺病、糖尿病、心臟病或慢性腎病等嚴重疾病的人都具有罹患重癥型的高風險[7]。牙周病(Periodontal Diseases, PDs)特指由微生物引起的只發(fā)生在牙周支持組織的慢性感染性疾病，分為牙齦病和牙周炎，其中牙齦病僅累及牙齦組織，而牙周炎則會累及牙齦、牙周膜、牙槽骨和牙骨質(zhì)。牙周炎是造成老年人牙周破壞和牙齒松動脫落的主要原因，其發(fā)病率在我國約為90%[8]。其致病機制主要與牙周袋內(nèi)大量繁殖的病原微生物、分泌的微生物毒性產(chǎn)物及宿主三者之間的免疫炎癥反應有關(guān)[8]?？谇晃⑸锶旱氖д{(diào)與宿主的免疫防御相互作用，最終導致炎癥和組織損傷。隨著口腔醫(yī)學的發(fā)展，牙周炎與全身系統(tǒng)性疾病的研究愈發(fā)受到關(guān)注與重視。牙周炎會通過口腔牙齒功能減退、微生物感染、炎癥反應等途徑對呼吸、消化、循環(huán)、內(nèi)分泌、神經(jīng)、運動、免疫、生殖等諸多系統(tǒng)造成影響，并帶來相應的系統(tǒng)性疾病[9]。研究表明，性別、年齡和糖尿病、高血壓、心血管疾病以及癌癥等并發(fā)癥可能會增加COVID-19死亡的風險[10-11]。但牙周炎與COVID-19之間是否存在潛在關(guān)聯(lián)有待進一步研究。

1 牙周炎致病機制

源于口腔特殊環(huán)境的影響，口腔微生物群的構(gòu)成復雜多變，包含細菌、真菌、支原體、原生動物和病毒等，其中細菌占據(jù)主要地位[12]。人們普遍認為，牙周病原體及其產(chǎn)物只影響口腔。然而，牙周感染能影響口腔外組織或器官，導致全身性疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)牙周炎與心腦血管疾病、慢性腎病、糖尿病、阿爾茨海默病、癌癥、早產(chǎn)低體重嬰兒及呼吸道感染等密切相關(guān)[8-9,13]。牙周炎很可能通過以下幾種方式對全身系統(tǒng)造成影響。

1.1 菌血癥

牙周炎患者中，牙齦上皮屏障破壞并伴潰瘍的產(chǎn)生，有助于齦下革蘭陰性菌通過血液全身傳播。牙周袋作為細菌、細菌產(chǎn)物及其免疫介質(zhì)儲備庫，為血液系統(tǒng)及其他組織提供感染源，促進其他全身系統(tǒng)性疾病發(fā)展。全身系統(tǒng)性疾病同時又影響牙周炎進展。短暫性菌血癥有可能在刷牙、使用牙線、咀嚼和口腔手術(shù)后產(chǎn)生。在人類動脈粥樣硬化斑塊中就存在牙周致病菌牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonasgingivalis)和伴放線聚集桿菌[14]。此外，在阿爾茨海默病患者的腦組織中也發(fā)現(xiàn)了牙齦卟啉單胞菌[15]。這些研究有力地表明，牙周致病菌可以通過血液傳播并在遠隔器官上定殖。

1.2 唾液吸入導致細菌的遷移

唾液的吸入在口腔細菌定殖于呼吸道中發(fā)揮了突出作用。牙周炎、牙齦出血、菌斑指數(shù)以及口腔內(nèi)呼吸道病原體的存在，可增加住院患者感染醫(yī)院獲得性肺炎的機會[16]。Bassis等[17]以健康肺部菌群、鼻腔菌群、口腔菌群為標本進行微生物多樣性分析后發(fā)現(xiàn)，健康肺部菌群與口腔菌群具很高的相似性。該項研究表明口腔菌群可能是健康肺部細菌的主要來源。

1.3 免疫失調(diào)

