易祖木 王昕宇 伍颖颖

1.口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医学院 成都 610041；

2.口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院种植科 成都 610041

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一种糖代谢紊乱的代谢性疾病，表现为高血糖和代谢紊乱。如果病情控制不好，可能会引起严重的并发症，包括损伤、功能障碍和多器官衰竭等[1]。糖尿病与全身健康息息相关。口腔疾病与糖尿病之间存在密切的双向关系。研究[2]发现，影响牙齿支撑结构的局部牙周感染可通过将口腔致病细菌传播到其他器官，促进全身炎症状态，增加糖尿病的患病风险。炎症性牙周组织可能是内分泌样炎症介质的来源，从而导致胰岛素抵抗增加[3]。已有多项研究[4-6]证实，糖尿病是牙周炎的主要危险因素之一。与慢性高血糖状态相关的晚期糖基化终产物水平的增加，细菌细胞成分和产物（如脂多糖、内毒素等）等多种因素会加重宿主细胞的炎症反应，可能是导致糖尿病患者出现牙周炎的重要原因[7-8]。

口腔菌群是指在口腔中发现的微生物，是仅次于肠道的人类第二大微生物群落，主要定植在牙齿等硬组织和口腔黏膜等软组织上[9]。迄今为止，人类口腔中已经发现有700多种细菌，约有一半的细菌尚未命名，约1/3的细菌尚不能培养[10]。口腔表面覆盖了大量的细菌，形成了细菌生物膜[11]。细菌生物膜在维持口腔稳态，保护口腔和预防疾病发展中起到重要的作用。口腔菌群生态平衡失调会引起一系列诸如龋齿、牙周炎、颅面骨骨髓炎等口腔感染性疾病[12]。致病菌密度增加，可导致其表面分子如脂多糖在宿主微环境的浓度增加，刺激炎症介质和细胞因子的产生，激活了大量有害的免疫反应，促进了诸如基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等物质的释放[13]。MMP等物质会参与细胞外基质重构和骨破坏过程，导致牙周炎产生[14-15]。

牙周病的始动因素是细菌。菌群的失调对健康和疾病有着重要的影响，影响包括牙周病在内的多种病理过程[16]。口腔是进入消化道和呼吸道的起始点，口腔菌群失调已成为许多菌群相关全身感染的主要原因之一[17-19]。糖尿病作为牙周病的主要危险因素之一，能否通过影响人体口腔细菌多样性来影响牙周病的发生发展引发了广泛的关注。实际上，在糖尿病患者中，已经观察到肠道菌群的分类和功能组成发生改变。一项对2型糖尿病患者肠道微生物分析的研究[20]发现，2型糖尿病患者的特征是出现中度的细菌菌群失调，一些普遍产生丁酸盐的细菌丰度下降，而各种机会致病菌的丰度增加。然而，关于糖尿病对于口腔细菌多样性的影响目前还没有定论。因此，本文综述了近年来糖尿病对口腔细菌多样性变化影响的研究进展，希望能为今后的疾病预防和治疗提供依据。

1 糖尿病与口腔细菌多样性

1.1 糖尿病对口腔细菌多样性的影响

糖尿病对口腔菌群的影响这一问题已经争论了许多年，迄今为止依旧没有定论。这个问题最早在20世纪80年代提出，当时的研究者[21]认为，糖尿病患者龈沟液中葡萄糖水平的升高可能会有利于某些特定细菌的生长，从而改变口腔细菌多样性。此外，炎症反应是连接糖尿病和牙周病的关键一环。一方面，伴有炎症的全身性疾病（如糖尿病）更容易引起牙周炎[22]；另一方面，炎症是这些全身性疾病的危险因素。牙周病相关细菌（如牙龈卟啉单胞菌）需要炎症环境来提供关键的营养物质，包括肽和血红素衍生铁在内的组织分解产物[23]。口腔细菌可能有助于牙周病和糖尿病之间的双向关系[24]。

