益生菌能夠預(yù)防齲齒？它是怎么工作的？
齲齒是一項(xiàng)重大而緊迫的全球公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)，影響著全世界很大一部分人。根據(jù)2022年《全球口腔衛(wèi)生狀況報(bào)告》，在全球范圍內(nèi)，估計(jì)共有20億人患恒牙齲齒，5.14億兒童患有乳牙齲齒。變異鏈球菌是齲齒的主要致病菌之一，表達(dá)膠原結(jié)合蛋白，可有效侵襲人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，從而導(dǎo)致感染性心內(nèi)膜炎的潛在發(fā)生。
由于齲齒是由生物膜介導(dǎo)的，因此針對(duì)生物膜的干預(yù)措施已成為預(yù)防齲齒的主要策略。調(diào)整飲食中可發(fā)酵基質(zhì)，特別是蔗糖的攝入量是一種有效的方法，但是現(xiàn)代飲食的特點(diǎn)是富含高度加工和高糖的食品，這對(duì)完全戒除致齲食品構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。
其它干預(yù)措施包括物理清除（比如刷牙或使用牙間清潔工具）、化學(xué)抑制（比如使用氯己定或聚維酮碘）和生物干預(yù)（比如使用益生菌）。為了有效預(yù)防齲齒，應(yīng)靶向特定致齲細(xì)菌的毒力因子來(lái)抑制其過(guò)度生長(zhǎng)，同時(shí)促進(jìn)多樣化和健康的常駐菌群。在這些干預(yù)措施中，微生物制劑獲得了極大的關(guān)注，比如益生菌、益生元、合生元和后生元，因?yàn)樗鼈兲峁┝吮任锢砬宄突瘜W(xué)抑制更有針對(duì)性和更友好的方法，它們?cè)谝种浦慢x細(xì)菌的生長(zhǎng)和生物膜形成方面具有顯著的效果。
那么，益生菌是如何預(yù)防齲齒發(fā)生的呢？首先我們需要了解齲齒是如何發(fā)生的。
齲齒是如何發(fā)生的？
口腔是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，溫暖而潮濕，為微生物的生長(zhǎng)提供了理想的條件。人們?cè)诳谇痪褐需b定出了1500多種微生物，包括細(xì)菌、真菌、古生菌、病毒和原生動(dòng)物，其復(fù)雜性僅次于結(jié)腸。健康個(gè)體的核心口腔菌群通常保持相對(duì)穩(wěn)定，而不平衡的口腔菌群會(huì)導(dǎo)致齲齒和其它口腔疾病，嚴(yán)重齲齒患者口腔菌群多樣性明顯低于健康人。齲齒是由于宿主、飲食和微生物之間復(fù)雜的相互作用導(dǎo)致口腔菌群失衡而引起的。
在這些因素中，通常存在于含糖食品中的可發(fā)酵碳水化合物已被確定為引起齲齒的特別重要的飲食因素。含糖食品可迅速增加口腔中碳水化合物的濃度，導(dǎo)致生物膜的pH值急劇下降至4甚至更低。牙釉質(zhì)表面的急性脫礦區(qū)域與生物膜產(chǎn)生的高酸性pH區(qū)域之間存在精確的相關(guān)性。這是由于在封閉的生物膜微環(huán)境中，頻繁的局部pH值下降會(huì)破壞牙齒礦化和脫礦之間的平衡。因此，這會(huì)導(dǎo)致牙齒中的礦物質(zhì)流失，導(dǎo)致白斑、空化、牙髓感染，甚至牙齒脫落。
健康牙齒和齲齒患者的口腔菌群之間存在差異。例如，一項(xiàng)關(guān)于兒童口腔菌群的研究結(jié)果表明，出生后第一批進(jìn)入口腔的羅氏菌屬、奈瑟氏菌屬和嗜血桿菌屬與牙齒健康有關(guān)。相比之下，普雷沃氏菌、變異鏈球菌和人類皰疹病毒4 （EB病毒）在齲齒兒童中更為常見。近年來(lái)，越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到，齲齒是由生物膜（也稱為牙菌斑）中的微生物群落不平衡引起的，而不是由單一病原體引起的。
導(dǎo)致齲齒的細(xì)菌對(duì)齲齒的發(fā)生有著不同程度的貢獻(xiàn)。幾十年來(lái)，變異鏈球菌和表兄鏈球菌被廣泛認(rèn)為是主要的齲齒病原體。與變異鏈球菌相比，表兄鏈球菌具有更強(qiáng)的產(chǎn)酸能力和耐酸性，但它對(duì)生物膜環(huán)境的適應(yīng)性較差?？谇痪褐械闹慢x細(xì)菌并不是作為孤立的實(shí)體而存在的，而是相互作用和影響的。在一定程度上，變異鏈球菌在齲齒病變中創(chuàng)造了一個(gè)富含乳酸的環(huán)境，促進(jìn)韋榮球菌的增殖，而韋榮球菌能夠促進(jìn)變異鏈球菌的生長(zhǎng)。
