使用小鼠慢性根尖周炎(CAP)模型和人滋养层细胞感染实验评估与慢性根尖周炎相关的口腔病原体(P. gingivalis、F. nucleatum)。观察到妊娠期缩短及胎盘炎症活化,符合TLR4/MyD88/NF-κB信号通路的激活特征。在胎盘和血管组织中可检测到细菌DNA,支持血行传播途径及潜在干预靶点的存在。
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研究文章
使用小鼠慢性根尖周炎(CAP)模型和人滋养层细胞感染实验评估与慢性根尖周炎相关的口腔病原体(P. gingivalis、F. nucleatum)。观察到妊娠期缩短及胎盘炎症活化,符合TLR4/MyD88/NF-κB信号通路的激活特征。在胎盘和血管组织中可检测到细菌DNA,支持血行传播途径及潜在干预靶点的存在。
自发性早产(sPTB;指妊娠37周前分娩)仍是新生儿死亡的主要原因之一,且宫内感染与相当比例的病例相关。新兴证据表明,口腔致病菌如 牙龈卟啉单胞菌 和 具核梭杆菌 与不良妊娠结局相关;然而,慢性根尖周炎(CAP)与妊娠风险之间关联的机制通路尚未完全阐明。在妊娠C57BL/6J小鼠中,通过根管接种建立CAP模型,并结合尾静脉注射细菌悬液(1 × 108 CFU/mL)。通过qPCR检测妊娠时长、胎盘组织病理学、炎症标志物及细菌DNA信号。同时,将人滋养层细胞暴露于 P. gingivalis 或 F. nucleatum (MOI = 50,24 小时)以检测与 TLR4/MyD88/NF-κB 轴激活一致的炎症信号。与对照组相比,CAP 相关组显示妊娠期缩短(中位数 19.5 天 vs 20.5 天),并伴有胎盘炎症指标升高(包括 IL-1β 和 TNF-α 水平升高)以及符合炎症性损伤的组织病理学特征。qPCR 进一步显示胎盘和血管组织中存在细菌 DNA 信号。在滋养层细胞实验中, F. nucleatum 引发的促炎反应强于 P. gingivalis,伴随NF-κB磷酸化水平升高。综上所述,这些发现提示CAP相关口腔病原体可能通过诱导胎盘炎症,导致妊娠期缩短 通过 TLR4/MyD88/NF-κB 信号通路,支持口腔-胎盘微生物轴作为减轻感染相关妊娠风险的潜在靶点。
自发性早产(sPTB)是指在未进行医疗干预的情况下,妊娠20至37周之间发生的分娩1。作为一种重要的全球公共卫生问题,sPTB的发生率在发达国家约为5%–9%,而在资源有限的地区则高达12%–18%2,3。早产及其并发症仍是5岁以下儿童死亡的主要原因,每年导致约一百万例新生儿死亡4。存活婴儿常面临呼吸窘迫综合征等即刻并发症,以及脑性瘫痪和发育迟缓等长期后遗症5,6,从而给家庭和社会带来沉重的经济负担7,8。
自发性早产(sPTB)的病因是多因素的,反映了母体、胎儿和环境因素之间的相互作用,包括子宫收缩功能障碍、宫颈机能不全、内分泌紊乱、胎盘异常以及宫内感染9。宫内感染被认为是主要诱因之一,估计占早产病例的30%–40%10,11。病原体可通过上行途径(如宫颈阴道途径)或血行途径进入羊膜腔,激活宿主免疫反应,促进促炎性细胞因子(如IL-6、TNF-α)和前列腺素的释放,从而诱发分娩12。滋养层细胞作为母胎界面的关键细胞成分,不仅参与免疫耐受的维持,也参与抗微生物防御13。