目前对糖尿病导致的口腔细菌多样性变化已有较多研究，其中提及较多的是牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）。在牙周病疾病模型——多微生物协同作用和生物失调（polymicrobial synergy and dysbiosis，PSD）模型中，牙龈卟啉单胞菌是关键病原体之一，能通过与辅助病原体的互动交流，提高整个菌群的毒力[25]。Babaev等[26]发现，糖尿病与健康受试者的龈下菌群存在数量上的差异，尤其在牙周炎患者中，2型糖尿病的存在与牙龈卟啉单胞菌显著增多有关。这种变化可能与血糖控制情况相关。Aoyama等[27]的研究发现，在血糖控制较差，即实验室检查糖化血红蛋白A1c（hemoglobin A1c，HbA1c）>7%的患者中，牙龈卟啉单胞菌的含量明显增加，这与Aemaimanan等[28]的研究结果类似。糖尿病患者口腔中牙龈卟啉单胞菌含量的升高，会促使炎症细胞释放大量的炎症介质[如白细胞介素（interleukin，IL）-1β、IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等]及相关的酶类（如MMP），从而促进牙周炎的发生发展。在PSD模型提出之前，牙龈卟啉单胞菌与福赛斯坦纳菌（Tannerella forsythus）及齿垢密螺旋体（Treponema denticola）并称为红色复合体[29]，与牙周炎密切相关。已有不少研究[26-28]检测了糖尿病患者口中红色复合体的变化，结果显示牙龈卟啉单胞菌数量变化最为明显，福赛斯坦纳菌和齿垢密螺旋体的数量也有所增加，这种变化似乎也与糖尿病对炎症细胞的影响相关。然而，也有研究显示出不同的结果。Ebersole等[30]与Casarin等[31]利用定量聚合酶链式反应法对糖尿病和非糖尿病患者口中菌群进行测序研究，结果发现，两者口腔中牙龈卟啉单胞菌的数量并没有明显差异。da Cruz等[32]的研究显示，糖尿病患者口中福赛斯坦纳菌处于低水平的状态；但作者认为出现这样的结果可能与样本量过小或与其实验处理方式有关，对该结果应该谨慎考虑。

虽然有较多文献报道了糖尿病所导致的其他口腔细菌的变化，但大部分研究仅仅只是检测到了细菌的变化，而很少讨论糖尿病与细菌变化之间的关系。关于糖尿病患者口中具核梭杆菌的变化已有较多的报道。在糖尿病患者的病变部位观察到的具核梭杆菌比例高于非糖尿病患者[31,33]。有研究[34]证实，具核梭杆菌会促进体内TNF-α的释放，从而参与糖尿病和牙周炎的相互作用过程。具核梭杆菌能通过产生毒力因子、黏附于宿主分子并侵入宿主细胞等方式参与牙周炎的发生发展。由于该菌具有与其他可疑牙周致病菌聚集的能力，所以可同时在早期和晚期细菌生物膜形成的过程中充当桥梁的作用[35]。在Joaquim等[34]的研究中强调了性别在具核梭杆菌含量变化中的作用。该学者检验了糖尿病和非糖尿病患者的口腔细菌，除了女性糖尿病患者口腔具核梭杆菌数量增加外，并未发现其他口腔菌群存在差异。性别对口腔菌群影响的潜在机制包括遗传、免疫及激素决定因素等，针对病原体的免疫反应可能受到性激素和X染色体编码基因差异表达的影响，从而导致不同性别的糖尿病患者口腔中具核梭杆菌数量变化存在差异[36-37]。但Field等[38]的研究显示，糖尿病对具核梭杆菌的数量并没有明显影响。还有研究[30,39]发现，二氧化碳噬纤维菌属（Capnocytophaga）和伴放线聚集杆菌（Aggregatibacter actinomycete-mcomitans）会因糖尿病的存在而丰度提高。二氧化碳噬纤维菌属是一种解糖生物，当其生长在高糖环境中时，其中一些的数量会增加，表现出高蛋白水解潜能[40]。此外，有研究[41]显示，患有糖尿病的患者体内针对二氧化碳噬纤维菌属特异性抗原的抗体IgG会减少，这可能是该菌在糖尿病患者口腔中升高的原因之一。韦荣菌属（Veillonella）、链球菌属（Streptococcus）和奈瑟菌属（Neisseria）在糖尿病患者口中丰度也显著增加。有趣的是，这3种细菌在以往的研究[42-43]中被认为在健康人群口腔中广泛存在，而随着牙周病的发生其丰度逐渐下降。这些细菌在糖尿病患者口腔中数量的增加可能与糖尿病患者血清和龈沟液中葡萄糖含量增加，刺激了细菌的选择性生长，促进兼性厌氧革兰阳性发酵细菌的存活有关[31]。

