龋病病因及其免疫预防

六、龋病病因及其免疫预防根据WHO2004年报告龋病仍是人类最常见的疾病之一龋病严重威胁人群的口腔健康AgePrevalenceDMFTTreatedrate5岁组乳牙66.0%3.5dmft3%12岁组恒牙28.9%0.5DMFT

11%35～44岁88.1%4.5DMFT

8.3~21.1%65～74岁98.4%14.7DMFT

第三次全国口腔健康流行病学抽样调查结果龋病的病因学——四联因素理论龋病预防控制致龋微生物增强宿主抵抗力控制高糖饮食龋病发病理论非特异性菌斑学说特异性菌斑学说非特异性菌斑假说

——广义龋病生态学假说龋病发生并非少数几种致龋菌作用的结果，菌斑生物膜的影响是一个动态过程，最终导致龋病发生。I、动态稳定阶段产酸—脱矿—再矿化、自稳机制平衡该过程以非变异链球菌群和放线菌为主导II、产酸阶段糖类频繁摄入，唾液量↓，无法中和酸菌斑pH下降并持续非变异链球菌群的产酸菌和耐酸适应性增强放线菌、血链、口腔链球菌、戈登链球菌、轻链等产酸性↑，自适应耐酸性↑菌群产酸潜力改变→龋病发生III、耐酸阶段变异链球菌、乳杆菌在极端酸性条件上更具竞争力pH↓4.0后，部分非变异链球菌和放线菌失去生存能力代之以变链菌、乳杆菌、双岐杆菌特异性菌斑学说口腔中各菌种在不同部位的检出水平S.sanguis和Mutans.S是在菌斑和龋病病损中最常检出的菌种，两者都能够产酸，但只有Mutans.S能够单独在无菌动物模型上产生龋齿。乳杆菌——致龋始动作用不明显，促进龋病进展放线菌——与根面龋发病有关S.mutans大鼠磨牙龋齿模型S.mutans作为主要致龋菌的流行病学证据S.mutans几乎总是能从菌斑中被检出。大多数龋损部位有>10％的S.mutans。大多未感染S.mutans的区域无龋病发生。纵向研究发现S.mutans促进龋病的进展。有研究显示，如果儿童3岁前没有感染S.mutans，则趋向于保持未感染状态几年时间，直到第二牙列萌出时新的定植机会出现。S.Sobrinus—另一重要致龋菌随着检测手段的改进，

S.sobrinus在菌斑和龋损部位的检出率明显提高；与S.mutans相比，S.sobrinus的产酸性和耐酸性更强，S.sobrinus感染与高度龋活性的关系更为密切；研究发现口腔中同时感染S.mutans和S.sobrinus的儿童，其龋活性显著高于单一菌种感染者。S.Sobrinus的表面蛋白抗原SpaA和葡糖基转移酶GTF与S.mutans的PAc和GTF之间具有较高的同源性，两菌之间具有交叉反应性。S.mutansS.Sobrinus免疫电镜显示，抗S.Sobrinus的多克隆抗体也可以和S.mutans反应细菌粘附和聚集——致龋过程的初始致龋菌主要依靠蔗糖非依赖性和蔗糖依赖性机制粘附聚集在牙面，代谢糖类产生乳酸，造成牙齿脱矿，龋病开始。细菌的粘附聚集机制包括：蔗糖非依赖性粘附——表面蛋白抗原（PAc）蔗糖依赖性粘附——葡糖基转移酶（GTF）葡聚糖结合蛋白（GBP）ToothPellicleS.mutansS.mutansS.mutansS.mutansS.mutans=GBP=Glucan=GTF=PAc致龋菌粘附和聚集模式图致龋菌的重要毒力因子信号肽富含丙氨酸富含脯氨酸锚基唾液结合区段，粘附功能区（A区，SBR）

免疫活性区（P区）0500aa1000aa1500aaPAc

S.mutans:PAc,AgI/IIorP1；S.sobrinus:SpaAorPAg两者之间存在明显的序列同源性(66%)PAc结构特点：

位于氨基端1/3富含丙氨酸的重复序列——唾液结合区

位于中部富含脯氨酸的重复序列——免疫活性区针对完整的PAc蛋白或其唾液结合区的抗体能够阻断S.mutans的粘附对大鼠免疫S.sobrinus的SpaA蛋白能够保护大鼠抵抗S.sobrinus感染(Redmanetal.,1995)0500aa1000aa1500aa催化区段（CAT区）葡聚糖结合区段（GLU区）信号肽GTF