牙周炎活動期時，結(jié)締組織中存在持續(xù)強烈的炎癥浸潤。隨著Th1、Th2和Th17亞型細胞的激活，以及各種促炎細胞因子的產(chǎn)生，T細胞調(diào)節(jié)失調(diào)，從而激活其他免疫細胞，如中性粒細胞、樹突狀細胞和B細胞等。T細胞和B細胞受到刺激后，誘導核因子κB受體活化因子配體的釋放，促進破骨細胞活性，引起牙槽骨吸收，最終導致牙齒脫落[18]。這種慢性炎癥通常引起低程度的全身炎癥和細胞因子水平升高，如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、干擾素-γ(interferons-γ, IFN-γ)、白細胞介素-4(interleukin-4, IL-4)、IL-6、IL-10、IL-1β、鐵蛋白和c反應蛋白(C-reactive protein, CRP)[19]。這種炎癥反應的失調(diào)導致免疫系統(tǒng)的過度刺激，從而導致免疫失調(diào)[18]。

2 COVID-19致病機制

冠狀病毒科分3個屬，即α、β、γ屬。β冠狀病毒屬是對人類致病的主要冠狀病毒屬。SARS-CoV-2屬于β冠狀病毒屬[20]。其中棘突(spike, S)蛋白、膜(membrane, M)蛋白、包膜(envelope, E)蛋白和核衣殼(nucleocapsid, N)蛋白是冠狀病毒最為重要的4種結(jié)構(gòu)蛋白[21]。S蛋白在SARS-CoV-2的感染及傳播過程中發(fā)揮著重要作用。S蛋白由兩個亞基S1與S2組成，S1亞基包含1個信號肽、N端結(jié)構(gòu)域(NTD)和受體結(jié)合域(RBD)[22]。但SARS-CoV-2的致病機制尚不明確。

2.1 S蛋白-ACE2途徑

SARS-CoV-2表面S蛋白介導病毒與細胞膜受體結(jié)合并參與入胞過程。通過S蛋白RBD區(qū)域與人血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(Angiotensin-converting enzyme II, ACE2)的識別及結(jié)合來感染人的呼吸道上皮細胞[23]。ACE2在肺上皮細胞、心肌細胞、胃腸系統(tǒng)、腎近端小管細胞和動脈平滑肌細胞中高度表達。絲氨酸蛋白酶2(transmembrane protease serine 2, TMPRSS2)和半胱氨酸組織蛋白酶B或L(cathepsinB/L, CatB/L)分別介導SARS-CoV-2融入靶細胞的非內(nèi)體和內(nèi)體途徑，其中TMPRSS2占主導作用[24]。TMPRSS2可通過裂解并激活S蛋白實現(xiàn)膜融合和加工ACE2利于病毒入胞，促進SARS-CoV-2進入靶細胞[25-26]。

2.2 S蛋白-CD147(cluster of differentiation 147)途徑

SARS-CoV-2還可以利用S蛋白與CD147結(jié)合感染人細胞。CD147屬于免疫球蛋白超家族的跨膜糖蛋白，也稱為細胞外基質(zhì)金屬蛋白酶誘導因子，參與腫瘤發(fā)生、瘧原蟲侵襲和病毒感染。體外抗病毒實驗顯示，人工合成的CD147抗體Meplazumab可以通過阻斷CD147有效抑制病毒入侵宿主細胞[27]。

2.3 S蛋白-GM1神經(jīng)節(jié)苷脂途徑

SARS-CoV-2可通過S蛋白NTD區(qū)域與GM1神經(jīng)節(jié)苷脂相互作用。GM1神經(jīng)節(jié)苷脂是一種在細胞表面常見的分子。半乳糖素與GM1神經(jīng)節(jié)苷脂具有較高的親和力。半乳糖凝集素3(galectin-3, Gal-3)屬于半乳凝素家族中主要成員，在免疫細胞、上皮細胞及內(nèi)皮細胞中均都有表達。Gal-3參與許多生物學功能，包括肌成纖維細胞的活化和纖維化、細胞增殖、細胞分化、細胞凋亡、炎癥、免疫反應、血管生成、宿主防御等，并介導許多炎癥性疾病的免疫應答[28]。最近一項研究發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2 S蛋白中有一個重要區(qū)域與Gal-3的形態(tài)幾乎完全相同。抑制Gal-3可能會影響SARS-Cov-2的附著，降低病毒活性。此外還可導致IL-1和IL-6水平降低，同時IL-10水平升高。在COVID-19患者中，Gal-3抑制劑通過抑制促炎細胞因子的釋放而降低細胞因子風暴(cytokine storm, CS)的發(fā)生率[28]。

