-
口腔细菌代谢产碱及其分子生物学研究进展
< br>【摘要】口腔细菌代谢产碱对牙菌斑生物膜菌群平衡和酸碱平
衡极其重要，口腔中
唾液和细菌的代谢产碱水平与龋病的发生呈负
相关。口腔中代谢产碱是由多细菌多途径组
成的复杂体系，受诸多
环境因素的密切调控。本文就生物膜中细菌代谢产碱的主要途径、
生物膜中细菌代谢产碱与龋病的关系、口腔细菌代谢产碱的分子生
物学研究进展等作一综述。
【关键词】龋病；牙菌斑；口腔细菌；代谢产碱
【中图分类号】
r780.2
【文献标志码】
a
牙菌斑生物膜是定
植于牙表面的微生物群落，其与宿主防御之
间存在着动态平衡，且与定植部位相适应。牙
菌斑生物膜的细菌组
成和代谢与龋病和牙周病关系密切。牙菌斑生物膜中糖源物质的摄<
/p>
入，致变异链球菌和乳杆菌等菌群产酸和耐酸菌并过度生长形成优
势菌群，牙菌斑内
ph
迅速下降至临界值，从而引起牙齿脱矿。
过
去普遍认为，细菌产酸是龋病发生的直接原因。有学者认为，牙菌
斑生物膜中耐酸菌比例的增加和口腔非耐酸性益生菌比例的减少
是导致龋病的重要原
因。当下的研究却发现，大部分的口腔益生菌
都具有精氨酸脱亚氨酶系统
（
arginine
deiminase
system
，
ads
）
或者尿素酶系统，可利用精氨酸或尿素为底物产碱，细菌代谢产碱
可积极地调控牙齿脱矿与再矿化之间的平衡，阻止产酸和耐酸菌形
成优势菌群，从而
防止致龋性牙菌斑生物膜的形成。
研究显示，龋病与口腔微生物的产碱能力降低密切相关，调控
牙菌斑生物膜中细菌代谢产碱的能力可作为一种有潜在应用前景
的防龋策略。随着细菌代谢产碱的能力与龋病呈负相关性的结论不
断地得以证实，越来越
多的研究者开始关注牙菌斑生物膜中细菌代
谢产碱的细菌学和分子生物学等基础和临床研
究。本综述着重介绍
口腔细菌代谢产碱的分子生物学研究进展，为未来的研究方向提供<
/p>
线索。
1
生物膜中细菌代谢产碱的主要途径
牙
菌斑生物膜中细菌代谢产碱最主要的两大途径包括尿素酶和
ads
。尿素在健康人群口腔中的浓度为
3
～
10mmol
·
l-1
，主要来源<
/p>
于唾液和龈沟液。尿素在口腔中可以被细菌尿素酶迅速分解并产生
氨、二氧化碳和水。具有尿素酶活性的细菌包括唾液链球菌和内氏
放线菌以及口腔嗜血菌
属等。相对于尿素，精氨酸在口腔中的平均
浓度仅为
50
μ
mol
·
l-1<
/p>
。
精氨酸可以被细菌
ads
分解代谢为鸟氨酸、
氨、二氧化碳和腺苷三磷酸（
a
denosine
triphosphate
，
atp
）
。
与尿素分解代谢
不同的是，精氨酸代谢还为细菌提供了
atp
，因此
赋予了细菌额外的生长能量优势。多种口腔微生物均具有
ads
，包
括血链球菌、格氏链球菌和副血链球菌以及某些种类的乳杆菌属细
菌和螺旋体。
精胺代谢是口腔中的另一条
碱代谢途径。与尿素和精氨酸代谢
相比较，精胺代谢酶活性较弱。精胺是精氨酸在细菌精
氨酸脱羧酶
作用下产生的中间代谢产物，也可来源于一些食物。精胺在牙菌斑
生物膜
和唾液中的浓度分别为
0.75
和
0.