此外，念珠菌作為致齲微生物的典型真菌代表，已成為潛在的繼發(fā)性致齲因子，40-60%的成人和兒童齲齒中都有發(fā)現(xiàn)。念珠菌是一種強(qiáng)大的機(jī)會(huì)性致齲酵母菌，它依賴于短鏈羧酸和蛋白酶的產(chǎn)生以及它粘附在非生物表面和形成生物膜的能力?？谇粌?nèi)真菌和細(xì)菌之間最常見的交流是白色念珠菌和變異鏈球菌之間的相互作用。白色念珠菌的存在會(huì)促進(jìn)變異鏈球菌的生長(zhǎng)，引起基因表達(dá)的顯著變化，增強(qiáng)碳水化合物代謝。變異鏈球菌分泌的葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶可以與白色念珠菌結(jié)合，促進(jìn)蔗糖轉(zhuǎn)化為胞外多糖，從而為變異鏈球菌提供結(jié)合位點(diǎn)。
早期兒童齲齒的核心菌群可能包括小韋榮球菌、具核梭桿菌、棲牙普雷沃氏菌和瓦氏纖毛菌。一方面，這種核心菌群盡管自身的產(chǎn)酸能力有限，但它會(huì)促進(jìn)變異鏈球菌的生長(zhǎng)和產(chǎn)酸能力，促進(jìn)生物膜的形成；另一方面，它還會(huì)促進(jìn)牙釉質(zhì)脫礦，增加牙釉質(zhì)的致齲潛力。此外，根據(jù)一些宏基因組學(xué)的結(jié)果，戈氏鏈球菌、口腔纖毛菌、小韋榮球菌、戈氏放線菌、產(chǎn)酸丙桿菌和居齒副斯卡爾維氏菌等細(xì)菌物種也與齲齒密切相關(guān)。
在齲齒相關(guān)的微生物中，變異鏈球菌是該領(lǐng)域研究最廣泛的物種之一?？紤]到變異鏈球菌最初被認(rèn)為是齲齒的主要原因，所以大多數(shù)預(yù)防策略也都是專門針對(duì)這種細(xì)菌的。
變異鏈球菌的致病機(jī)制
確實(shí)，與其它細(xì)菌相比，變異鏈球菌通過(guò)形成致密的生物膜和獨(dú)特的毒力因子，危害更大。此外，在群體感應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)控下，變異鏈球菌最終成為主要的致齲細(xì)菌之一。乳牙齲齒的生物膜為三維球形結(jié)構(gòu)，變異鏈球菌為核心，其它細(xì)菌形成外層。這個(gè)局部區(qū)域產(chǎn)生酸性pH環(huán)境，導(dǎo)致嚴(yán)重的牙釉質(zhì)脫礦。隨著齲齒的發(fā)展，口腔菌群的多樣性變得有限。這種微生物失衡最終導(dǎo)致齲齒的發(fā)生和發(fā)展。雖然變異鏈球菌是人類口腔的天然居民，但變異鏈球菌水平的增加應(yīng)該引起關(guān)注，因?yàn)樗赡鼙砻鼾x齒的臨床前兆。
毒力因子
變異鏈球菌的毒力因子可分為四大類，包括胞外多糖合成、粘附、產(chǎn)酸和耐酸：
1、胞外多糖的合成
變異鏈球菌發(fā)揮其致病性的能力很大程度上歸因于胞外多糖的產(chǎn)生。胞外多糖是生物膜的主要成分，由細(xì)胞外蛋白、細(xì)胞外DNA和脂磷壁酸組成。胞外多糖的主要成分是葡聚糖，由葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶合成，為微生物提供結(jié)合位點(diǎn)。胞外多糖有助于在生物膜基質(zhì)內(nèi)形成高度組織化的化學(xué)和物理屏障，促進(jìn)微生物粘附在非生物表面，抵抗流體剪切應(yīng)力，逃避宿主免疫反應(yīng)，耐受抗菌劑，最終在口腔內(nèi)建立和維持有利于齲齒相關(guān)生物膜群落發(fā)生的酸性微環(huán)境。