在糖尿病患者口腔中，某些特异性细菌丰度提高的同时，也伴随着另外一些细菌数量的减少，如嗜血杆菌和双歧杆菌，这可能与优势菌种的存在有关[44-45]。有研究[46]发现，内氏放线菌在糖尿病患者口腔中含量下降。该菌被认为是与健康相关的内在控制菌种，具有高度的尿素酶活性，可能在调节牙菌斑酸碱平衡中起到重要作用[47-48]。目前相关研究大多只报道了数量减少的细菌种类，但是较少涉及其中的机制及可能的影响，需要更多研究进行探讨。

虽然很多研究都发现糖尿病和非糖尿病患者的口腔菌群有差异，但也有许多研究者在实验中发现二者口腔菌群的差异并不明显。Taylor等[21]对糖尿病患者口腔细菌进行检查，发现糖尿病的存在对牙周菌群的组成没有显著影响；此外，糖尿病患者的血糖控制水平也不会明显影响其龈下生物膜的组成。这种现象也在其他研究[49-51]中被提及。糖尿病对红色复合体的影响也存在争议。在一些研究中，糖尿病患者口腔中红色复合体的数量较非糖尿病患者并无明显的变化[52-53]。同样，也有研究[38,54-55]认为伴放线聚集杆菌和具核梭杆菌的含量不受糖尿病的影响。

由此可见，目前关于糖尿病对口腔细菌多样性影响这一问题已进行了许多研究，然而结果并不一致。这可能与所使用的技术、标准化方法、样本的差异（如样本量大小、血糖控制水平和临床特征的差异）等不同有关。Tam等[56]发现，口腔细菌与血糖水平之间的关系不能用横断面或纵向方法复制。通过进一步的对比研究，他们注意到多项关于糖尿病对口腔细菌多样性影响的研究都没有将体重视为潜在的混杂因素，而他们的研究则证实，体重与口腔细菌多样性变化有关。此外，性别也是可能的影响因素[34]。其他混杂因素的存在都有可能解释不同研究出现的相反的结果。这些混杂因素包括：1）血糖升高程度、病程和药物治疗；2）技术上的限制，如受到基于16S rDNA的微生物图谱的局限性的影响，在这些16S区域，物种识别取决于那些可变区域的进化多样化程度，而其他基因组区域可能对这种物种形成提供更多信息[57]；3）有限的纵向研究等。

1.2 糖尿病影响口腔菌群的可能机制

1.2.1 葡萄糖水平改变 龈沟液中葡萄糖的浓度与血清中葡萄糖浓度有关，高血糖可改变口腔环境（如唾液和龈沟液），以损害某些细菌为代价促进其他细菌的生长[58-59]。糖尿病龈沟内基质的改变可能会提供有利于某些细菌生长的微环境[60]。龈下微生物的营养主要依赖于龈沟液、脱落上皮和微生物产物，这些营养物质不受葡萄糖水平升高的影响，因此，血糖控制较差（HbA1c≥8%）的糖尿病患者龈沟液中的高糖水平是龈下微生物碳水化合物的额外来源[61]。碳水化合物可导致产酸和耐酸物种的过度生长（如链球菌、韦荣菌等），减少细菌多样性。葡萄糖发酵分解物（如乳酸盐、琥珀酸盐）可作为牙齿龈下部位复杂微生物食物链中其他细菌的底物。糖尿病会影响口腔菌群的代谢，导致细菌多样性丧失。研究[61]发现，韦荣菌属和普雷沃菌属的成员能利用葡萄糖或其副产品产生羧酸，如乙酸、琥珀酸和丙酸。细胞外琥珀酸盐在加剧炎症过程中起作用；此外，组蛋白琥珀酰化和乙酸盐琥珀酰化、乙酰化会影响基因表达和DNA修复，并在包括糖尿病在内的多种疾病中参与应激反应[62-63]。因此，唾液和龈沟液中葡萄糖水平改变可能导致与龋病、牙周病相关的细菌在唾液、龈上和龈下生物膜中的数量增加。

1.2.2 炎症及炎症因子 炎症反应是连接糖尿病和牙周病的关键一环。糖尿病患者存在中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞等炎症细胞功能障碍，中性粒细胞的趋化性、黏附性和吞噬作用也受到损害[64]。宿主对牙周病原菌的防御缺陷可促进细菌在牙周袋内的存留。有研究[65]显示，糖尿病与龈下菌群的大量改变没有明显的联系，但会导致少数物种（包括关键病原体，即那些启动级联反应导致疾病的物种）丰度的轻微变化。这些关键病原体低水平的定植即可损害宿主的先天免疫，导致口腔协同致病菌数量增加，宿主的炎症反应增强。因为炎症反应的渗出物是菌群丰富的营养来源，所以炎症环境有利于细菌的进一步生长[66-67]。炎症反应可以进一步改变口腔菌群的组成，那些能够更好地利用这种环境变化的细菌（如蛋白水解和非糖水解微生物）会从中获益。这些变化会导致更强的炎症和骨吸收，使细菌的生态位空间增加，即出现更深的牙周袋。