2mol
·
l-1
。
< br>精胺在细菌鲱
精氨酸脱亚氨酶系统（
agmatine
deiminase
system
，
agds
）的
作用下产生腐胺、氨、二
氧化碳和
atp
。该系统与
ads
具有高度同
源性。基因组分析和功能研究表明，
agds
存在于包括变异链球菌、
表兄链球菌、汗毛链球菌
、大鼠链球菌、乳房链球菌、缓症链球菌
和仓鼠链球菌以及唾液乳杆菌和短乳杆菌在内的
众多口腔细菌中，
其中大量的细菌与龋病密切相关。目前在所有具有
agds
的细菌中，
仅大鼠链球菌、血链球菌和唾液链球菌
等益生菌同时具有
ads
和尿
素酶系统
。
2
生物膜中细菌代谢产碱与龋病的关系
有报道称，慢性肾功能衰竭患者唾液中的尿素水平较健康人高
50
倍，即使高糖饮食，其患龋率明显低于健康人群。
nascimento
等发现：无龋人群的牙菌斑整体碱活性明显高于龋活跃人群；成年
人非龋易患
者唾液中的尿素酶活性是龋易患者的
3
～
5
倍，牙菌斑
中的精氨酸脱亚氨酶活性是龋易患者的
2
倍。有报道称，儿童非龋
易患者的牙菌斑尿素
酶活性是龋易患者的
2
倍，唾液尿素酶活性是
< br>龋易患者的
3
倍，而且牙菌斑精氨酸活性是龋易患者的<
/p>
2
倍。还有
报道称，在牙膏或漱口液中加
入精氨酸类化合物可降低人群的龋失
补牙指数。上述研究均表明，牙菌斑生物膜中的细菌
代谢产碱水平
与龋病的发生呈负相关性。
3
生物膜中细菌代谢产碱的分子生物学研究
3.1
尿素酶
口腔细
菌代谢产碱途径的分子生物学研究最早开始于尿素酶，
以前的综述中已经有详细的介绍。
尿素酶是一种含镍的低聚物酶，
编码尿素酶的
7
个基因排列成操纵子结构，
urec
、
a
、
b
基因翻译产
生
α
、
β
和
γ
三个亚基组成（
α
β
γ
）
3
结构，
uredefg
编码的辅
< br>助蛋白用于镍离子的整合和酶的激活。在有关口腔细菌尿素酶的研
究中，唾液链球
菌和内氏放线菌尿素酶的生物学特性及其基因表达
调控的研究最为深入。这两种细菌的尿
素酶有许多相似之处，均受
多种环境因素的影响。以内氏放线菌为例，其尿素酶的活性在
酸性
环境下和有大量糖类物底物时增强，同时其酶活性也依赖于环境中
< br>氮源底物的量。
值得注意的是，
这些因素均与龋病密切相
关；
因此，
burne
等提出当宿主处
于患龋高风险时，唾液链球菌和内氏放线菌
的尿素酶能够为防止龋病的发生发挥积极的作
用。
3.2
精氨酸脱亚氨酶系统
原核生物中广泛存在着
ads
，
该系统酶具有保守的一级结构。
编
码
< br>ads
的多个基因通常排列组成操纵子结构，但是其基因的排列顺
序在不同的细菌间存在着差异。
arca
基因负责编码
精氨酸脱亚氨
酶，
这种酶可水解精氨酸生成瓜氨酸和氨。
arcb
基因编码一种分解
代谢性鸟氨酸氨甲
酰基转移酶，可将瓜氨酸转化为鸟氨酸和氨甲酰
磷酸。位于
ar
cb
基因下游的
arcc
基因编码一种
分解代谢性的氨甲
酸酯激酶，后者可将氨甲酰磷酸的一个磷酸基团转移给腺苷二磷
酸，从而生成
atp
、二氧化碳和氨。此外，
许多具有
ads
的细菌，
其操纵子中还
存在一种编码精氨酸和鸟氨酸反向转运蛋白的
arcd
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：口腔护理评估量表
下一篇：频繁使用漱口水当心四大危害