成熟的生物膜由于胞外多糖增強(qiáng)的粘彈性而難以機(jī)械去除。胞外多糖可能通過(guò)介導(dǎo)補(bǔ)體逃逸和限制先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的效應(yīng)分子進(jìn)入生物膜基質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)免疫逃逸。氯己定是口腔護(hù)理中常用的抗菌劑，由于其帶正電荷，滲透到深層生物膜層的能力有限，而蔗糖不帶電荷，在胞外多糖的負(fù)電荷的促進(jìn)下很容易擴(kuò)散。被胞外多糖包裹的變異鏈球菌細(xì)胞帶負(fù)電荷的表面會(huì)聚集質(zhì)子，葡聚糖結(jié)構(gòu)的篩分作用也發(fā)揮作用。一方面，胞外多糖捕獲并積累外部或產(chǎn)酸微生物產(chǎn)生的質(zhì)子，幫助酸在生物膜內(nèi)的保留和積累；另一方面，一旦質(zhì)子被招募到細(xì)胞表面，它們就會(huì)引發(fā)酸適應(yīng)反應(yīng)，使微生物能夠先發(fā)制人地抵消酸的損害。
總之，胞外多糖在使變異鏈球菌發(fā)揮其致齲潛力方面起著至關(guān)重要的作用，抑制胞外多糖的合成可能是一種可行的預(yù)防齲齒的策略。
2、粘附
變異鏈球菌利用蔗糖非依賴型和蔗糖依賴型兩種途徑附著在牙齒上。最初的粘附過(guò)程主要由蔗糖非依賴性途徑介導(dǎo)，隨后通過(guò)蔗糖依賴性途徑刺激葡聚糖合成而加強(qiáng)，最終形成生物膜。 葡聚糖結(jié)合蛋白通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)移酶促進(jìn)由蔗糖合成的葡聚糖的結(jié)合。在這些蛋白中，葡聚糖結(jié)合蛋白GbpA與致齲性具有很強(qiáng)的相關(guān)性。一方面，它有助于形成牢固的生物膜結(jié)構(gòu)，是決定生物膜結(jié)構(gòu)的重要蛋白質(zhì)；另一方面，它在連接葡聚糖分子中起著至關(guān)重要的作用，參與細(xì)菌與牙齒的粘附過(guò)程。
3、產(chǎn)酸
在葡萄糖代謝之后，膳食碳水化合物產(chǎn)生能量和有機(jī)酸作為代謝副產(chǎn)物。變異鏈球菌的產(chǎn)酸活性不僅是其致病性的關(guān)鍵因素，也是導(dǎo)致齲齒的關(guān)鍵特征。細(xì)菌烯醇化酶是一種由eno基因編碼的酶，它是磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)的主要組成部分，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)葡萄糖的攝取。通過(guò)乳酸脫氫酶的快速催化活性，變異鏈球菌會(huì)將葡萄糖發(fā)酵成有機(jī)酸。
4、耐酸
變異鏈球菌會(huì)采用一些耐酸機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)酸產(chǎn)生增加的壓力。F1F0-ATP酶是一種由atpD編碼的質(zhì)子泵，它不僅能泵出細(xì)胞內(nèi)質(zhì)子維持細(xì)胞內(nèi)pH值，還能產(chǎn)生ATP促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)和存活。抑制變異鏈球菌中atpD基因的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致其酸適應(yīng)能力顯著降低和細(xì)胞質(zhì)酸度增加。
此外，變異鏈球菌會(huì)產(chǎn)生堿來(lái)中和酸，并將它們排出細(xì)胞。胍基丁胺脫亞胺酶系統(tǒng)在產(chǎn)生堿以克服酸脅迫中起著至關(guān)重要的作用。在其組成部分中，由aguD基因編碼的胍基丁胺-腐胺逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體特別重要，因?yàn)樗鼤?huì)促進(jìn)游離胍基丁胺的細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸。被胞外多糖包裹的細(xì)菌細(xì)胞表面質(zhì)子的積累對(duì)變異鏈球菌的耐酸性至關(guān)重要。
群體感應(yīng)系統(tǒng)
