Adv?Sci｜王林/李春艷和白雪/武振楠團(tuán)隊(duì)揭示光激活釕納米簇干預(yù)牙周炎“代謝-群體感應(yīng)軸”新策略

牙周炎是由口腔菌群失衡驅(qū)動(dòng)的慢性炎癥性疾病，可造成牙周組織破壞和牙槽骨吸收。牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，P. gingivalis）是牙周炎中的關(guān)鍵致病菌，但其致病能力并不完全取決于自身豐度。研究發(fā)現(xiàn)，即使P. gingivalis處于較低豐度，也可借助其他共生菌提供的代謝支持維持較強(qiáng)毒力，從而推動(dòng)疾病進(jìn)展。

其中，小韋榮球菌（Veillonella parvula，V. parvula）是口腔菌群中的重要成員。炎癥環(huán)境中升高的硝酸鹽可促進(jìn)V. parvula代謝活動(dòng)，使其產(chǎn)生有利于P. gingivalis生長(zhǎng)和毒力表達(dá)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及群體感應(yīng)相關(guān)信號(hào)。因此，阻斷V. parvula對(duì)P. gingivalis的代謝支持，有望成為干預(yù)牙周炎的新方向。

近日，吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院王林、李春艷團(tuán)隊(duì)聯(lián)合電子科學(xué)與工程學(xué)院白雪、武振楠團(tuán)隊(duì)在Advanced Science發(fā)表題為Light-Activated Ruthenium Nanoclusters Reprogram the Metabolic-Quorum Sensing Axis for Precision Periodontitis Therapy的研究成果。該研究構(gòu)建了光激活釕納米簇（Ru NCs），通過(guò)660 nm光照驅(qū)動(dòng)硝酸鹽還原，重編程V. parvula的氮代謝，進(jìn)而削弱其對(duì)P.gingivalis的營(yíng)養(yǎng)和群體感應(yīng)支持，為牙周炎精準(zhǔn)治療提供了新的納米醫(yī)學(xué)策略。

研究團(tuán)隊(duì)首先發(fā)現(xiàn)，Ru NCs在660 nm光照下可高效催化硝酸鹽向銨鹽轉(zhuǎn)化，從而降低牙周炎微環(huán)境中可被V. parvula利用的硝酸鹽水平。由于V. parvula依賴硝酸鹽代謝維持其生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)輸出，硝酸鹽耗竭會(huì)導(dǎo)致其氮代謝受限，并進(jìn)一步影響氨基酸合成等關(guān)鍵代謝過(guò)程。

在體外雙菌生物膜模型中，光激活Ru NCs顯著抑制V. parvula及V. parvula-P. gingivalis雙菌生物膜形成，降低生物膜厚度，并破壞兩種細(xì)菌之間的協(xié)同關(guān)系。進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Ru NCs處理后P. gingivalis關(guān)鍵毒力基因RgpA、RgpB、Kgp和FimA表達(dá)明顯下降，說(shuō)明該策略并非單純依賴直接殺菌，而是通過(guò)干擾V. parvula的代謝支持，間接削弱P. gingivalis的致病能力。

機(jī)制上，代謝組學(xué)分析顯示，Ru NCs聯(lián)合光照可誘導(dǎo)V. parvula發(fā)生明顯的氮代謝和氨基酸代謝紊亂，其中L-谷氨酸等關(guān)鍵代謝物顯著下降。補(bǔ)充硝酸鹽可部分恢復(fù)相關(guān)代謝變化，提示Ru NCs的核心作用與硝酸鹽利用受阻密切相關(guān)。進(jìn)一步轉(zhuǎn)錄組分析表明，經(jīng)Ru NCs處理后的V. parvula上清會(huì)使P. gingivalis出現(xiàn)核糖體、翻譯和肽類合成相關(guān)通路抑制，進(jìn)入低能量、低生物合成狀態(tài)。外源補(bǔ)充L-谷氨酸可部分恢復(fù)P. gingivalis毒力基因表達(dá)，進(jìn)一步證明V. parvula來(lái)源代謝物減少是P. gingivalis毒力下降的重要原因。

在大鼠牙周炎模型中，研究人員發(fā)現(xiàn)，低豐度P. gingivalis單獨(dú)感染并不會(huì)引起明顯牙槽骨破壞，但在V. parvula共同存在時(shí)，其致病性顯著增強(qiáng)，說(shuō)明V. parvula可放大P. gingivalis的病理作用。Ru NCs聯(lián)合660 nm光照治療后，牙槽骨吸收明顯減輕，牙周膠原結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)減少。同時(shí)，促炎因子IL-6表達(dá)下降，抗炎標(biāo)志物Arg-1表達(dá)升高，提示局部炎癥微環(huán)境得到改善。

綜上所述，該研究揭示了V. parvula通過(guò)硝酸鹽依賴性代謝支持增強(qiáng)P. gingivalis毒力的生物學(xué)機(jī)制，并提出利用光激活Ru NCs切斷這一“代謝-群體感應(yīng)軸”的干預(yù)策略。該工作從傳統(tǒng)“殺滅細(xì)菌”思路轉(zhuǎn)向“精準(zhǔn)阻斷致病菌互作”，為牙周炎及其他多菌種感染性疾病治療提供了新的理論依據(jù)和潛在應(yīng)用方向。

本研究由吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院王林教授、李春艷教授團(tuán)隊(duì)與吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院白雪教授、武振楠教授團(tuán)隊(duì)共同合作完成。吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院為論文第一完成單位，吉林大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院博士生周菁為論文第一作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.76245

制版人：十一

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