口腔微生物,包括Porphyromonas gingivalis和Fusobacterium nucleatum,可能通过菌血症和/或炎症介质的播散,参与与早产(sPTB)相关的炎症过程14。这些菌种是已知的牙周致病菌,流行病学和临床研究已报道牙周炎与早产之间存在关联15,16,17。值得注意的是,P. gingivalis和F. nucleatum也常在根尖周炎(CAP)中被检出18,19,但根尖周炎与不良妊娠结局之间的关系研究相对较少,相关生物学通路尚未完全明确20。Harjunmaa等人于2015年首次报道了根尖周炎与妊娠期缩短及低出生体重之间存在关联21。对同一队列的后续研究未支持细菌直接转移至胎盘的机制,提示全身性炎症可能是根尖周炎与妊娠结局之间的一个合理联系22。与此解释一致,经放射影像学确诊的根尖周炎与早产低出生体重分娩风险升高相关23。作为一种持续存在的隐匿性感染,根尖周炎可能通过慢性低度全身性炎症和/或微生物组分经血行暴露,增加妊娠风险24,25。因此,有必要进一步阐明根尖周炎与妊娠之间的关系,以深化对口腔-胎盘炎症通路的理解,并为感染相关妊娠风险的预防策略提供依据。
近期研究强调了TLR4/MyD88/NF-κB信号轴在炎症相关早产中的重要作用。Robertson等发现TLR4可能是炎症诱导早产的潜在治疗靶点,并在动物模型中报道了其预防作用26。Peng等进一步表明,miR-199a-3p通过抑制HMGB1/TLR4/NF-κB通路减轻宫颈上皮炎症27。此外,Shen等描述了紫丁香苷在糖尿病妊娠大鼠中具有抗氧化和抗炎作用,其改善效应与TLR4/MyD88/NF-κB通路的调节有关28。综上所述,这些研究结果支持一种机制框架,即TLR4/MyD88/NF-κB相关的炎症信号通路参与了感染相关的影响分娩的通路,同时也指出根据病原体的不同,多种天然免疫受体可能并行发挥作用。
本研究采用互补方法评估与CAP相关的妊娠效应 体外 滋养层细胞检测和 体内 小鼠模型。滋养层模型能够对病原体诱导的炎症信号通路进行可控性研究,而妊娠小鼠慢性动脉粥样硬化(CAP)模型则可在生理妊娠条件下,将细胞水平的反应与个体水平的妊娠表型相联系。此外,还包括尾静脉攻击模型,以提供一种互补的血源性暴露途径,并评估在口腔感染情况下观察到的炎症激活模式是否会在细菌组分进入母体循环时得以重现。具体而言,滋养层细胞暴露于 P. gingivalis 和 F. nucleatum 用于分析细胞因子反应及TLR4/MyD88/NF-κB信号轴的激活情况,而动物实验则评估妊娠时长、胎盘炎症以及通过qPCR检测颈动脉分叉和胎盘组织中的细菌DNA信号。由于qPCR仅能提示细菌DNA的存在,无法反映其活性或细胞定位,因此对母胎界面微生物存在的解读需保持谨慎。此外,物种差异和受控的实验性暴露可能限制结果向临床的直接转化,凸显了后续在与人类相关环境中进行验证的必要性。
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所有动物实验均严格遵守新疆医科大学第一附属医院动物研究伦理委员会制定的伦理准则(批准号:IACUC-20231121-13),并遵循美国国立卫生研究院(NIH)《实验动物护理和使用指南》(2011年版)的规定进行。此外,本研究遵循ARRIVE指南。所有实验材料(试剂、耗材、仪器和软件)及其相应的生产厂家信息和目录编号均列于材料表中,以确保实验的可重复性。
1. 细菌培养
