【摘要】細菌素是由某些細菌在代謝過程中通過核糖體合成機制產(chǎn)生的一類具有生物活性的蛋白質(zhì)、多肽或前體多肽。齲病相關細菌產(chǎn)生的細菌素可能與細菌的定植、黏附等致齲性有關。本文介紹齲病相關細菌產(chǎn)生的細菌素，重點介紹變鏈素、乳桿菌素和血鏈素等的研究進展。

【關鍵詞】細菌素;齲病相關細菌;研究進展

生態(tài)學理論認為，與齲病發(fā)生相關的細菌都是口腔常駐微生物。在生理狀態(tài)下，細菌之間、宿主與細菌之間處于動態(tài)平衡，不發(fā)生疾病。當口腔生態(tài)平衡轉化為生態(tài)失調(diào)，口腔細菌的生理性組合被打破，正常細菌就轉化為條件致病菌引起齲病。細菌素是影響細菌間相互作用的重要因素之一，是口腔生態(tài)系的重要調(diào)節(jié)因子，在齲病的發(fā)生發(fā)展過程中有重要作用。本文就齲病相關細菌產(chǎn)生的細菌素的研究現(xiàn)狀作一綜述。

1、細菌素的定義、分類及作用機制

1925年Gratia發(fā)現(xiàn)的1株大腸桿菌產(chǎn)生的大腸桿菌素(colicine)，對其他大腸桿菌有明顯的抗菌活性。1953年，Jocob等對由細菌產(chǎn)生的，對同源細菌具有高度專一性的抗菌蛋白物質(zhì)統(tǒng)稱為細菌素(bacteriocin)。細菌素是由某些細菌在代謝過程中通過核糖體合成機制產(chǎn)生的一類具有生物活性的蛋白質(zhì)、多肽或前體多肽^①。細菌素的產(chǎn)生由質(zhì)粒控制，可以附著于特異的受體，通過特定的殺菌方式殺滅或抑制與之有相同或相似環(huán)境的其他微生物。所有產(chǎn)生細菌素的細菌都存在著特異性免疫基因，所產(chǎn)生的細菌素不會對產(chǎn)生菌本身造成傷害^②。對于某些細菌產(chǎn)生的非確定性的蛋白類抗菌物質(zhì)，常用類細菌素(bacteriocin-like)的說法來代替，在這里也統(tǒng)稱為細菌素。細菌素既不同于由多酶機制合成的肽類抗生素，也不是對產(chǎn)生菌有致死作用的自殺蛋白。

依據(jù)翻譯后的修飾過程不同，革蘭陽性菌產(chǎn)生的細菌素可分為2類：第1類是翻譯后經(jīng)過修飾的細菌素，因分子中含有羊毛硫氨酸的結構，故被稱為羊毛硫型細菌素(lantibiotic)。羊毛硫型細菌素的靶器官是細菌的細胞膜，在一定膜電位的存在下，吸附于感受菌的細胞膜上。然后侵入膜內(nèi)形成通透孔道，因此有人認為羊毛硫型細菌素屬于孔道形成蛋白，可允許相對分子質(zhì)量為0.05×104的親水溶液通過，導致K+從胞漿中流出，細胞膜去極化及ATP泄露，細胞外水分子流入，細胞自溶而死亡。因其作用需膜電位的存在，故又稱為能量依賴型細菌素。第2類是翻譯后不被修飾的細菌素，稱為非羊毛硫型細菌素(unlantibi-otic)。非羊毛硫型細菌素也是在細胞膜上形成1個親水孔道，經(jīng)細胞膜上特定的受體蛋白介導，但與膜電位無關。該類細菌素又被稱為非能量依賴型細菌素^③。與羊毛硫型細菌素相比，非羊毛硫型細菌素的作用主要是破壞膜功能的穩(wěn)定性，而不是破壞膜結構的完整性。

2、變鏈素

變異鏈球菌(Streptococcusmutans，S.mutans)產(chǎn)生的細菌素叫變鏈素。目前已有多種變鏈素被分離、純化，并完成氨基酸序列分析和基因序列分析。變異鏈球菌是齲病的主要相關菌，對變鏈素的研究可為進一步了解變異鏈球菌與口腔微生態(tài)的關系，為齲病的生態(tài)防治提供理論依據(jù)。