群體感應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)周圍環(huán)境中的細(xì)胞密度，通過(guò)釋放、感知和與擴(kuò)散分子相互作用來(lái)調(diào)節(jié)毒力和生物膜的形成。變異鏈球菌利用這一系統(tǒng)作為一個(gè)群體而不是作為單獨(dú)的個(gè)體相互交流。信號(hào)反饋的主要機(jī)制是通過(guò)雙組分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，使細(xì)菌能夠調(diào)節(jié)其基因表達(dá)。變異鏈球菌含有多種類型的雙組分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，其中VicRKX和ComCDE在響應(yīng)環(huán)境信號(hào)調(diào)控生物膜形成、耐酸和產(chǎn)酸過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。如果這些調(diào)控系統(tǒng)不能正常發(fā)揮作用，就可能導(dǎo)致變異鏈球菌致齲性降低。
預(yù)防齲齒的生物干預(yù)措施
盡管從進(jìn)化、生物學(xué)和營(yíng)養(yǎng)的角度來(lái)看，牙菌斑是牙齒中自然發(fā)生的現(xiàn)象，但口腔病理性生物膜中的菌群不平衡可能導(dǎo)致齲齒的發(fā)生。產(chǎn)酸的致齲細(xì)菌，尤其是變異鏈球菌，在存在可發(fā)酵的碳水化合物時(shí)會(huì)破壞堅(jiān)硬的牙齒結(jié)構(gòu)。
近年來(lái)，生物干預(yù)領(lǐng)域發(fā)展出一些新的策略。其中一種方法是利用捕食者，比如蛭弧菌、噬菌弧菌和吞菌弧菌，來(lái)清除作為牙周病原體的革蘭氏陰性厭氧菌。此外，生物干預(yù)還包括使用變異鏈球菌蛋白的特異性抑制劑、疫苗接種以及中和細(xì)菌的被動(dòng)免疫策略。雖然出現(xiàn)了一些創(chuàng)新的生物干預(yù)策略，但使用微生物制劑，比如益生菌、益生元、合生元和后生元，是預(yù)防齲齒的一種更成熟和流行的方法。
益生菌預(yù)防齲齒
益生菌早在1908年就被學(xué)者發(fā)現(xiàn)，此后益生菌對(duì)宿主健康作用的研究領(lǐng)域逐漸發(fā)展起來(lái)。2013年，國(guó)際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(huì)將益生菌定義為“攝入足夠數(shù)量，可以給宿主帶來(lái)健康益處的活性微生物”。今天，益生菌通常被人類用來(lái)維持整體健康。雖然益生菌在促進(jìn)胃腸道健康方面的有效性眾所周知，但研究也表明，益生菌可以有效預(yù)防和治療各種口腔疾病，比如齲齒、口腔黏膜炎和口臭。
一項(xiàng)研究探索了受試者自身的乳酸桿菌對(duì)變異鏈球菌的影響。研究表明，從受試者口腔中分離的乳酸桿菌能夠有效抑制變異鏈球菌的生長(zhǎng)。對(duì)變異鏈球菌最有效的菌種是副干酪乳桿菌和植物乳桿菌，這也是口腔最常見的乳酸桿菌菌株。最后，在口腔疾病的治療中使用益生菌被發(fā)現(xiàn)可以恢復(fù)口腔微生物平衡，降低牙菌斑和唾液中的變異鏈球菌的水平。
那么，益生菌如何預(yù)防齲齒的發(fā)生呢？
益生菌預(yù)防齲齒的機(jī)制與胃腸道中的機(jī)制相似，主要包括合成活性代謝物、抑制致齲微生物生物膜、競(jìng)爭(zhēng)性粘附和定植、與病原體共凝集以及調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。
1、產(chǎn)生活性代謝物
① 細(xì)菌素
細(xì)菌素是由核糖體合成的一種陽(yáng)離子抗菌肽，比如乳酸鏈球菌素（Nisin）。細(xì)菌素可能通過(guò)誘導(dǎo)靶細(xì)菌形成膜孔、增加膜通透性、使靶細(xì)菌內(nèi)容物滲漏泄漏來(lái)殺死細(xì)菌，它們還可以抑制生物膜和細(xì)胞壁的合成，發(fā)揮DNA酶和RNA的活性，調(diào)節(jié)菌群。細(xì)菌素還能夠促進(jìn)其產(chǎn)生細(xì)菌在特定生態(tài)位的定植，調(diào)節(jié)菌群的組成和影響宿主免疫系統(tǒng)。乳酸鏈球菌素和產(chǎn)乳酸鏈球菌素的益生菌都能降低生物膜中的病原體水平，使菌株多樣性恢復(fù)到健康水平。