在厌氧条件下处理牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)和具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)的标准菌株(菌株编号见材料表)。在预先还原的哥伦比亚血琼脂平板上建立初始培养物,并于37 °C厌氧环境(85% N₂、10% H₂ 和 5% CO₂)中培养48小时。实验前,挑取单个分离良好的菌落接种至40 mL脑心浸液肉汤中,在相同厌氧条件下培养至对数中期(OD660 = 0.6–0.8)。为尽量减少氧气暴露,所有接种和转移操作均在厌氧工作站内使用预先还原的培养基和工具进行。细菌浓度通过基于OD660的定量方法标准化为1 × 108 CFU/mL,用于动物暴露实验;该定量依据在相同培养条件下建立的菌株特异性OD–CFU标准曲线。校准曲线通过在厌氧琼脂平板上进行系列稀释和菌落计数获得,至少进行三次独立校准。对于滋养层细胞感染研究,使用经过验证的计数方法对细菌悬液进行定量,并在共培养前立即用不含抗生素的完全培养基稀释至指定的感染复数(MOI)。
2. 动物饲养与分组
6–7 周龄的无特定病原体 C57BL/6J 小鼠(n = 90;60 只雌性,30 只雄性)在受控条件下饲养(22 °C ± 2 °C,60% ± 10% 湿度,12 小时光照循环),并提供 随意摄取 自由饮水和进食。经过1周的适应期后,将小鼠随机分为六个实验组(n = 15/组):正常对照组(NC)、CAP组 P. gingivalis (碱性磷酸酶),CAP 与 F. nucleatum (AF),生理盐水尾静脉注射(VN) P. gingivalis 尾静脉注射(VP),以及 F. nucleatum 尾静脉注射(VF)。记录随机分组和笼位分配,以尽量减少分配偏倚和潜在的笼内效应。
3. CAP 模型的建立
所有手术操作均在无菌条件下进行。通过腹腔注射戊巴比妥钠(1.62 mg/30 g 体重)联合硫酸阿托品(12.5 µg/30 g 体重)诱导麻醉,并通过足底回缩反射消失确认麻醉深度足够。将小鼠仰卧位固定于加热垫上以维持体温,轻柔张开口腔以稳定暴露双侧上颌第一磨牙。在放大镜下,使用无菌圆钻打开双侧上颌第一磨牙的髓腔,随后用无菌显微器械去除冠部牙髓组织。使用小型根管锉(06–10 号)定位根管口,并轻柔探通根管以确保通畅,避免施加过大压力,以降低穿孔风险。在接种前,用无菌生理盐水(或无菌 PBS)冲洗髓腔,并用无菌纸尖干燥。
采用浓度为 1 × 108 CFU/mL 的标准化菌液进行细菌接种。为确保给药量可重复,操作中将每颗牙齿的接种体积固定为 2 µL(约每牙 2 × 105 CFU),使用校准过的微量移液器吸头置于髓腔入口处进行递送。随后,将预先用相同菌液浸润的无菌吸水纸尖置入髓腔,以维持局部暴露。通过观察纸尖明显湿润且无渗漏至口腔内,确认接种成功。接种后,将髓腔空气干燥至无可见液体残留,随后用光固化牙科粘接剂封闭(20 秒),再使用光固化流动树脂复合材料进行修复(20 秒)。通过肉眼观察和轻柔探查确认封闭完整性;若修复体出现缝隙或早期脱落,则立即重新封闭。术后根据机构动物护理指南提供镇痛处理和监测。
两周后拍摄根尖周X线片以确认CAP模型的建立。成功建立的标准为出现清晰的根尖周透射影,并伴有符合慢性根尖周炎症及骨质破坏的周围骨组织改变。在感染/模型建立两周后开始交配。
4. 建立尾静脉注射模型
将细菌悬液用无菌生理盐水配制为浓度 1 × 108 CFU/mL。固定小鼠后,将尾巴加热 1–2 分钟以扩张尾侧静脉。使用细针头(通常为 29–30 G),针尖斜面向上,以约 10–15° 的浅角度插入尾侧静脉。静脉内正确置针的标志是针座处出现回血,且推注顺畅、阻力低;若阻力增加和/或皮下形成隆起(肿胀),则提示置针失败,应立即停止推注,短暂重新加热尾巴后,在更近端的位置重复操作。小鼠连续三天每日注射一次(每次每只 100 µL)。三天后,将雌鼠与雄鼠合笼饲养,并于次日早晨检查阴道栓。确认发现阴道栓后(妊娠 0.5 天,GD 0.5),每三天注射一次(每次每只 100 µL),持续至妊娠第 15 天。