變鏈素具有較寬的抗菌譜且不同變鏈菌株產(chǎn)生的變鏈素的抗菌譜不同。變鏈素的活性與變異鏈球菌的菌株種類及發(fā)育譜系有關。Balakrishnan等^④對來自新西蘭、北美和歐洲的16株有較強產(chǎn)變鏈素活性的變異鏈球菌進行研究，依據(jù)其對同類菌株和指示菌株的延遲對抗試驗活性不同，將其分為A，B，C，D4個種類。他們的研究表明，變鏈素不同的活性與變異鏈球菌不同的發(fā)育譜系有關。Longo等^⑤在齲活躍兒童和無齲兒童中分離了19株變異鏈球菌，發(fā)現(xiàn)這些菌株產(chǎn)生的細菌素的抑菌譜明顯不同，其抑菌譜與患齲狀況或鏈球菌感染水平無關。Kamiya等^⑥從患齲者和無齲者分離出319株變異鏈球菌，分析顯示兩組人群分離出的菌株所產(chǎn)生的變鏈素種類和抑菌譜有明顯差異，同種變異鏈球菌基因型有不同的變鏈素產(chǎn)生譜，表現(xiàn)出高度的種群間變異。Kamiya等^⑦發(fā)現(xiàn)一些變異鏈球菌產(chǎn)生的變鏈素具有寬的抗菌譜，能抑制對普通抗生素有耐藥性的細菌，如金黃色葡萄球菌﹑表皮葡萄球菌﹑糞腸球菌和化膿性鏈球菌。李頌等^⑧對變異鏈球菌變鏈素粗提物活性的初步研究發(fā)現(xiàn)，10mL液體的粗提物，可形成直徑19mm的抑菌環(huán)，表明粗提物具有抗菌活性。將粗提物加熱到80℃，抗菌活性可維持120min，表明其中含有熱穩(wěn)定性抗菌物質(zhì)。變鏈素的粗提物能反映變鏈素的活性和性質(zhì)，適合于大量臨床株的研究。由于變鏈素具有廣譜抑菌和低作用濃度的特點，促使它有可能成為抗菌劑，特別是某些耐藥抗生素的替換劑。

研究表明，變鏈素活性與變異鏈球菌基因多態(tài)性有關。在任意引物聚合酶鏈式反應(arbitra-rilyprimedpolymerasechainreaction，AP-PCR)基因分型的基礎上，選擇來自單基因型定植的個體和多基因型共同定植的個體的變異鏈球菌各50株，分別作為單基因型組和多基因型組進行研究。結果發(fā)現(xiàn)，變鏈素抑菌環(huán)和抑菌譜在不同個體之間有差異^⑨。Kamiya等^⑦用聚合酶鏈式反應(polymerasechainreaction，PCR)和半定量逆轉錄聚合酶鏈式反應的方法檢測了編碼變鏈素Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ的基因出現(xiàn)頻率和表達情況，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)變鏈素基因具有高度的表型多樣性，bsm基因表達頻率高于變鏈素基因Ⅰ～Ⅳ，體現(xiàn)了一個寬廣的編碼抗微生物肽的遺傳性狀能在不同的制品中起作用。

CSP信號系統(tǒng)所決定的密度感應系統(tǒng)對變鏈素產(chǎn)生起一定調(diào)控作用。Wang等^⑩發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)由com基因編碼，介導了變異鏈球菌GS5和BM71的變鏈素的產(chǎn)生，口腔其他鏈球菌的相互作用也干擾生物膜狀態(tài)下的變異鏈球菌產(chǎn)生變鏈素，口腔細菌抑制變鏈素產(chǎn)生在生物膜狀態(tài)下表現(xiàn)更明顯。他們還利用轉座子Tn196誘發(fā)突變發(fā)現(xiàn)，challisin格氏鏈球菌的sgc基因是抑制變鏈素產(chǎn)生的重要原因。Kreth等^⑾采用熒光素酶融合(lucife-rasefusions)及實時逆轉錄聚合酶鏈反應的方法發(fā)現(xiàn)，高細胞密度和comED系統(tǒng)可調(diào)節(jié)變鏈素和類變鏈素基因，在高細胞密度或者加入外源性CSP的情況下，基因表達增加，細胞密度和CSP依賴基因的表達都需要comE反應調(diào)節(jié)因子的參與。變鏈素Ⅰ的產(chǎn)生對多種輸入信號敏感，可誘導抑制物irvA可能存在于LUXS介導的變鏈素Ⅰ基因的調(diào)節(jié)路徑中，這些輸入信號分為irvA依賴途徑和irvA非依賴途徑^⑿。