② 酶
除細(xì)菌素外，益生菌還能合成多種酶，通過(guò)分解生物膜和影響細(xì)菌素活性來(lái)產(chǎn)生有益的作用。例如，嗜酸乳桿菌可以分泌脂肪酶來(lái)降解生物膜；唾液鏈球菌JH表達(dá)一種葡聚糖酶，可以水解變異鏈球菌的胞外多糖，增加細(xì)菌素zoocin A對(duì)變異鏈球菌的抑制活性。另一個(gè)例子是鏈球菌A12，它會(huì)產(chǎn)生類似于challisin的蛋白酶，抑制變異鏈球菌產(chǎn)生細(xì)菌素。此外，唾液鏈球菌M18可產(chǎn)生尿素酶和葡聚糖酶，分別中和唾液酸性和減少牙菌斑形成。
③ 生物表面活性劑
生物表面活性劑是由微生物代謝產(chǎn)生的兩親性物質(zhì)，含有疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)，主要由蛋白質(zhì)、糖和脂類組成。乳酸桿菌通常會(huì)產(chǎn)生表面活性素型的生物表面活性劑，這種生物表面活性劑富含蛋白質(zhì)，可以顯著抑制病原體的粘附，由于其獨(dú)特的抗粘附和抗生物膜特性，使其越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
例如，羅伊氏乳桿菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和副干酪乳桿菌產(chǎn)生的生物表面活性劑可以劑量依賴的方式抑制變異鏈球菌和口腔鏈球菌的粘附和生物膜形成。更詳細(xì)地說(shuō)，嗜酸乳桿菌產(chǎn)生的蛋白型生物表面活性劑，可以縮短變異鏈球菌的鏈長(zhǎng)，干擾其生物膜形成；鼠李糖乳桿菌產(chǎn)生的生物表面活性劑可以破壞生物膜的物理結(jié)構(gòu)或蛋白質(zhì)構(gòu)象，導(dǎo)致細(xì)胞裂解。
④ 有機(jī)酸
乳酸和丁酸等有機(jī)酸可由人體胃腸道和其它身體部位的乳酸桿菌產(chǎn)生，具有有益作用。這些有機(jī)酸可能對(duì)口腔病原微生物具有一定的抑菌作用。例如，副干酪乳桿菌Lpc-37產(chǎn)生的酸可以抑制變異鏈球菌的生長(zhǎng)和生物膜的形成。
那么，益生菌產(chǎn)生的酸是如何抵消包括變異鏈球菌在內(nèi)的致齲細(xì)菌產(chǎn)生的酸的呢？
這些問(wèn)題可能需要從整體齲齒環(huán)境的角度來(lái)考慮，致齲微生物會(huì)創(chuàng)造一個(gè)高度組織化的酸性屏障，長(zhǎng)時(shí)間暴露于局部高濃度的酸會(huì)導(dǎo)致牙齒局部脫礦，而不是均勻脫礦。如果益生菌產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠抑制致齲細(xì)菌（包括變異鏈球菌）和/或它們的生物膜，那么它們就可能會(huì)破壞這種酸性屏障，防止酸積累。由于口腔中存在自身的酸堿微生物平衡，不積累的酸反而有助于口腔環(huán)境中的酸堿平衡，構(gòu)成的威脅很小。
另外，益生菌對(duì)牙齒的親和力相對(duì)較低，其體外形成生物膜的能力遠(yuǎn)弱于變異鏈球菌。包括雙歧桿菌和乳酸桿菌的附著和增殖需要包括變異鏈球菌在內(nèi)的主要齲齒啟動(dòng)子來(lái)啟動(dòng)齲齒發(fā)生，以創(chuàng)造富含碳水化合物的厭氧酸性環(huán)境。單靠乳酸對(duì)牙本質(zhì)的破壞是不夠的，還需要蛋白水解活性，因?yàn)檠辣举|(zhì)的主要成分還有以I型膠原蛋白為主的細(xì)胞外基質(zhì)。然而，根據(jù)基因組分析，包括鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌/副干酪乳桿菌、唾液乳桿菌、陰道乳桿菌、格氏乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌在內(nèi)的益生菌，更傾向于與膠原蛋白結(jié)合而不是降解膠原蛋白。
⑤ 過(guò)氧化氫
