镍离子腐蚀微环境中牙龈卟啉单胞菌诱导牙龈上皮细胞凋亡和自噬的机理

In the gingival environment of Ni-Cr alloy-porcelain crown, there are protein molecules derived from serum, enzymes, microorganisms, cells, etc., and some acid bacteria cling to the edge of the metal surface of the crowns, forming a dense biofilm, which creates a even more complicated micro-environment-acid pH, bacterial metabolites of dental metals, which are often lethal to the dental materials. In such a complex electrolyte environment, dental materials is prone to corrosion, precipitation of metal ions, and periodontal pathogens in the gingival crevicular fluid together jeopardize the periodontal health and cause the gingival inflammation. The project propose hypothesis: Gingival inflammation is caused by nickel ions and periodontal bacteria together. Therefore, this project form the biofilm of Porphyromonas gingivalis in the Ni-Cr alloy surface, analysis the corrosion resistance of nickel-chromium alloy and releasing the number of nickel ions; and in the micro-environment of nickel ions and Porphyromonas gingivalis, the expression of autophagy protein Beclin-1, apoptosis regulatory protein Bcl-2 \ Bax of gingival epithelial cells.

镍铬合金烤瓷冠修复后，龈周产酸细菌黏附于冠边缘金属表面，局部pH值降低、细菌代谢产物与来源于血清的蛋白质分子、酶、细胞组织等形成更复杂的龈周微环境。其中酸性pH值、细菌代谢产物等对牙科金属来往往是"致命伤"，镍铬合金在如此复杂的电解质环境易发生腐蚀、析出镍离子，与游离于龈沟液中的牙周致病菌共同侵蚀着牙龈"上皮防御屏障"，引起牙龈炎症、危害牙周健康。但是金属腐蚀释放的金属离子是引起牙龈炎症的主要直接原因并没有定论。本项目提出假设：牙周致病菌与镍离子共同引起牙龈炎症。因此本项目在镍铬合金表面形成牙龈卟啉单胞菌的单细菌生物膜，分析该环境下镍铬合金抗腐蚀性能的改变及释放镍离子的数量；并探讨镍离子微环境中，牙龈卟啉单胞菌参与作用下，牙龈上皮细胞自噬调控蛋白Beclin-1、凋亡调控蛋白Bcl-2\Bax的表达，以初步阐明镍铬烤瓷冠修复环境下牙龈上皮细胞死亡机理。

在生物膜界面下氧因生物活动而逐渐耗尽，形成了利于厌氧菌生存的厌氧环境，其中包括多种产酸细菌。这些细菌代谢产生如硫酸及各类有机酸在内的酸性物质，改变了生物膜内部的pH值，破坏了金属表面的钝化膜，从而加速了金属的腐蚀（Zhang SM, et. al..J Mater Sci Mater Med. 2013 May;24(5):1229-37. Epub 2013 Feb 21.）。更为重要的是微生物腐蚀的发生经常是在金属表面，其与细菌及其代谢产物（包括有机和无机酸以及挥发性化合物如氨和硫化氢）之间存在紧密的协同作用；被腐蚀的材料表面可以进一步改变黏附的细菌致病基因的表达，从而加速生物性腐蚀的速度，形成一个级联反应将生物性腐蚀一步步扩大，最终破坏牙科材料的抗腐蚀性能（Songmei Zhang, et. al. J Mater Sci Mater Med. Accepted on Dec 07, 2015.）。. 因此，我们认为加强牙科合金抗微生物腐蚀性能至关重要。合金材料在植入环境中发生腐蚀溶解过程不仅与体液中的无机电解质成分相关，而且会受到有机成分，尤其是蛋白质的影响（戚韩权, 张松梅, 钱超, 郑元俐.上海口腔医学, 2015, 24(6):652-659.）。当金属材料与体液接触后，蛋白质会竞相吸附在材料表面，形成一层厚约20nm~100nm的蛋白吸附层，该蛋白吸附层不但会影响金属植入物的腐蚀行为，还会影响金属表面细菌的黏附作用。本课题组深入研究了小牛血清蛋白及具有非特异性免疫功能的溶菌酶对牙科材料浸泡后，材料抗腐蚀性能的变化，以及变形链球菌作用时间对材料腐蚀程度的影响，分析蛋白质对合金材料在不同腐蚀环境中腐蚀性能的影响，为探索牙科合金在使用过程中的腐蚀抑制提供思路和参考。. 我们构建了腐蚀微环境下，细菌作用于细胞的感染模型。探讨了牙龈卟啉单胞菌通过特异性粘附素与牙龈上皮细胞相应配体结合形式，激活该细胞内多种信号传导途径，导致炎症因子IL-1ß的大量释放，最终内化于牙龈上皮细胞。但是镍离子微环境中，牙龈卟啉单胞菌参与作用下，牙龈上皮细胞自噬蛋白Beclin-1、凋亡相关蛋白Bcl-2\Bax相互调控共同调控牙龈上皮细胞死亡机理。