S.mutans和S.sobrinus

都能合成几种GTFs，其中GTF-I在两种细菌之间具有56.7%的序列同源性GTF的结构特点：位于氨基端1/3——催化活性区：催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖靠近羧基端的重复序列——葡聚糖结合区S.mutans至少分泌三种具有葡聚糖结合活性的蛋白:GbpA,GbpB,GbpCGpbB已经被证明能够在实验性龋齿动物上诱导保护性的免疫反应(SmithandTaubman,1996,1997)

通过唾液腺区皮下注射GpbB(SmithandTaubman,1996)或者通过鼻腔粘膜免疫(Smithetal.,1997)都可以达到保护效果相对于PAc和GTFs，研究较少GBP机体粘膜免疫共同粘膜免疫系统（CMIS）抗原通过接触肠、鼻腔、支气管或泌尿生殖道等部位的粘膜相关淋巴组织，不仅可以在诱导部位产生免疫反应，而且能够在远离诱导部位的局部粘膜产生免疫反应。机体不同部位的粘膜构成一个相互联系的免疫网络，称为共同粘膜免疫系统。DomePeyer's

Patch

(GALT)Antigens

MLNTDBloodMucosalHomingGastrointestinaltractUpperrespiratorytract?Genitourinarytract?LaminaPropriaMammarySalivaryLachrymalSweat?GlandssIgA+BcellsCD4+TcellsMALTTonsils

/

Adenoids(NALT)TCellZone(35-40%)BCellZone(45-50%)CD4+TCells-naiveCD4+TCells-activatedCD4+TCells-memoryCD8+CTLsgdTCellsSurfaceIgA+ActivatedResting5-8%~40%~60%MHC

Class

II+

APCsDendritic

and

B

Cells,

MøBloodMucosalEffectorSitesMucosalInductiveSitesAreMALTMCellLymphoepitheliumEpithelialCellsPlasmaCellJchainmIgAdIgAS-IgASCpIgATransportAgUptake唾液分泌性IgA(sIgA)是唾液中的主要免疫球蛋白，其功能包括：抑制微生物在粘膜上皮和牙齿表面的黏附中和毒素和酶类（如GTF）中和病毒抗原捕获和抗原清除与非特异性防御机制相互作用（如黏液素、乳铁蛋白、溶菌酶等）免疫防龋的理论基础致龋菌明确：

S.mutans和S.sobrinus被认为是主要致龋菌抗原清楚：表面蛋白抗原PAc、SpaA

葡糖基转移酶（GTFs）葡聚糖结合蛋白（Gbp）免疫系统的作用成分已知：唾液中的sIgA抗体对防龋起主要作用S.mutans和S.sobrinus在幼儿18-24个月的时候开始稳定定植于口腔，这段时间称为“感染窗口”。致龋菌一旦稳定定植，则很难再彻底清除。因此最佳的免疫时段应该在致龋菌稳定定植前，大约幼儿1岁左右。免疫时机尽管刚出生的婴儿唾液中不含分泌性IgA，婴儿1个月时成熟的IgA已经是唾液中主要的免疫球蛋白了;6~9个月时，大多数婴儿已具有了类似成人的IgA1和IgA2亚型分布（SmithandTaubman,1993）;提示婴儿接近1岁的时候，粘膜免疫反应开始出现明显的成熟.？粘膜免疫系统是否足够成熟免疫途径口腔免疫通过诱导肠相关淋巴组织产生粘膜IgA反应，可采用口服、灌胃等方法;缺点是胃酸和各种酶会对抗原产生破坏作用，并且诱导位点（肠）和效应位点（口腔）距离远;通过口腔免疫可以改变变形链球菌的感染和龋病发生进程;动物模型（Smithetal.,1979);人体实验（SmithandTaubman,1987).鼻腔免疫较新使用的免疫途径，通过诱导鼻相关淋巴组织产生粘膜IgA反应优点是鼻腔环境对抗原的降解作用小，因此需要的抗原剂量小；易于操作；诱导位点（鼻腔）和效应位点（口腔）距离近；同时诱导粘膜和系统免疫通过鼻腔免疫可以获得明显的防龋保护效果（Katsetal.,1993；Fanetal.,2002）扁桃体免疫通过刺激腭扁桃体诱导免疫反应兔扁桃体局部给予福尔马林灭活的S.sobrinus细胞能够诱导唾液免疫反应，明显降低S.sobrinus的感染（Fukuizumietal.,1999）重复扁桃体免疫能够诱导兔大小唾液腺中产生IgA抗体分泌细胞（Inoueetal.,1999）小唾液腺免疫唇、颊、软腭小唾液腺，它们具有与淋巴组织紧密相连的分泌导管S.sobrinusGTF局部用于年轻成人的下唇粘膜表面，与安慰剂组相比，免疫组在随后6周的时间里全唾液中的总链球菌比例明显降低（SmithandTaubman,1990）直肠免疫一个远端的粘膜免疫诱导位点，分布着高密度的淋巴滤泡初步研究表明这一途径也能诱导针对GTF的唾液IgA反应.（Lametal.,2001）使用肛栓可作为幼儿使用鼻腔免疫的替代皮下和其它系统免疫最初使用S.mutans全细胞作为免疫原;为了避免产生心脏交叉反应性抗体，亚单位疫苗和多肽疫苗被用于系统免疫以控制龋齿;大鼠唾液腺周围皮下注射GTF或合成肽诱导了高水平的血清和唾液IgA反应，抑制了致龋菌口腔定植和龋病发生（Taubmanetal.）。