5. 建立小鼠妊娠模型
将雌性和雄性小鼠以2:1的比例(雌:雄)从每天20:00开始同笼饲养过夜。次日早晨8:00观察到阴道栓或精子阳性的阴道涂片即定义为妊娠第0.5天(GD 0.5)。对每只小鼠记录初始体重、产前体重、产后体重、妊娠时长、新生仔鼠出生体重、产仔数以及死胎数量。根据既往研究29,30,在GD 18.5之前发生的分娩在操作上被定义为小鼠的早产。由于妊娠时长缩短可能发生在足月范围内,因此在解释妊娠结局时需注意区分真正的早产与妊娠期缩短表型。
6. 样本采集与处理
在妊娠第15天,每组随机选取三只孕鼠进行胎盘及血管取样(NC/AP/AF 和 VN/VP/VF)。经腹腔注射戊巴比妥钠(每30 g体重1.62 mg)和硫酸阿托品(每30 g体重12.5 µg)诱导麻醉后,采集血液样本 通过 眼后静脉丛取血。小鼠置于二氧化碳安乐死舱内实施安乐死,直至呼吸、心跳及角膜反射消失以确认死亡;二氧化碳采用渐进式填充方式,符合机构动物福利指导原则。使用无菌器械迅速采集颈总动脉分叉处及胎盘组织,以减少样本间交叉污染。胎盘组织分为两部分:一部分于−80 °C保存,另一部分经10%中性缓冲甲醛固定24小时后,依次进行梯度乙醇脱水及石蜡包埋。其余小鼠每日监测体重变化,并记录妊娠时长、产仔数及新生仔鼠出生体重。
7. 细胞培养与处理
人滋养层细胞系 HTR-8/SVneo 在添加了10%热灭活胎牛血清的 RPMI 1640 培养基中,于37 °C、5% CO₂条件下培养。进行感染实验时,将处于对数生长期的 HTR-8/SVneo 细胞(1 × 106 个细胞)接种至6孔板中,过夜贴壁。在细菌刺激前,更换为不含抗生素的完全培养基,以避免共培养期间抗生素残留对细菌的影响。将牙龈卟啉单胞菌(P. gingivalis)或具核梭杆菌(F. nucleatum)的细菌悬液以感染复数(MOI)= 50加入各孔,并用完全培养基调整每孔终体积至2.5 mL。将培养板孵育24小时。在24小时后收集上清液,经短暂离心去除碎片后用于细胞因子检测。贴壁细胞用无菌 PBS 洗涤两次以去除未贴附的细菌,随后立即按照下述流程进行 RNA 或蛋白质提取。
8. 小鼠胎盘的组织学分析
胎盘组织经10%中性缓冲福尔马林固定24小时,石蜡包埋后切成4.5 µm厚切片。采用常规苏木精和伊红(H&E)染色以观察胎盘形态。免疫组织化学染色使用显色过氧化物酶底物,在阳性位点产生棕褐色沉淀以显示抗原定位,随后用苏木精复染。阴性对照以非免疫血清替代一抗进行染色。
为了提高可重复性和透明度,免疫组织化学评估采用预先设定的半定量评分方法。染色强度分为0分(无)、1分(弱)、2分(中等)或3分(强);阳性细胞百分比评分标准为0分(<5%)、1分(5–25%)、2分(26–50%)、3分(51–75%)或4分(>75%)。每个视野的免疫反应性评分通过将染色强度评分与阳性细胞百分比评分相乘得出。对每例胎盘样本,均选取来自相似解剖区域的至少五个无重叠的高倍视野进行评分。评分由两名观察者独立完成,且观察者对分组信息设盲;若存在分歧,则通过共同复评达成一致。
9. 小鼠颈动脉分叉和胎盘中细菌DNA信号的定量实时PCR检测
采用基于硅胶柱的组织DNA提取流程提取组织DNA。组织裂解液在20–25 °C下以12,000 × g 离心5分钟进行澄清,将上清液转移至硅胶柱中,在20–25 °C下以12,000 × g 离心1分钟,使DNA结合到柱上。洗涤步骤按照流程操作,每次洗涤后均在20–25 °C下以12,000 × g 离心1分钟。最后进行一次干燥离心,在20–25 °C下以12,000 × g 离心2分钟,以去除残留的乙醇。加入50 µL洗脱缓冲液,在20–25 °C下孵育2分钟后,在20–25 °C下以12,000 × g 离心1分钟收集洗脱的DNA。细菌基因组DNA采用基于硅胶柱的细菌DNA提取流程进行提取,结合/洗涤/干燥离心/洗脱的离心参数与上述相同,除非流程另有要求。