1998年Gronroos等發(fā)現(xiàn)在母子間傳播的變異鏈球菌產(chǎn)生的變鏈素的活性強于非傳播菌株變鏈素的活性。有學者進一步研究表明，攜帶mutAⅠ基因的變異鏈球菌株都是非傳播菌株，對mutAⅡ和mutAⅢ的低檢出率表明產(chǎn)生變鏈素樣物質(zhì)所需的遺傳性狀具有高度的異質(zhì)性^⒀。

3、乳桿菌素

乳桿菌(Lactobacillus)也是重要的齲病相關菌，與齲病的嚴重程度有關，它產(chǎn)生的細菌素統(tǒng)稱乳桿菌素。現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)了多種乳桿菌的細菌素，但它們的作用方式、相對分子質(zhì)量及生化特性不盡相同，抑菌范圍也不一樣。大多數(shù)學者研究認為，乳桿菌素抑菌譜較廣，但也有學者卻得出乳桿菌所產(chǎn)生的細菌素其抑菌范圍較窄，一般只對親緣關系較近的其他乳桿菌有抑制作用的結論。Smith等^⒁對93例患齲者的菌斑和唾液進行研究共得到104株分離株，其中乳桿菌65株占62.5%。他們測試了分離得到的所有乳桿菌產(chǎn)生的細菌素對大腸桿菌屬﹑沙門氏菌屬﹑志賀菌屬﹑克雷伯菌屬及彎曲桿菌屬細菌的作用，發(fā)現(xiàn)除丙酸桿菌外其他乳酸菌產(chǎn)生的細菌素至少能抑制1種指示菌。嗜酸乳桿菌(Lactobacillusacidophilus，L.aci-dophilus)與齲病的關系最為密切。迄今為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多不同種類的嗜酸乳桿菌的細菌素。Chum-chalova等^⒂對嗜酸乳桿菌CH5產(chǎn)生的細菌素aci-docin5進行鑒定和提純，證明了該細菌素屬于有相同N末端序列的Ⅱ類細菌素，但與其他有同源性的嗜酸乳桿菌產(chǎn)生的細菌素不同，它有較寬的抗菌譜。Han等^⒃對嗜酸乳桿菌GP1B產(chǎn)生的細菌素也進行了提純和鑒定，發(fā)現(xiàn)其細菌素acidocin1B具有熱穩(wěn)定性，其相對分子質(zhì)量為0.421465×104，質(zhì)粒療法結果顯示，質(zhì)粒PLA1B與acidocin1B的產(chǎn)生及宿主的免疫有關，并且該質(zhì)?？梢酝ㄟ^電穿孔的方法轉移到嗜酸乳桿菌ATCC43121的感受態(tài)細胞中。Deraz等[17]研究嗜酸乳桿菌DSM20079產(chǎn)生的細菌素acidocin20079的物理化學性質(zhì)，確定了該細菌素的部分肽段序列和二級結構。該細菌素含有高的甘氨酸殘基、疏水性殘基和酸性殘基，未發(fā)現(xiàn)修飾過的氨基酸，對該肽段的Edman降解和C末端測序失敗表明，該肽段可能是循環(huán)的，其二級結構中2.13%的殘基是α-螺旋，23.27%為β-折疊構象。他們對該細菌素作用方式的進一步研究發(fā)現(xiàn)，acidocin20079的活性是伴有細胞溶解的殺菌作用^⒄⒅。嗜酸乳桿菌的細菌素LactacinB的產(chǎn)生是由包含在12個基因中的操縱子控制的，這些基因有一個共同的轉錄產(chǎn)物。LBA1800是該細菌素產(chǎn)生的引導肽^⒆。

4、血鏈素

血鏈球菌(Streptococcussanguis，S.sanguis)是最早定植于口腔的細菌之一，對于其他細菌在口腔的黏附、定植具有重要的生物學作用。研究顯示，變異鏈球菌與血鏈球菌為了競爭牙面生態(tài)位點存在著相互拮抗關系，而這種拮抗關系與其細菌素及細菌素樣物質(zhì)有關。近年來，學者們對血鏈球菌產(chǎn)生的血鏈素的分離純化﹑抑菌活性﹑抑菌機理等方面都進行了深入的研究，研究主要集中在與牙周病的關系及防治方面。他們認為血鏈球菌產(chǎn)生的細菌素對牙周可疑致病菌具有較強的拮抗作用，而血鏈素在齲病發(fā)生發(fā)展及防治中的作用認識有限。Kaewsrichan等^⒇研究發(fā)現(xiàn)，血鏈球菌10556產(chǎn)生的新的抗菌蛋白可能用于治療和預防齲病。