免疫效果评价体内研究：唾液中特异性的sIgA抗体水平（ELISA）是否干扰致龋菌在牙面的定植（细菌培养计数）龋齿动物模型的患龋水平（Keyes记分）体外研究：免疫血清/唾液引起致龋菌的凝集抑制致龋菌在羟磷灰石表面的黏附影响生物膜的形成和结构免疫防龋研究方向主动免疫防龋（防龋疫苗）亚单位疫苗合成肽疫苗细菌活载体疫苗DNA疫苗被动免疫防龋在牛奶或鸡蛋黄中产生针对变形链球菌的抗体鼠单克隆抗体

牛奶多克隆抗体

鸡蛋黄IgY抗体被动免疫

constructionofGTase-IoverexpressingstrainB29-33

intramuscularimmunization

specificcowmilkantibodies

mouthrinsing

colonizationlevelofS.mutanonteethsurface

EffectofspecificbovinemilkantibodiesagainstdentalcarieskilledS.mutans,S.sobrinuswholecells

eggyolkIgY

effectofspecificIgYoncariespreventioninanimalmodelsintramuscularimmunizationEffectofspecificIgYonpreventionofdentalcaries（江千舟，樊明文等，2001）主动免疫亚单位疫苗以生物化学和物理方法提取纯化PAc、GTFs等特异性抗原，或利用基因重组技术将PAc、GTFs等抗原的基因片段克隆到原核高效表达载体中，使之大量表达，再将其提取纯化制成的疫苗。代表性研究Childers等提取了GTF蛋白用于临床研究（2002,2003,2006）Michalek等制备了融合PAcSBR区和GTFGLU区的重组蛋白（2002）合成肽疫苗合成肽疫苗是根据致龋菌毒力因子的重要免疫原性和功能区的氨基酸序列，人工合成的十到数十个氨基酸残基的短肽疫苗。Taubman，Smith等合成了对应GTF的CAT区和GLU区的多肽（2005，2007）代表性研究将PAc和GTFs等抗原的基因克隆到原核表达质粒中，然后将质粒克隆到载体菌中，由载体菌在体内携带和表达。常用的载体菌有减毒沙门氏菌和乳链球菌。细菌活载体疫苗代表性研究Redman等构建了表达S.sobrinus表面蛋白SpaA的重组沙门氏菌（1994）凌均棨等研究了基因重组乳链球菌防龋疫苗（1999）