使用微量核酸定量仪测定DNA浓度和纯度,并通过琼脂糖凝胶电泳评估其完整性。合格的DNA样品于–20 °C保存,用于后续分析。采用补充表1中列出的引物扩增并克隆目标细菌基因,PCR反应条件详见补充表2和补充表3。对扩增的目标条带进行纯化,按照补充表4的规定进行克隆,并转化至感受态大肠杆菌DH5α细胞中。对含有重组质粒的菌株进行验证,以确保插入序列正确,并提取质粒DNA用于标准品制备。通过qPCR对含有目标细菌基因片段的系列稀释质粒标准品进行检测,绘制标准曲线。采用实时PCR定量检测颈动脉分叉和胎盘样本中牙龈卟啉单胞菌(P. gingivalis)16S和具核梭杆菌(F. nucleatum)16S细菌DNA信号,并根据标准曲线由Ct值计算DNA拷贝数。反应体系和程序分别详见补充表5和补充表6。由于qPCR检测的是细菌DNA信号,而非细菌活性或细胞定位,因此对母胎界面微生物存在的解释需保持谨慎。
10. 小鼠血清样本和细胞培养上清液中炎症因子的ELISA检测
所有试剂和样品在检测前均平衡至室温。采用小鼠ELISA实验方案检测血清中TNF-α和IL-1β水平,采用人ELISA实验方案测定细胞培养上清液中的TNF-α和IL-1β水平,操作均按照试剂盒说明书进行。标准品和样品均设复孔检测,每块板均绘制标准曲线。技术重复孔的检测值取平均,得到每个生物学重复的一个数值。
11. 其他分子生物学分析
对于qRT-PCR,采用基于苯酚-氯仿的RNA提取流程从培养的细胞中提取总RNA。相分离后,将水相在4 °C下以12,000 × g 离心10分钟以澄清,随后根据流程进行RNA沉淀、洗涤和重悬。使用核酸分析仪测定RNA浓度,并通过琼脂糖凝胶电泳评估RNA完整性。进行逆转录反应生成cDNA,并采用定量实时PCR检测TNF-α和IL-1β的mRNA水平。引物序列见补充表7,反应体系见补充表8,反应程序见补充表9。
进行蛋白质印迹实验时,从小鼠胎盘组织或滋养层细胞中提取的蛋白裂解液在4 °C条件下以12,000 × g离心15分钟澄清,定量后进行SDS-PAGE电泳,随后转膜并采用基于抗体的荧光成像检测流程。每个泳道上样蛋白量均一,为30 µg。所有图中展示的蛋白印迹膜原始未裁剪图像(包括分子量标记)均已保留,并可通过DOI: 10.57760/sciencedb.28254获取。除非另有说明,“n”指生物学重复(个体动物或独立的细胞培养),而技术重复仅用于质量控制,不能替代生物学重复。
12. 统计分析
采用统计分析软件进行统计分析,使用绘图软件(见材料表中所列)生成图表。符合正态分布的连续性数据以均值 ± 标准差表示,并采用单因素方差分析(ANOVA)结合适当的事后检验进行分析;非正态分布的数据以中位数(四分位距)表示,并采用Kruskal–Wallis检验结合适当的成对比较方法进行分析。统计学显著性阈值设定为 P < 0.05,P < 0.01,以及 P < 0.001。除非另有说明,“n”表示生物学重复次数,技术重复(例如ELISA双复孔)的数据取平均值,使每个生物学重复对应一个数值。
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在小鼠中,P. gingivalis 或 F. nucleatum 感染与妊娠期缩短及血清促炎性细胞因子升高相关