5、其他齲病相關菌的細菌素

一些腸道細菌特別是乳桿菌和雙歧桿菌可在抑制鏈球菌的致齲能力方面發(fā)揮著有益作用，然而關于它們在口腔的定植及對口腔生物膜的作用尚待進一步研究[21]。O′Connor等的研究發(fā)現(xiàn)，含乳鏈菌素3147的食物能有效抑制口腔內(nèi)的變異鏈球菌。這種抑制作用為乳鏈菌素3147作為抗齲制劑的發(fā)展提供了新的可能性，特別是在為提高口腔健康的功能性食品領域。唾液鏈球菌K12產(chǎn)生的細菌素可被用作口腔抗微生物的靶標，Horz等用實時定量PCR的方法評估它的分布和保留時間，結果發(fā)現(xiàn)，唾液鏈球菌K12可在長達3周的時間內(nèi)在口腔黏膜上被檢測到，但是8d以后持續(xù)降低，當經(jīng)常反復攝取時，唾液鏈球菌K12有控制口腔感染的潛力。

6、結束語

近年來，學者們對多種齲病相關細菌產(chǎn)生的細菌素從不同角度進行了廣泛而深入的研究，這不僅為研究細菌的相互作用及口腔微生態(tài)環(huán)境提供了理論依據(jù)而且也為齲病生態(tài)療法的研究提供了條件，對探討齲病的病因及防治齲病有重要意義。細菌素以其安全、高效、無毒副作用和無抗藥性等優(yōu)點已引起廣大醫(yī)療工作者和醫(yī)藥開發(fā)人員的關注，應用前景廣闊。

【參考文獻】

[1] Jack RW,Tagg JR,Ray B.Microbiol Rev,1995,59(2):171-200.

[2] Bowdish DM,Davidson DJ,Hancock RE.Curr Protein Pept Sci,2005,6(1):35-51.

[3] Montville TJ,Winkowski K,Ludescher RD.Int Dairy J,1995,5(8):797-814.

[4] Balakrishnan M,Simmonds RS,Kilian M,et al.J Med Microbiol,2002,51(11):941-948.

[5] Longo PL,Mattos-Graner RO,Mayer MP.Oral Microbiol Immunol,2003,18(3):144-149.

[6] Kamiya RU,Napimoga MH,Rosa RT,et al.Oral Microbiol Immunol,2005,20(1):20-24.

[7] Kamiya RU,Goncalves RB,Hofling JF.J Med Microbiol,2008,57(5):626-635.

[8] 李 頌,劉天佳,付春華,等.實用口腔醫(yī)學雜志,2004,20(4):422-424.

[9] 李 頌,劉天佳,胡曉燕,等.中國微生態(tài)學雜志,2007,19(3):253-255.

[10] Wang BY,Kuramitsu HK.Appl Environ Microbiol,2005,71(1):354-362.

[11] Kreth J,Merritt J,Zhu L,et al.FEMS Microbiol Lett,2006,265(1):11-17.

[12] Tsang P,Merritt J,Shi W,et al.FEMS Microbiol Lett,2006,261(1):231-234.

[13] Li S,Liu T,Xiao X,et al.Caries Res,2005,39(5):417-421.

[14] Smith SI,Aweh AJ,Coker AO,et al.Microbios,2001,105(411):77-85.

[15] Chumchalova J,Stiles J,Josephsen J,et al.J Appl Microbiol,2004,96(5):1082-1089.

[16] Han KS,Kim Y,Kim SH,et al.J Microbiol Biotechnol,2007,17(5):774-783.

[17] Deraz SF,Hedstrm M,Karlsson NE,et al.World J Mic-robiol Biotechnol,2007,23(7):911-921.

[18] Deraz SF,Karlsson EN,Khalil AA,et al.J Ind Microbiol Biotechnol,2007,34(5):373-379.

[19] Dobson AE,Sanozky-Dawes RB,Klaenhammer TR.J Appl Microbiol,2007,103(5):1766-1778.

[20] Kaewsrichan J,Chuchmo T,Teanpaisan R.FEBS J,2005,272(1):91.

[21] Meurman JH.Eur J Oral Sci,2005,113(3):188-196.

[22] O′Connor EB,O′Riordan B,Morgan SM,et al.J Appl Microbiol,2006,100(6):1251-1260.

[23] Horz HP,Meinelt A,Houben B,et al.Oral Microbiol Immunol,2007,22(2):126-130.