DNA疫苗将携带抗原基因的真核表达载体直接导入宿主细胞内，诱导宿主免疫系统对抗原基因所表达的蛋白发生免疫反应。代表性研究樊明文等分别以pCI和pVAX1为载体研制了针对PAc和GTF的防龋DNA疫苗（口腔医学纵横,2000；JDentRes,2002；Vaccine,2006）刘天佳等以pcDNA3.1为载体，研制了分别针对PAc和GTF的防龋DNA疫苗（华西口腔医学杂志,2001）Han等构建了编码变链菌壁相关蛋白WapA的DNA疫苗（DNACellBiol,2005）防龋DNA疫苗防龋DNA疫苗pCIA-P融合防龋DNA疫苗pGLUA-P靶向融合防龋DNA疫苗pGJA-P人用靶向融合防龋DNA疫苗pGJA-P/VAX复合防龋DNA疫苗pGJGAC/VAXcy3-SABC法，抗PAc抗体cy3-SABC法，抗GTF抗体阴性对照防龋质粒DNA在体外真核细胞中表达抗原蛋白在大鼠股四头肌中的表达阴性对照防龋质粒DNA在肌肉组织中表达抗原蛋白在大鼠颌下腺导管中的表达阴性对照防龋质粒DNA在颌下腺组织中表达抗原蛋白动物实验研究BALB/c小鼠疫苗防龋保护实验（大鼠龋病模型）日本大耳白兔金黄毛地鼠通过粘膜途径免疫，靶向防龋DNA疫苗能够在小鼠、大鼠、金黄毛地鼠、兔等多种动物体内诱导特异性的唾液IgA和血清IgG抗体龋齿模型研究显示靶向防龋DNA疫苗能够显著降低实验动物的龋齿水平

肌肉注射免疫鼻腔粘膜免疫

EDSDMEDSDM

49%43%52%57%63%70%靶向防龋DNA疫苗免疫金黄毛地鼠后的龋齿降低率正常大鼠磨牙纵切面龋坏防龋质粒DNA免疫定菌鼠磨牙纵切面患龋情况未免疫大鼠磨牙纵切面患龋情况靶向疫苗pGJA-P/VAX免疫猕猴实验研究采集鼻腔分泌物样本采集唾液样本采集血液样本A组（2只，1＃和2＃）经三角肌注射pGJA-P/VAXB组（2只，3＃和4＃）经鼻滴注pGJA-P/VAX/bupivacaine复合物C组（1只，5＃）经三角肌注射pVAX1D组（1只，6＃）经鼻滴注pVAX1/bupivacaine复合物唾液抗PAc特异性SIgA抗体中，2、3和4号猴免疫后2月和3月时较免疫前显著升高，并以2、4号猴水平最高。1号和对照猴（5和6号）没有显著变化。唾液抗GTF特异性SIgA抗体中，2、3和4号猴免疫后2月和3月时较免疫前显著升高，并以2、4号猴水平最高。1号和对照猴（5和6号）没有显著变化鼻腔分泌物抗PAc特异性SIgA抗体中，2、3和4号猴免疫后2月和3月时较免疫前显著升高，并以2、4号猴水平最高；1号和对照猴（5和6号）没有显著变化。鼻腔分泌物抗GTF特异性SIgA抗体中，2、3和4号猴免疫后2月和3月时较免疫前显著升高，并以2、4号猴水平最高；1号和对照猴（5和6号）没有显著变化。

□1号猴，○

2号猴，

3号猴，△

4号猴，●

5号猴，

■6号猴

1号和2号猴免疫后一个月时血清抗PAcIgG抗体水平就比免疫前高16倍；3号猴免疫后3个月时血清抗PAcIgG抗体水平也达到比免疫前高16倍；4号猴免疫后3个月时血清抗PAcIgG抗体水平达到比免疫前高8倍；5号和6号免疫前后血清抗PAcIgG抗体水平无显著变化。

1号和2号猴免疫后一个月时血清抗GTFIgG抗体水平就比免疫前高16倍，2个月时达32倍；3号猴免疫后2个月时血清抗PAcIgG抗体水平也达到比免疫前高8倍；4号猴免疫后1个月时血清抗PAcIgG抗体水平达到比免疫前高16倍，3个月时达32倍；5号和6号免疫前后血清抗PAcIgG抗体水平无显著变化。

防龋DNA疫苗现状研制融合疫苗从实验室研究到中试生产

DNA疫苗的免疫机制

与武汉生物制品研究所合作正在进行防龋DNA疫苗的中试研究，小规模中试产品质量已达到《预防用DNA疫苗临床前研究技术指导原则》的要求。1.发酵工艺用14升罐发酵，获得湿菌67克用50升发酵罐发酵，获得湿菌450克2.质粒纯化工艺研究（1）质粒的粗提:碱裂解法

防龋DNA疫苗的中试生产（2）Ⅰ号柱层析：去除RNA、细菌蛋白、宿主菌基因组DNA

（3）Ⅱ号柱层析：捕获超螺旋质粒0D260/OD280大于1.75

细菌残余蛋白含量小于0.001ug/ug质粒琼脂糖电泳后RNA肉眼不可见超螺旋质粒含量＞80%（4）Ⅲ号柱层析：去除内毒素内毒素降至≤0.01EU/ug3.建立了产品质量控制标准：