2.4 SARS-CoV-2感染引發(fā)CS

CS是指特定條件下，機體內(nèi)促炎細胞因子水平迅速升高，導致的異常免疫反應[29]。CS是一種全身炎癥反應，可由多種因素觸發(fā)，如某些藥物和感染[30]。CS與SARS-CoV-2感染的嚴重程度有關(guān)[31]。其致病機制可能是大量趨化因子和細胞因子在炎癥部位產(chǎn)生，引起單核細胞和T細胞等免疫細胞聚集，被激活的免疫細胞又產(chǎn)生大量細胞因子，如此循環(huán)，引起肺部的大面積炎癥，最終導致ARDS和多器官衰竭。CS在COVID-19患者中很常見，與呼吸衰竭、ARDS和不良臨床預后相關(guān)[32-33]。

3 探討COVID-19與牙周炎之間潛在關(guān)聯(lián)

COVID-19與許多慢性疾病存在相關(guān)性。Anand等[34]就牙周炎與COVID-19的研究進行了臨床病例對照研究，將SARS-CoV-2逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(real-time reverse transcription polymerase chain reaction, rRT-PCR)陽性的患者納入病例組(n=79)，rRT-PCR陰性者納入對照組(n=71)。牙周檢查包括記錄菌斑指數(shù)、牙石指數(shù)、牙齒松動度、牙齦出血、探診深度、牙齦退縮和臨床附著水平。研究發(fā)現(xiàn)病例組的上述指標明顯高于對照組，提示牙周炎與COVID-19顯著相關(guān)。Larvin等[35]抽取了英國生物樣本庫在2020年3月至6月期間接受COVID-19檢測的參與者(n=13 253)，來研究牙周病對COVID-19感染和預后的影響。發(fā)現(xiàn)牙周病患者和自述無牙周病史患者之間COVID-19感染風險無明顯差異。但是在COVID-19陽性患者中，患有牙周病的死亡率明顯更高。Marouf等[36]通過納入568例患者的研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎與COVID-19患者入ICU、需要輔助通氣和死亡風險升高相關(guān)，且COVID-19合并牙周炎患者的血液白細胞、D-二聚體和CRP水平顯著升高。牙周炎患者由于細菌感染導致炎性細胞聚集產(chǎn)生大量細胞因子，導致基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)釋放增多。已證實MMPs在牙周炎及慢性阻塞性肺病這兩種疾病的病理機制中具有關(guān)鍵作用。在牙周炎患者牙齦組織、齦溝液及唾液中MMP-8活性升高[37]。Gupta等[38]和Botros等[39]對所有涉及的患者進行了實時臨床檢查，結(jié)合aMMP-8快速診斷試劑來確定是否處于牙周炎活動期，發(fā)現(xiàn)牙周炎增加COVID-19患者的不良預后。目前沒有足夠的證據(jù)表明牙周炎與感染COVID-19風險增加有關(guān)。但是牙周炎很有可能增加COVID-19不良預后的風險。牙周炎可能是通過以下幾種方式影響COVID-19進展及預后。

3.1 口腔黏膜上皮屏障的破壞

口腔和感染的牙周組織是呼吸道病原體的潛在來源。齦下菌斑中含有700多種細菌，革蘭陰性厭氧菌是導致牙周炎的主要病原體[40]。COVID-19患者唾液和齦溝液中存在高濃度SARS-CoV-2，牙周袋更是為病毒提供了儲存場所。牙周健康狀態(tài)下，牙齦上皮細胞釋放抗微生物肽阻止細菌進入體內(nèi)從而提供機械屏障。牙周炎時由于口腔黏膜上皮屏障的破壞導致SARS-CoV-2經(jīng)過體循環(huán)或吸收途徑傳播到全身。因此牙周炎很可能加重COVID-19癥狀。

