牙龈紫单胞菌（Porphyromonas gingivalis）隶属于拟杆菌门（Bacteroidota），是一种无运动性、革兰氏阴性、杆状、厌氧的致病菌。在血琼脂培养基上可形成黑色菌落。
该菌存在于口腔中，与牙周病相关，也可见于上消化道、呼吸道和结肠。在细菌性阴道病女性患者中也曾分离出该菌。
慢性牙周病中观察到的胶原蛋白降解，部分源于该菌产生的胶原酶。体外研究表明，牙龈紫单胞菌可侵入人牙龈成纤维细胞，并能在抗生素存在的环境中存活。该菌可大量侵入牙龈上皮细胞，且在此过程中细菌和上皮细胞均可长期存活。在携带牙龈紫单胞菌的患者体内，可检测到高水平的特异性抗体。
牙龈紫单胞菌感染已被证实与阿尔茨海默病和类风湿性关节炎相关。其产生的肽基精氨酸脱亚胺酶参与瓜氨酸化过程。类风湿性关节炎患者的牙周病发病率更高，且该类患者体内抗牙龈紫单胞菌的抗体明显更常见。
根据不同菌株荚膜抗原性的差异，牙龈紫单胞菌可分为 K 血清型。
基因组
2003 年对牙龈紫单胞菌基因组的研究显示，其基因组大小为 2,343,479 碱基对，包含 1990 个开放阅读框（即蛋白质编码序列），G+C 含量平均为 48.3%。据估计，其中 463 个基因为必需基因。
毒力因子
牙龈蛋白酶（Gingipain）
参见：牙龈蛋白酶、精氨酸特异性牙龈蛋白酶（Rgp）、赖氨酸特异性牙龈蛋白酶（Kgp）
精氨酸特异性牙龈蛋白酶（Rgp）和赖氨酸特异性牙龈蛋白酶（Kgp）是牙龈紫单胞菌通过 IX 型分泌系统（T9SS）分泌的内肽酶。这些牙龈蛋白酶为细菌提供多种功能，助力其生存与致病。
研究发现，精氨酸特异性牙龈蛋白酶在为牙龈紫单胞菌获取生存所需营养方面发挥关键作用。Rgp 可降解宿主的大肽段（如人血清白蛋白），为细菌提供丰富的氮源和碳源。此外，牙龈紫单胞菌还能降解宿主细胞内的转铁蛋白，从而获取执行多种细胞功能所需的充足铁源。
牙龈蛋白酶还负责与宿主侵袭和定植相关的多项必要功能。Rgp 是黏附和侵袭所必需的，因其可加工长菌毛的前体蛋白。与齿垢密螺旋体（T. denticola）共同孵育后，牙龈紫单胞菌中编码 RgpA、Kgp 和血凝素 A（HagA）的基因表达显著增强。含血凝素黏附结构域的蛋白可增强牙龈紫单胞菌与其他细菌的黏附能力，还与生物膜形成和成熟阶段的完整性维持相关。赖氨酸特异性牙龈蛋白酶（Kgp）可与固定化的基质蛋白（如纤维蛋白原和纤连蛋白）结合，可能在宿主定植中发挥作用。
牙龈蛋白酶还能降解宿主免疫应答的多种信号分子。在牙龈紫单胞菌浓度较高的区域，它们可切割 1 类和 3 类 IgG 抗体，以及 IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α 和 IL-8 等促炎细胞因子，从而损害宿主的免疫应答功能。Rgp 可抑制 T 细胞中 IL-2 的积累，通过调节 T 细胞的通讯和增殖，帮助细菌逃避宿主的适应性免疫应答。
牙龈蛋白酶是牙周炎组织损伤症状的关键因素，其通过降解基质金属蛋白、胶原蛋白和纤连蛋白导致组织损伤。这些底物的降解会干扰宿主细胞与细胞外基质的相互作用，进而阻碍伤口愈合，破坏牙周组织。Rgp 通过 p38α MAPK 转导通路引发宿主的炎症反应，这种反应可能加剧牙周炎的炎症程度，并参与组织和骨骼的破坏。