研究[68-69]发现，糖尿病患者血糖控制较差（HbA1c>8%）与其炎症因子水平升高有相关性。这些患者会出现IL-1β、IL-17、核因子κB受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL）表达水平升高，同时抗炎细胞因子（如IL-4）表达水平下降。Xiao等[70]发现，糖尿病会降低患者口腔菌群多样性。将糖尿病小鼠的口腔细菌转移至无菌糖尿病小鼠，会导致其口腔菌群致病性更强，进一步研究发现，糖尿病增强的IL-17在这一过程中发挥了重要的作用。糖尿病引起的慢性炎症会导致菌群失调，从而增加其致病性；而抑制IL-17可以减轻炎症反应，影响微生物的生长或定植。

炎症因子对糖尿病的进展具有诱导作用。关键致病菌（如牙龈卟啉单胞菌）的脂多糖和菌毛会促使炎症细胞释放大量的炎症介质（如IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等）及相关的酶类（如MMP等），使得牙周炎症逐渐恶化成全身性炎症，从而加剧糖尿病患者的胰岛素抵抗，使得血糖更加难以控制（表现为糖化血红蛋白水平升高）[71]。糖尿病患者口腔内炎症因子水平升高可导致口腔菌群失调，促进了牙周炎的发生发展，而这一变化反过来又诱导了糖尿病的进展。这进一步解释了糖尿病和牙周疾病的双向关系，而且细菌可能在其中扮演着重要的角色。

1.2.3 其他可能的原因 糖尿病对口腔细菌多样性产生影响还可能与以下原因有关。1）口干症状。糖尿病患者的唾液流速降低，很容易出现口干症状[72]。口干可导致细菌多样性减少[73]。2）口腔环境酸化。高血糖可能导致口腔酸度升高，扰乱口腔菌群[54]。3）免疫功能下降，可能会导致糖尿病患者口腔内益生菌数量减少，致病性细菌数量增加[16]。4）糖尿病导致口腔中氧化还原电位、温度、营养物质的有效性和浓度等发生改变，影响细菌的生长和发育[74]。

2 总结

口腔菌群与人类健康息息相关。口腔菌群生态平衡失调，会引起一系列的口腔感染性疾病，同时也会影响全身性疾病的发生发展。鉴于口腔菌群在人类疾病发生发展中的重要作用，探究其与人类疾病的相互影响具有十分重要的意义。人们已经对糖尿病患者口腔细菌的多样性进行了大量的研究，然而各种研究结果并不一致。有的学者认为，由于糖尿病会导致口腔环境发生改变，势必会影响口腔细菌多样性的变化，表现为细菌的种类或数量与非糖尿病患者存在明显差异。目前多数学者[26-27,34-35]认为，细菌可能是糖尿病和牙周疾病相互作用的关键一环。一方面，糖尿病所致的葡萄糖水平的改变影响了牙周细菌的组成；另一方面，糖尿病通过各种机制影响了炎症细胞的功能，使得细菌易于定植于牙龈中，而细菌促进了各种炎症细胞释放炎症介质，增加了某些酶类的表达，导致局部炎症恶化为全身性炎症反应，使得血糖水平难以控制。目前需要更多的研究来深入探讨糖尿病和口腔疾病的相互作用及其与口腔菌群的联系。

然而，也有较多研究[21,49,52,54]认为糖尿病患者口腔细菌多样性与非糖尿病患者的差异并不明显，没有令人信服的证据表明糖尿病对口腔细菌多样性有显著影响。因此，目前仍需要进行涉及相关问题的大样本研究，这些研究可能会帮助人们得到一致的结果。随着测序技术的发展，新一代的测序技术将提供更精准的结果。如全基因组测序具有更高的分辨率，能够对序列进行更具体的分类。随着对糖尿病与口腔细菌多样性关系了解的进一步加深，将会有助于人们进一步认识口腔菌群在口腔疾病与全身疾病双向关系中的作用，从而更好地把握口腔疾病与全身性疾病的关系，进行更加精准的治疗。通过进一步分析糖尿病对细菌影响的机制，有助于识别不同的生物标志物，并为临床实践中的靶向治疗和个性化药物治疗提供理论基础。