白假丝酵母菌与变异链球菌在龋齿发生中相互作用的机制研究

The synergistic cross-kingdom interaction between Candida albicans and Streptococcus mutans plays an important role during the development of dental caries and has become a hot issue in this area. However, the mechanisms including the signal molecules in the interaction, the transport of the signal molecules, and the effects of the interaction on other oral bacteria are not well known. Even worse, there is no effective drug for the multi-species infection caused by the fungal-bacterial synergistic interactions. For the first time, we found that C. albicans can secrete the extracellular vesicles containing the signal molecules out of the cells to promote the growth and activate the sigX pathway of S. mutans. We can further confirm the exact signal molecules taking part in the interaction by analyzing the components of extracellular vesicles. After the activation of sigX pathway, S. mutans regulated the production of the quorum-sensing molecules which can inhibit the hyphal development of C. albicans. Meanwhile, the interaction between C. albicans and S. mutans may reduce the S. sanguinis content in the root caries lesions indicating that this interaction significantly affected other oral bacteria. The further investigation may lead to a novel fungal-bacterial interaction model. Moreover, we found that azole drugs can inhibit their interactions for the first time. When the mechanisms are revealed, a novel treatment for fungal-bacterial synergistic infection may be provided.

白假丝酵母菌与变异链球菌之间跨界协同作用在龋齿发生中起着重要作用，成为近些年该领域研究热点。然而，目前对于它们之间协同相互作用的信号分子，信号分子的运输，以及二者相互作用对其它细菌的影响等方面的机制尚不清楚，而且目前尚缺乏有效治疗真菌-细菌协同感染的药物。针对以上问题，本研究以首次发现白假丝酵母菌能够分泌包含信号分子的胞外囊泡为核心，在胞外囊泡中确证信号分子，并研究信号分子促进变异链球菌增值，激活变异链球菌sigX途径的机制。而变异链球菌sigX激活后，参与调节群体感应分子分泌，从而抑制白假丝酵母菌的菌丝发育。我们同时发现二者相互作用伴随着根龋患者中血链球菌含量的显著降低，说明这种相互作用对其它细菌可能具有显著影响。通过对其机制，致龋毒力的变化等方面深入研究，将揭示一种新的真菌-细菌作用模式。另外，基于对首次发现的唑类药物抑制二者相互作用的深入研究，将对真菌-细菌协同感染提供新的治疗策略。

白色念珠菌是口腔中最常见的真菌。白色念珠菌与口腔细菌间的相互作用与龋病密切相关。然而白色念珠菌与致龋菌变异链球菌相互作用，白色念珠菌对口腔微生态的影响等方面的机制尚不清楚。针对以上科学问题，本项目拟探究白色念珠菌分泌胞外囊泡促进变异链球菌增殖与致龋毒力；变异链球菌分泌群体感应分子抑制白色念珠菌菌丝发育与感染毒力；白色念珠菌与变异链球菌相互作用改变口腔微生态平衡，促进龋病的发生发展等的机制。并基于机制探索，筛选能抑制真菌-细菌跨界相互作用的小分子药物，抑制龋病的发生发展。本项目利用多菌种模型，唾液生物膜模型，动物模型，转录组学等技术手段，发现白色念珠菌通过分泌纳米级的胞外囊泡激活变异链球菌的群体感应系统，调节代谢，促进变异链球菌的增殖与致龋毒力。变异链球菌因群体感应系统的激活，增加了群体感染分子XIP的分泌。XIP可抑制白色念珠菌菌丝发育早期阶段Germ tube的形成，从而抑制其菌丝发育与生物膜的形成，阻断白色念珠菌感染毒力。白色念珠菌与变异链球菌的相互作用，显著增加了唾液中变异链球菌/血链球菌的比例，导致口腔微生态失衡，链球菌丰度增高，微生态致龋能力增强，促进龋病的发生发展。其中白色念珠菌的PHR2基因是影响口腔微生态的关键调控基因，PHR2的缺失，导致白色念珠菌与变异链球菌等口腔微生物的相互作用消失。通过大量小分子药物筛选，发现唑类药物可阻断白色念珠菌与致龋菌间相互作用，并通过药物组合筛选的方式，发现洛伐他汀，氟奋乃静等小分子药物可协同唑类药物，降低唑类药物使用剂量，提高其作用效果，降低耐药的产生。本项目揭示了一种真菌-细菌相互作用的新模式，真菌-细菌相互作用促进龋病发生发展；抑制真菌-细菌间的相互作用，可阻断龋病的发生发展。本项目为认识真菌在龋病发生发展中的作用，真菌-细菌协同感染，以及探寻抑制龋病及真菌-细菌协同感染的小分子药物，提供了重要思路与手段。