某些益生菌物種，包括兩歧雙歧桿菌、約氏乳桿菌、卷曲乳桿菌和詹氏乳桿菌，會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧化氫來(lái)發(fā)揮抗菌作用。過(guò)氧化氫通過(guò)多種機(jī)制作用于致病菌，導(dǎo)致它們死亡。此外，過(guò)氧化氫具有調(diào)節(jié)口腔內(nèi)物種組成的潛力。致齲細(xì)菌通常對(duì)過(guò)氧化氫毒性非常敏感，包括變異鏈球菌。
2、抑制致齲微生物生物膜
齲齒通常是由生物膜所介導(dǎo)。益生菌的一個(gè)重要特性是能夠抑制或清除口腔內(nèi)生物膜和致病微生物的生長(zhǎng)。例如，干酪乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、植物乳桿菌和唾液乳桿菌可能通過(guò)下調(diào)變異鏈球菌中g(shù)tfB、gtfC和gtfD等基因來(lái)抑制變異鏈球菌的生物膜。
有趣的是，益生菌還能夠抑制真菌轉(zhuǎn)化為致病形式。研究表明，鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌和嗜熱鏈球菌能夠阻礙念珠菌菌絲形成的初始階段，而菌絲形成是白色念珠菌致病的關(guān)鍵步驟。瑞士乳桿菌、植物乳桿菌和唾液鏈球菌組成的復(fù)合益生菌可顯著下調(diào)參與白色念珠菌酵母-菌絲轉(zhuǎn)化相關(guān)基因的表達(dá)。
此外，益生菌還可能通過(guò)干擾群體感應(yīng)發(fā)揮抗菌作用。當(dāng)暴露于乳酸桿菌無(wú)細(xì)胞上清液時(shí)，浮游的變異鏈球菌和生物膜形式的變異鏈球菌的comD, vicR和vicK等群體感應(yīng)相關(guān)基因下調(diào)，導(dǎo)致變異鏈球菌的粘附性和生物膜形成減少。
3、競(jìng)爭(zhēng)性黏附和定植
益生菌對(duì)健康影響的關(guān)鍵特征之一是它們?cè)陴じ胶投ㄖ卜矫鎰龠^(guò)口腔病原體。例如，羅伊氏乳桿菌具有顯著的黏附能力，可以抑制病原體的細(xì)胞黏附；短乳桿菌可通過(guò)降低變異鏈球菌的自凝集、細(xì)胞表面疏水性和胞外多糖的產(chǎn)生來(lái)抑制變異鏈球菌的黏附。有意思的是，即使沒有直接接觸，益生菌也能減少病原體的黏附。
4、與病原菌共凝集
共凝集是益生菌的優(yōu)勢(shì)特性之一，這允許它們形成阻礙病原體定植的屏障。許多乳酸菌在體外具有與變異鏈球菌特異性共凝集的能力，特別是副干酪乳桿菌和鼠李糖乳桿菌。這種共凝集機(jī)制對(duì)高溫和蛋白酶都具有很高的抵抗力，并且不依賴于凝集素，也不受唾液的影響。
5、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)
除了對(duì)病原微生物或生物膜的直接作用外，益生菌還可以激活和調(diào)節(jié)宿主的免疫系統(tǒng)。臨床研究表明，嚴(yán)重齲齒的患兒每天或每周三次補(bǔ)充副干酪乳桿菌可顯著提高唾液中具有廣泛殺菌活性的人中性粒細(xì)胞肽1-3的水平，并降低變異鏈球菌的水平，可能減緩齲齒的進(jìn)展。此外，飲用含有副干酪乳桿菌的牛奶6個(gè)月后，唾液免疫球蛋白A水平升高，這種升高與副干酪乳桿菌負(fù)荷呈正相關(guān)。
某些嗜熱鏈球菌菌株，可激活先天免疫反應(yīng)，刺激單核細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子TNF和干擾素IFN-γ，從而有助于清除病原體。副干酪乳桿菌可通過(guò)促進(jìn)人單核細(xì)胞白血病細(xì)胞中腫瘤壞死因子TNF-α、白細(xì)胞介素IL-6和趨化因子（C-C基序）配體的表達(dá)而具有免疫刺激活性。因此，益生菌可以增強(qiáng)宿主對(duì)病原微生物的免疫應(yīng)答，為預(yù)防和治療感染性疾病提供一種潛在的方法。
益生元
1995年，益生元被定義為“一種不可消化的食物成分，它通過(guò)選擇性地刺激已經(jīng)存在于結(jié)腸中的一種或有限數(shù)量的細(xì)菌的生長(zhǎng)和/或活性，對(duì)宿主產(chǎn)生有益的影響”。然而，隨著科學(xué)研究的進(jìn)步，2017年，國(guó)際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(huì)將益生元定義為“宿主微生物選擇性利用的具有健康益處的底物”。
