低丰度口腔细菌生物膜通过NLRP3炎症小体激活触发细胞因子释放的机制研究

这篇综述揭示了低丰度口腔细菌（LAB）生物膜及其分泌成分通过差异激活NLRP3炎症小体和Caspase-1通路，驱动促炎细胞因子（TNF-α/IL-6/IL-1β/IL-18）释放的分子机制。研究通过PBMCs模型证实，Cardiobacterium hominis和Neisseria flavescens等LAB物种的生物膜结构显著上调NLRP3表达，而可溶性成分更易激活Caspase-1，为口腔炎症疾病（如牙周炎）的靶向治疗提供了新思路。

　　

背景

口腔微生物组中低丰度细菌（LAB）虽仅占群落总量的0.1-1%，却可能通过激活宿主免疫反应参与炎症性疾病。NLRP3炎症小体作为先天免疫的核心传感器，其响应LAB的机制尚不明确。本研究选取10种LAB物种（包括Cardiobacterium hominis、Neisseria flavescens和Dialister pneumosintes等），系统分析其生物膜与分泌组分对人类外周血单核细胞（PBMCs）的免疫刺激效应。

方法

采用布鲁氏菌血琼脂培养LAB菌株，通过OD₆₀₀=1标准化接种密度建立24小时生物膜模型。通过结晶紫染色定量生物膜量，ELISA检测PBMCs培养上清中TNF-α、IL-6、IL-1β等细胞因子水平。实时荧光定量PCR分析NLRP3和Caspase-1基因表达，数据经生物膜量标准化处理以消除菌株间生长差异。

结果

生物膜诱导的炎症反应强度远超分泌组分：C. hominis生物膜刺激产生的IL-1β达11700±3393 pg/ml，较其分泌组分高48倍；N. flavescens生物膜诱导的NLRP3蛋白水平（15.9±0.8 ng/ml）是分泌组的2.6倍。基因表达谱显示，D. pneumosintes生物膜使NLRP3 mRNA上调69±16倍，而其分泌组分主要激活Caspase-1（32±3.4倍）。值得注意的是，强生物膜形成菌（如A. viscosus）与弱形成菌（如F. alocis）的免疫刺激能力差异达两个数量级。

讨论

生物膜基质中的多糖和蛋白质可能作为病原相关分子模式（PAMPs），通过Toll样受体（TLR）触发NLRP3组装，而分泌的蛋白酶等效应分子则倾向于直接激活Caspase-1。这种"双通路激活"模式在C. hominis和N. flavescens中尤为显著，这两种菌虽丰度低，但能同时诱导促炎因子（IL-1β）和抗炎因子（IL-10）分泌，暗示其具有免疫平衡调节能力。与已知牙周病原体Porphyromonas gingivalis相比，LAB通过独特机制参与"多菌种协同失调"模型——例如D. pneumosintes在龋病患者中特异性检出，其生物膜可引发IL-18暴发（41022±2778 pg/ml），可能加速牙槽骨吸收。

创新与局限

研究首次揭示LAB生物膜的炎症小体激活具有"形态依赖性"：三维结构激活NLRP3，可溶成分偏向Caspase-1。但体外单菌种模型未能模拟口腔多菌种互作环境，且未鉴定具体的生物膜激活成分。后续研究可结合代谢组学分析生物膜分泌的关键效应分子。

结论

低丰度口腔细菌通过差异化激活NLRP3/Caspase-1通路成为潜在的"炎症开关"，尤其C. hominis和N. flavescens的生物膜具有超强免疫刺激性。针对生物膜特异性成分的干预策略，或为控制牙周炎等口腔炎症提供精准治疗靶点。