尼古丁对变异链球菌糖代谢信号通路的调控作用研究

Dental caries is a common chronic infectious disease. Epidemiological study found that smokers are more likely to suffer from tooth decay, but the mechanism between tobacco and caries is not yet clear. To resolve this problem, previous studies found that nicotine is able to significantly enhance the growth, biofilm formation and extracellular polysaccharide production of Streptococcus mutans which is the major agent causing caries. Here we have made a research strategy as follows: firstly, we take the research on the effect of nicotine on the phenotypes of S. mutans and the impact on the ecological balance between S. mutans and other oral bacteria; secondly, we take the gene and protein expression profilings to check and find out the key factors related to the phenotypes of S. mutans; at last, in vivo, we collect dental plaque to study regulating mechanism of nicotine to microbial metabolism in situ plaque biofilm from animal caries model, and take fluorescence in situ hybridization (FISH) technology to explore the effect of tobacco on oral micro-ecological environment, and oral micro-ecological of acid-base balance. The results will reveal the mechanisms of nicotine effect of S. mutans causing caries, and helping smokers and passive smoking person protection from caries and provide important theoretical basis.

龋病是一种口腔常见慢性感染性疾病，流行病学调查发现吸烟者更易罹患龋病，但吸烟更易致龋的机制尚不清晰。针对这一科学问题，前期研究发现烟草中尼古丁对主要致龋菌变异链球菌的生长、生物膜形成以及产胞外多糖能力均有显著促进作用。本项目拟采取进一步的研究策略：首先应用体外研究模型评价尼古丁对变异链球菌致龋表型及其对口腔常见菌群微生态平衡的影响；进而应用基因、蛋白表达谱等多种手段分析筛选与表型变化相关的关键因子、糖代谢信号通路的关键酶表达以及代谢产物变化，阐明尼古丁对变异链球菌产酸致龋的调控机制；最终借助动物龋病模型收集原位牙菌斑生物膜，研究尼古丁对原位牙菌斑生物膜内微生物代谢产酸信号通路的调控机制，并应用荧光原位杂交（FISH）技术探究烟草对口腔微生态环境的影响及口腔微生态酸碱平衡的调控作用。本课题的研究将揭示烟草中尼古丁对变异链球菌产酸致龋的调控机制，为吸烟与被动吸烟人群龋病的防治提供理论基础。

龋齿是由牙菌斑菌群通过食糖产酸导致牙齿表面脱矿。口腔主要致龋菌变异链球菌主要依赖其产酸耐酸能力，来竞争其生态位点。变异链球菌糖代谢信号通路是变异链球菌产酸致龋的一个重要通路，其调控机制是目前国内外学者研究的热点。研究烟草提取物对变异链球菌糖代谢产酸的调控机制对吸烟及被动吸烟人群的龋病防治具有重大意义。本课题通过体外研究不同浓度尼古丁对变异链球菌致龋性状的影响，探究尼古丁对变异链球菌糖代谢信号通路的基因调控机理，并通过动物模型体内微生态实验，探索吸烟与被动吸烟人群龋病防治的理论基础。.研究结果发现尼古丁能够明显影响变异链球菌生物膜结构，细胞外多糖形成，产酸耐酸性等特性，以及增强变异链球菌同口腔其他微生物的竞争关系，或协同致病或相互拮抗，影响口腔内牙菌斑微生物微生态的平衡。尼古丁通过影响变异链球菌糖代谢信号通路的相关基因表达影响代谢产物的变化，显著促进变异链球菌产乳酸。体内动物实验结果发现尼古丁可以促进变异链球菌黏附到大鼠牙面，形成结构致密的牙菌斑生物膜，进而增加大鼠的龋发生率以及患龋严重性。因此，尼古丁被视为吸烟人群患龋病的风险因素之一，导致吸烟人群更易患龋。尼古丁能促进变异链球菌和白色念珠菌相互粘附，促进gtfs基因的表达以及细胞外多糖的合成；尼古丁能增强变异链球菌和白色念珠菌的协同作用，增加吸烟人群的龋风险。.本课题组还进一步开展了变异链球菌丙氨酸消旋酶功能的研究。证明丙氨酸消旋酶对变异链球菌的细胞完整性至关重要。丙氨酸消旋酶影响变异链球菌的表面黏附能力和产细胞外多糖的能力。丙氨酸消旋酶基因缺失导致变异链球菌生物膜的粘附力降低，细菌胞外多糖的量减少、产胞外多糖能力下降。加入一定量的右旋丙氨酸后可恢复。因此，丙氨酸消旋酶参与调控变异链球菌生长，生物膜形成，细胞完整性，细菌表面黏附及产细胞外多糖等众多生理功能与致龋毒力，可作为龋病防治药物研发的潜在分子靶点。.