1、糖
某些糖具有益生元的特性，例如D-塔格糖是一種非致齲糖，是一種潛在的益生元，比蔗糖提供更低的卡路里和更低的血糖指數(shù)。值得注意的是，口腔健康的人的唾液富含D-塔格糖。D-塔格糖可能通過(guò)影響糖酵解及其下游代謝來(lái)抑制變異鏈球菌和戈登鏈球菌的生長(zhǎng)，但對(duì)口腔鏈球菌沒有影響。令人鼓舞的是，含有D-塔格糖的口香糖能夠抑制變異鏈球菌的生長(zhǎng)。
除了D-塔格糖外，木糖和阿拉伯糖等其它糖也被認(rèn)為是潛在的益生元，它們不僅能夠抑制變異鏈球菌的生長(zhǎng)，還能促進(jìn)乳酸桿菌的生長(zhǎng)。這種雙重作用特別有利，可以幫助恢復(fù)口腔菌群的平衡。
2、糖醇
糖醇，比如木糖醇、山梨醇、麥芽糖醇和赤蘚糖醇，也具有益生元特性，可以增強(qiáng)口腔健康。木糖醇是一種五碳多元醇甜味劑，根據(jù)2017年制定的新定義，木糖醇被認(rèn)為是一種口腔特異性的益生元。它可以提供許多好處，包括加強(qiáng)再礦化，降低牙菌斑的pH值，降低唾液中的變異鏈球菌水平，減少變異鏈球菌生物膜中的不溶性葡聚糖，減少齲齒發(fā)生率。然而，木糖醇在果糖或蔗糖的存在下會(huì)失去其作用。其它糖醇，比如山梨醇、麥芽糖醇和赤蘚糖醇，也被證明可以抑制齲齒。
3、低聚糖
除了糖醇，低聚糖也被作為益生元。母乳低聚糖是母乳中含量第三高的成分，經(jīng)常被添加到嬰兒配方奶粉中。低聚半乳糖寡糖和2'-巖藻糖基乳糖是最豐富的母乳低聚糖，它們可以減少胞外多糖介導(dǎo)的變異鏈球菌的粘附，因此，它們可能是促進(jìn)口腔健康的益生元。此外，低聚半乳糖、葡甘露聚糖水解物和甘露糖也可以通過(guò)與病原體的凝集素/菌毛結(jié)合來(lái)抑制病原體對(duì)上皮細(xì)胞的粘附。
然而，應(yīng)該注意的是，這些不可消化和/或不可吸收的糖醇和低聚糖，雖然可能對(duì)口腔健康有益，但過(guò)量攝入也可能導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題。因此，需要控制好攝入量和攝入時(shí)間，以盡量減少不良反應(yīng)。
4、精氨酸
精氨酸是一種被廣泛研究的口服益生元，對(duì)口腔健康具有多種有益作用，包括促進(jìn)堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，減緩牙齒脫礦，抑制生物膜的形成。具體來(lái)說(shuō)，精氨酸可以抑制念珠菌的生長(zhǎng)，減少牙釉質(zhì)脫礦。此外，L-精氨酸可以提高精氨酸溶解菌的產(chǎn)堿能力，比如血鏈球菌和戈氏鏈球菌，從而通過(guò)增加pH使生物膜環(huán)境不適合致齲菌群。L-精氨酸還可以顯著減少不溶性胞外多糖的數(shù)量。精氨酸還可以刺激益生菌產(chǎn)生有效抑制變異鏈球菌的物質(zhì)，比如過(guò)氧化氫。
合生元
與單獨(dú)使用相比，益生菌和益生元的聯(lián)合使用顯示出更好的治療效果。1995年，Gibson等人首次創(chuàng)造了“合生元”一詞，用來(lái)描述益生菌和益生元的組合。國(guó)際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(huì)在2020年更新了合生元的定義，指出它是由活性微生物和宿主微生物選擇性利用的底物組成的混合物，對(duì)宿主具有健康益處。
一些研究表明，使用合生元可能對(duì)口腔健康有益。例如，嗜酸乳桿菌與低聚半乳糖和低聚果糖組成的合生元可以顯著抑制變異鏈球菌的生長(zhǎng)；由魔芋葡甘露聚糖水解物和嗜酸乳桿菌組成的合生元在體外可以降低變異鏈球菌的水平。
考慮到過(guò)量酸在齲齒發(fā)生中的重要作用，選擇含有能夠維持高pH口腔環(huán)境的益生元的合生元制劑是一種創(chuàng)新和智能的方法。由2%的L-精氨酸和鼠李糖乳桿菌組成的合生元不僅可以降低變異鏈球菌生物膜的生物量，而且可以降低乳酸含量，導(dǎo)致24 h內(nèi)pH沒有明顯下降。 因此，合生元可以調(diào)節(jié)牙菌斑的生態(tài)。值得注意的是，L-精氨酸的加入還會(huì)促進(jìn)鼠李糖乳桿菌對(duì)氨基酸生物合成途徑的積極利用，從而促進(jìn)鼠李糖乳桿菌的增殖。因此，選擇能夠調(diào)節(jié)pH值的合生元可能在口腔中具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