牙龈蛋白酶与阿尔茨海默病（AD）相关。在表现出 AD 脑病理特征的患者组织微阵列（TMA）中发现了牙龈蛋白酶。在 AD 患者的海马体和大脑皮层中均检测到 RgpB 和 Kgp，且它们与 tau 蛋白负荷（AD 病理的标志物）以及泛素（在 AD 大脑的 tau 缠结和淀粉样蛋白 β 斑块中积累）相关。在 AD 患者的大脑皮层和脑脊液中也发现了牙龈紫单胞菌的 16S rRNA。在小鼠模型中，预先使用牙龈蛋白酶抑制剂可保护因注射牙龈蛋白酶而导致的神经细胞降解。
荚膜多糖
在小鼠脓肿模型中，有荚膜的牙龈紫单胞菌株比无荚膜菌株的毒力强得多。荚膜是一种荚膜多糖，其存在会下调细胞因子的产生，尤其是促炎细胞因子 IL-1β、IL-6、IL-8 和 TNF-α，这表明其具有逃避宿主免疫应答的作用。然而，其他研究发现，荚膜多糖可引发宿主免疫应答，如在受到荚膜多糖刺激的小鼠腹腔[[巨噬细胞（Macrophage）]]中，可观察到中性粒细胞迁移以及细胞迁移趋化因子（如 MCP-1、KC、MIP-2 和 RANTES）的表达随剂量和时间变化。这些情况可能加剧牙周炎中的炎症损伤。
用牙龈紫单胞菌荚膜多糖制成的疫苗，在小鼠模型中明显减轻了口腔骨丢失。这些疫苗能够引发强烈的免疫应答，如产生更多识别完整牙龈紫单胞菌的 IgM 和 IgG。
菌毛
菌毛是参与细胞黏附的附属结构，对许多革兰氏阴性菌和部分革兰氏阳性菌的毒力有重要贡献（无参考文献）。
牙龈紫单胞菌的毒力与其菌毛密切相关，菌毛被证实是黏附、侵袭和定植的关键因素。菌毛还与膜囊泡侵入宿主细胞有关。研究发现，菌毛可与细胞的 α5β1 整合素结合，介导黏附并破坏宿主细胞的稳态调控。此外，菌毛通过 CD14/TLR2/PI3K 信号复合物调节[[单核细胞（Monocyte）]]的 β2 整合素黏附活性，助力细菌被[[单核细胞（Monocyte）]]吞噬，这可能是牙龈紫单胞菌的一种胞内逃避策略。牙龈紫单胞菌有长菌毛、短菌毛和辅助成分，每种成分都有独特功能。
• **长菌毛**
长菌毛（FimA）又称主要菌毛，是长而周生的丝状结构。它们在生物膜的初始黏附和组织中发挥作用，作为黏附素介导对宿主细胞的侵袭和定植，从而增强牙龈紫单胞菌的毒力。
• **短菌毛**
短菌毛（Mfa1）又称次要菌毛，功能与长菌毛不同，被证实对细胞间自聚集和微菌落形成的聚集过程至关重要。短菌毛参与与其他口腔共生菌的细胞间黏附。研究发现，通过与戈登链球菌（Streptococcus gordonii）的 SspB 表面多肽相互作用，短菌毛可促进两种细菌的共黏附和生物膜形成。这种相互作用可能对牙龈紫单胞菌侵入牙本质小管至关重要。
• **辅助菌毛**
Fim C、D 和 E 辅助成分与主要的 FimA 蛋白结合，在与基质蛋白结合以及与 CXC 趋化因子受体 4（CXCR4）相互作用中发挥作用。功能缺失实验证实，Fim C、D 或 E 缺陷的牙龈紫单胞菌突变株毒力显著减弱。
逃避宿主防御与免疫应答
牙龈紫单胞菌有多种逃避宿主免疫应答的方式，从而增强其毒力。这些方式包括联合使用牙龈蛋白酶、荚膜多糖、诱导宿主细胞增殖，以及切割负责招募中性粒细胞的趋化因子。
致病性牙龈紫单胞菌通过水解宿主细胞分泌的细胞因子和趋化因子，进一步调节白细胞的招募，这一过程由精氨酸特异性牙龈蛋白酶和赖氨酸特异性牙龈蛋白酶负责。在小鼠模型研究中，发现牙龈紫单胞菌可特异性下调 IL-8 的诱导，导致中性粒细胞招募延迟。阻止中性粒细胞招募可能会抑制细菌从感染部位被清除，从而利于其定植。牙龈紫单胞菌可通过 Kgp 切割 IgG1 和 IgG3，逃避粒细胞的调理吞噬作用，进而通过削弱信号传导调节免疫应答。其他研究发现，牙龈紫单胞菌可通过 C5αR 和 C3αR 破坏补体通路，调节白细胞的杀伤能力，使细菌得以不受控制地生长。此外，牙龈紫单胞菌的菌毛与 CXCR4 结合后，可抑制人[[单核细胞（Monocyte）]]和小鼠[[巨噬细胞（Macrophage）]]的促炎和抗菌应答，其机制是诱导 PKA 信号传导并抑制 TLR-2 介导的免疫应答。