细菌蛋白定量检测方法RNA残留检测方法细菌残余DNA检测方法内毒素检测方法小规模中试产品树突状细胞在靶向防龋DNA疫苗免疫中的作用机制研究靶向防龋DNA疫苗编码的蛋白能否与树突状细胞特异结合？靶向疫苗对树突状细胞的免疫相关基因表达产生的影响。粘膜免疫诱导部位和系统免疫部位的树突状细胞基因表达谱的差异。靶向防龋DNA疫苗编码的蛋白能否与树突状细胞（DC）特异结合？问题1靶向融合蛋白与DC的靶向结合能力研究1.人外周血来源的DC的培养和鉴定

淋巴细胞分离液离心400g×30min外周血单个核细胞单核细胞磁珠分选树突状细胞体外培养MorphologySurfacemarkerFunction稀释外周血典型的树突状细胞形态（×40）典型的表面分子标志低表达CD14、CD83，高表达CD1a、CD80、CD86、CD40明显的刺激T细胞增殖功能2.靶向融合蛋白与DC的靶向结合作用研究1）靶向质粒转染COS-7细胞，收集培养上清，制备靶向融合蛋白2）分组：

A:单纯DCB:DC与靶向融合蛋白共孵育

C:封闭B7分子的DC与靶向融合蛋白共孵育3）流式细胞术比较三组DC结合靶向融合蛋白的量三组之间平均荧光强度比较分组

平均荧光强度单位*

p<0.05，单因素方差分析和LSD检验A

3.797.814.49B*

7.3410.868.95C

4.936.687.77问题2

靶向防龋DNA疫苗与树突状细胞相互作用后，树突状细胞有哪些特异的基因表达变化？靶向防龋DNA疫苗和非靶向防龋DNA疫苗分别转染树突状细胞3天后收集树突状细胞分离RNA合成探针与树突状细胞/抗原提呈细胞芯片杂交芯片扫描及数据分析Targetedgroupnon-targetedgroup与非靶向组相比，靶向DNA疫苗转染的树突状细胞有27个免疫相关基因上调，7个免疫相关基因下调。差异表达基因按功能分为5类：

1）细胞因子、趋化因子及其受体

2）抗原摄取

3）抗原提呈

4）细胞表面受体

5）信号转导荧光定量PCR验证芯片结果genenameprimersannealingTemperature(℃)Pouductlength(bp)GAPDHF:5'AAGAAGGTGGTGAAGCAGGC3'R:5'TCCACCACCCTGTTGCTGTA3'57203Ccl17F:5'TGCTGCCTGGATTACTTCAA3'R:5'CCCTGGACAGTCAGAAACAC3'58110Ccl19F:5'AGCCTTCCGCTACCTTCTTA3'R:5'GCTGTTGCCTTTGTTCTTGG3'58160CD207F:5'CTACAAGGCAGCAGATGGAA3'R:5'GACACCCTGATATTGGCACA3'58177cd209aF:5'GAGATGACGGCTGGAATGAC3'R:5'GAGATGGTGGAGGGAGTTGG3'58109Cst7F:5'CTTGCCCTCTGCTGCCTAA3'R:5'GCACTCCTGGGTTATTGGTC3'59127IFNγF:5'AGCAACAACATAAGCGTCAT3'R:5'CCTCAAACTTGGCAATACTC3'58100IL-4F:5'CATCCTGCTCTTCTTTCTCG3'R:5'CCTTCTCCTGTGACCTCGTT3'58105GenenamesTargetedgroupNon-targetedgroupRatioCCL172.14E-022.27E-039.43CCL191.56E-011.24E-0212.58CD2073.71E-021.13E-023.28CD209a1.43E-012.63E-025.44CST72.37E-021.11E-022.14IFNr2.33E-021.16E-022.00IL-43.04E-021.07E-022.84结论：

一组免疫相关基因在靶向DNA疫苗增强免疫反应的过程中发挥作用，其中CCL17和CCL19可能更为关键。问题3DNA疫苗通过粘膜途径和系统途径免疫后诱导的抗体反应具有明显的差异。是否粘膜免疫诱导部位的树突状细胞和系统免疫部位不同？免疫磁珠法从小鼠派伊尔结分离粘膜树突状细胞单细胞悬液与抗小鼠CD11c抗体包被的磁珠共孵育过分离柱洗脱阳性细胞免疫磁珠法从小鼠皮肤分离系统树突状细胞单细胞悬