后生元
2021年，國(guó)際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(huì)將“后生元”定義為“對(duì)宿主健康有益的無(wú)生命微生物和/或其成分的制劑”。近年來(lái)，后生元的研究方向越來(lái)越受到研究者的關(guān)注，并逐漸成為研究熱點(diǎn)。
制備后生元的主要方法是細(xì)菌細(xì)胞熱滅活和制備無(wú)細(xì)胞上清液。此外，還有其它滅活技術(shù)，比如電場(chǎng)、超聲、高壓、X射線、高壓放電、磁場(chǎng)加熱、中等磁場(chǎng)、等離子體技術(shù)等。需要注意的是，失活方式可能在一定程度上影響后生元的活性。例如，在一項(xiàng)研究中，口腔鏈球菌的無(wú)細(xì)胞上清液在60°C下會(huì)喪失活性，而在30°C或45°C時(shí)保持活性。與羅伊氏乳桿菌相比，熱殺死的羅伊氏乳桿菌對(duì)病原菌的黏附和抑制能力明顯降低，這可能與熱處理引起的理化性質(zhì)的改變有關(guān)。
雖然后生元不含活性微生物，但這并不意味著滅活的細(xì)菌已經(jīng)完全失去了所有有益的特性。比如，熱滅活的動(dòng)物雙歧桿菌在體外仍能降低生物膜的致齲性。另一個(gè)例子是副干酪乳桿菌DSMZ16671經(jīng)過(guò)熱滅活處理后，仍保持與變異鏈球菌共凝集的能力。甚至有研究表明，鼠李糖乳桿菌CNCM-I-3698經(jīng)過(guò)熱殺死處理后，具有更強(qiáng)的清除病原體和粘附能力。 失活過(guò)程可能導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞，使生物活性分子更暴露和更容易被利用。
總結(jié)
齲齒是一種非常普遍的口腔疾病，影響著全球很大一部分人口，齲齒的預(yù)防和治療是口腔保健的關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)的防治方法主要集中在物理去除和化學(xué)抑制，這些方法會(huì)不加選擇地清除所有微生物，這會(huì)破壞口腔菌群的自然平衡。雖然微創(chuàng)牙齒修復(fù)可以治療齲齒，但它不能解決新齲齒形成的根本原因。因此，迫切需要更安全、更有效和個(gè)性化的預(yù)防和治療策略。 益生菌、益生元、合生元、后生元等微生物制劑在防治齲齒方面的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的研究，并取得了良好的效果，它們通過(guò)引入有益微生物或抑制致病微生物來(lái)調(diào)節(jié)和恢復(fù)口腔菌群的平衡。
益生菌可以通過(guò)合成活性代謝物（比如細(xì)菌素、酶、生物表面活性劑、有機(jī)酸和過(guò)氧化氫）、抑制致齲微生物生物膜、競(jìng)爭(zhēng)性黏附和定植、與病原體共凝集以及調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等方式來(lái)抑制致齲微生物的生長(zhǎng)和繁殖，達(dá)到預(yù)防和治療齲齒的目的?？傊x齒的發(fā)病與口腔菌群的平衡密切相關(guān)，從口腔微生態(tài)的角度出發(fā)，充分考慮飲食組成、宿主免疫環(huán)境、口腔尤其是牙齒的理化特性等等，抑制口腔健康菌群向致齲菌群的轉(zhuǎn)變，是未來(lái)預(yù)防齲齒發(fā)生的關(guān)鍵。
圖片均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)
參考資料：Luo SC, et al. How probiotics, prebiotics, synbiotics, and postbiotics prevent dental caries: an oral microbiota perspective. NPJ Biofilms Microbiomes. 2024 Feb 24;10(1):14.