3.2 唾液吸入導致細菌和病毒混合感染

唾液微生物群含有多種病原微生物，能反映牙齦上下菌群的局部變化。在齦溝液及唾液中可檢測出SARS-CoV-2，其中齦溝液拭子敏感性為63.64%(唾液拭子的敏感性約為64.52%)[41]。唾液飛沫含有很高的病毒載量，特別是在感染的早期階段。感染者打噴嚏或咳嗽則有助于病毒的傳播。同時，唾液飛沫的吸入可能會將病毒及牙周致病菌帶到下呼吸道。研究表明，牙周致病菌的吸入促進下呼吸道產(chǎn)生關(guān)鍵炎癥細胞因子，加重SARS-CoV-2對肺部的感染[42-43]。呼吸道病毒感染使患者容易發(fā)生細菌交叉感染，導致疾病嚴重程度及死亡率的增加。已證明SARS-CoV-2可以增加鏈球菌對呼吸道上皮細胞的黏附，抑制病菌的清除，導致肺炎和肺損傷等并發(fā)癥[44]。

3.3 相似細胞因子及趨化因子的過表達

牙周炎和COVID-19可釋放類似的促炎細胞因子和趨化因子，如CRP、急性期蛋白、TNF-α、IL-1β、IL-2和IL-6和IFN-γ等。因此牙周炎與COVID-19之間很有可能存在相關(guān)性。牙周炎時組織釋放的前炎性細胞因子可能通過外周血液循環(huán)最終到達肺部組織內(nèi)，趨化白細胞到達肺部組織內(nèi)，釋放更多的細胞因子及蛋白酶類，最終導致肺組織的損傷。SARS-CoV-2和牙周致病菌的聯(lián)合感染在增加炎癥反應和CS中起著關(guān)鍵作用。這種感染之間的協(xié)同作用可能增加COVID-19患者不良預后的風險。

3.4 促進SARS-CoV-2對牙周組織感染

ACE2在人體內(nèi)的表達和分布可能提示SARS-CoV-2潛在的感染途徑及范圍。Xu等利用單細胞RNA測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)ACE2在舌、頰黏膜和牙齦表達，主要在舌上皮細胞高度表達。表明口腔黏膜可能是SARS-CoV-2感染潛在的高危途徑[45]。COVID-19患者經(jīng)常出現(xiàn)口腔、心血管和胃腸道并發(fā)癥[6,45-47]，這可能是因為ACE2受體在這些組織中廣泛表達，ACE2表達越多的人可能更容易感染SARS-CoV-2。

同時當牙周致病菌被吸入肺部時，由于病菌及其產(chǎn)物如內(nèi)毒素等的影響，ACE2在支氣管、肺部和口腔黏膜的表達增加，這種過度表達可能會增加感染SARS-CoV-2的風險[48]。ACE2在不同器官、組織和細胞類型中的表達為COVID-19潛在感染途徑提供了生物信息學證據(jù)。CD147主要在上皮細胞中表達，尤其是牙周袋上皮細胞中高度表達[49]。因此牙周炎有可能通過該途徑增加SARS-CoV-2的感染。Kara等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，Gal-3釋放的增加與牙周炎的嚴重程度相關(guān)，并可以作為牙周炎急性期的反應物。但CD147和Gal-3與COVID-19感染的潛在關(guān)聯(lián)還需更進一步的研究來證明。

4 小 結(jié)

目前沒有足夠的證據(jù)證明牙周炎與COVID-19發(fā)病率上升有直接關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)牙周炎與COVID-19存在間接聯(lián)系。牙周炎可能為SARS-CoV-2及牙周致病菌提供儲存場所，促進其在全身的傳播，同時引起相似細胞因子及趨化因子的過表達，引發(fā)CS，從而增加了COVID-19患者嚴重不良反應的發(fā)生概率。牙周炎可能是重癥型COVID-19潛在危險因素。這為COVID-19合并牙周炎患者的治療提供新型研究思路及理論依據(jù)。該結(jié)論也提示對COVID-19患者進行常規(guī)專業(yè)口腔檢查的重要性，并且對COVID-19合并牙周炎患者行牙周基礎(chǔ)治療及輔助藥物治療有望對其COVID-19進展及預后起到積極作用。雖然牙周炎和COVID-19癥狀的嚴重程度之間的關(guān)聯(lián)合乎邏輯，但仍需要更多的研究來證實。