进入宿主细胞后，牙龈紫单胞菌可通过调节控制线粒体凋亡通路的 JAK/Stat 通路来抑制细胞凋亡。这种增殖表型可能对细菌有利，因其可为细菌提供营养、破坏宿主细胞信号传导、损害上皮细胞层的完整性，从而便于细菌侵袭和定植。
生态学
牙龈紫单胞菌在慢性成人牙周炎的发病中起重要作用。虽然其在口腔中的丰度较低，但可引起口腔微生物群落失衡，导致共生微生物群落失控生长。通过破坏宿主组织稳态和适应性免疫应答，引发牙周炎。利用激光捕获显微切割结合 qRT-PCR 检测人活检组织中的牙龈紫单胞菌后，观察到该菌与 CD4+ T 细胞共定位。然而，牙龈紫单胞菌感染 T 细胞的机制尚不明确（无参考文献）。
体内和体外实验均表明，牙龈紫单胞菌可增强其他共生菌的毒力。研究发现，牙龈紫单胞菌的外膜囊泡是福赛坦氏菌（Tannerella forsythia）侵入上皮细胞所必需的。短菌毛对牙龈紫单胞菌与戈登链球菌形成共培养生物膜至关重要。在小鼠模型中，牙龈紫单胞菌与齿垢密螺旋体（Treponema denticola）共感染时，会导致邻面和水平牙槽骨丢失 。研究人员利用牙周感染的无特定病原体小鼠模型研究牙龈紫单胞菌在牙周炎中的作用，发现接种该菌会导致显著的骨丢失（牙周炎的重要特征）。相比之下，无菌小鼠单独接种牙龈紫单胞菌不会出现骨丢失，这表明该菌单独存在无法诱发牙周炎。
发病机制与心血管合并症
牙龈紫单胞菌是人类口腔正常微生物群的一部分，但在特定条件下可致病，引发牙龈炎或牙周炎。
以牙龈紫单胞菌为主要致病菌的牙周病，被认为与阿尔茨海默病、动脉粥样硬化等心血管疾病等全身性疾病相关。尽管这些疾病之间的关联机制尚未达成科学共识，但在人群统计研究和小鼠模型体内研究中，均发现了牙周病与动脉粥样硬化等心血管疾病存在关联的证据。
一般认为，牙周炎与心血管疾病相关的原因在于两者存在共同的炎症通路。随着感染进展，中性粒细胞和自然杀伤免疫细胞会靶向攻击包括牙龈紫单胞菌在内的细菌，同时该区域的细胞因子分子会形成促炎环境。这种环境中富含肿瘤坏死因子 -α、白细胞介素（IL-1、IL-4、IL-10）、干扰素和转化生长因子 -β 等细胞间信号分子，这些分子会招募更多酶和转录因子，进而吸引更多免疫细胞，形成正反馈循环，使免疫应答（即炎症）转为慢性并蔓延至全身。牙龈组织的慢性炎症会导致牙龈组织和骨组织丢失，炎症还会上调 RANKL（一种促进骨组织溶解的细胞间信号分子）的产生，导致骨组织逐渐流失。此外，牙龈紫单胞菌感染还被认为会引发氧化应激。慢性全身性炎症和氧化应激都是心血管疾病的诱发因素，也是若牙周病确实与心血管疾病存在因果关系时，可能加速心血管疾病进程的潜在机制。
侵袭性牙龈紫单胞菌与多种心血管疾病（如中风、冠心病、心房颤动和心力衰竭）相关，其中最有力的直接因果关系证据存在于侵袭性牙龈紫单胞菌（牙周病）与动脉粥样硬化之间。体内和体外动物模型研究发现，当牙龈紫单胞菌通过口腔损伤进入血液后，其菌毛可促进宿主细胞入侵和动脉粥样硬化血栓性病变的形成。研究表明，牙龈紫单胞菌会加速小鼠的动脉粥样硬化进程，且在人类动脉粥样硬化斑块中也发现了该菌。