母体体重变化、新生儿结局和妊娠时长的基本统计结果汇总于表1和图1。各组间母体体重变化趋势和新生儿状况差异无统计学意义(单因素方差分析,P > 0.05;图1A–F)。NC组的妊娠时长为20.50(20.13,20.50),而AP组和AF组的妊娠时长分别为19.50(19.38,20.00)和19.50(19.38,20.13)。与NC组相比,AP组和AF组的妊娠时长均较短,且NC组与AP组之间的差异具有统计学意义(Kruskal–Wallis检验,P < 0.05;图1G)。VN组的妊娠时长为20.50(19.88,20.75),而VP组和VF组的妊娠时长分别为19.50(19.38,19.7...
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近年来,越来越多的证据表明口腔健康与妊娠结局之间存在密切关联,促使人们日益关注慢性根尖周炎(CAP)与不良妊娠结局(包括早产相关表型)之间可能存在的联系31。一项系统性综述指出,目前的临床证据仍有限且具有异质性,但总体上支持孕妇根尖周炎与不良妊娠结局之间存在正向关联,同时强调需要开展更高质量的前瞻性研究。与此一致,影像学检测到的CAP在产后队列研究中已被证实与低出生体重的早产有关32。此外,机制性临床研究提示,全身性炎症可能是根尖感染与出生结局之间关系的合理中介因素,而非必然发生细菌直接转移至胎盘33。
在此背景下,本研究整合了互补的体内小鼠模型和体外滋养层细胞实验,旨在探讨与CAP相关的口腔病原体是否与妊娠期缩短及胎盘炎症激活相关,并探索以TLR4/MyD88/NF-κB信号通路为核心的可能机制。在不同模型中一致观察到的表型是,感染组的妊娠时长较匹配的对照组更短。这一趋势与既往的小鼠感染模型研究方向一致...
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作者声明无竞争利益。
本工作由四川省妇幼发育与相关疾病重点实验室发展基金(项目编号:FYYFEJB2025002)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
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| 牙科X射线机 / 放射成像系统 | Planmeca | 模型内(模型) | 用于确认 CAP 的根尖周 X 线片 |
| DNeasy 血液 & 组织试剂盒 | QIAGEN | 69504 | 组织/细菌的硅胶柱DNA提取 |
| 大肠杆菌 DH5α 感受态细胞 | TaKaRa | 9057 | 质粒标准构建的转化 |
| 醇溶伊红Y溶液 | Sigma-Aldrich(默克) | HT110132 | H&E 染色 |
| 胎牛血清(FBS),经鉴定,澳大利亚 | Gibco(Thermo Fisher Scientific) | 10099-141 | 完全培养基补充剂 |
| 可流动树脂复合材料 | 3M | Filtek Supreme 流动树脂 6010 | 封胶后修复;光固化 |
| 具核梭杆菌具核亚种参考菌株 | ATCC | 25586 | 厌氧培养;CAP 和尾静脉暴露 |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | Prism 9(版本) | 统计分析与图表生成 |
| 苏木精溶液 | Sigma-Aldrich(默克) | HHS32 | H&E 复染 |
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