慢性牙周炎患者齦溝液的微生物和代謝組學(xué)分析

文章標(biāo)題：Microbial and metabolomics analysis of gingival crevicular fluid in general chronic periodontitis patients: lessons for a predictive, preventive, and personalized medical approach

發(fā)表期刊：EPMA Journal
發(fā)表時(shí)間：2020年4月
影響因子：6.543
合作客戶：上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院口腔學(xué)院上海市第九人民醫(yī)院

研究背景
慢性牙周炎（GCP）是一種細(xì)菌性炎癥性疾病，由齦下多菌生物膜引起并維持；微生物群落與宿主的復(fù)雜相互作用破壞了宿主的體內(nèi)平衡，破壞了組織附著，破壞了牙齒的支持結(jié)構(gòu)。盡管發(fā)表了大量關(guān)于GCP患者口腔微生物群和代謝特征變化的研究，但缺乏關(guān)于宿主細(xì)菌相互作用和生化代謝之間相關(guān)性的信息。在本文中分析了口腔微生物組、口腔代謝組以及它們之間的聯(lián)系，并確定潛在分子作為GCP中預(yù)測性、預(yù)防性和個(gè)性化藥物（PPPM）的生物標(biāo)記物。

研究結(jié)果
1.GCF牙周微生物群落結(jié)構(gòu)的變化
為了描述牙周病患者口腔微生物群落與健康人口腔微生物群落的差異，分析了微生物群落的α和β多樣性，以評估其總體組成豐富度和結(jié)構(gòu)特征。α多樣性指數(shù)包括Chao1指數(shù)、ACE指數(shù)、Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)，兩組之間沒有顯著差異。然而，根據(jù)非度量多維尺度分析NMDS和基于OTU水平上未加權(quán)和加權(quán)UniFrac距離的β多樣性分析表明，兩組之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01），表明總體微生物群落結(jié)構(gòu)不同。結(jié)果表明，健康對照組和牙周炎患者之間的GCF微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。
 

 

圖1. GCP患者（P組）和健康組（N組）微生物群落的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)構(gòu)和組成比較

 

2.GCF牙周微生物群落系統(tǒng)發(fā)育組成
從總體GCF樣本來看，優(yōu)勢門包括變形菌、厚壁菌、擬桿菌、放線菌、梭桿菌、螺旋體和協(xié)同菌（>總豐度的99%）。其中最豐富的22個(gè)屬，占總豐度的74.5%。在不同分類水平上用GraPhlAn構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹，它可以快速識別從門到屬的優(yōu)勢微生物類群。當(dāng)分別分析兩組樣本時(shí)，牙周炎樣本和健康樣本之間優(yōu)勢類群的精確比例有所不同。
 

圖2.從門到屬的系統(tǒng)發(fā)育樹上分類群的可視化

圖3. 通過Metastats對GCP患者（P組）和健康對照組（N組）在門（a）和屬（b）水平上的分類單元豐度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較

4.GCF樣本代謝組學(xué)特征的變化
去除內(nèi)標(biāo)物和假陽性峰，合并同一代謝物的峰后，共獲得147個(gè)定性代謝物。與對照組相比，牙周病患者表現(xiàn)出明顯的代謝改變。與健康對照組相比，牙周病患者的GCF代謝物差異最大。為了進(jìn)一步表征代謝物的特征，我們進(jìn)行了代謝物集富集分析（MSEA）和拓?fù)浞治觯�在牙周病組中，嘧啶代謝、D-谷氨酰胺和d-谷氨酰胺代謝被確定為顯著過度表達(dá)的途徑（分別為p=0.000488027和0.031594），這可能反映了疾病相關(guān)社區(qū)的代謝特征。
 

圖4. 典型的氣相色譜-質(zhì)譜計(jì)分圖
 

圖5.代謝物集富集分析（MSEA）的氣泡圖和差異代謝物的拓?fù)浞治?/span>

5.微生物群、代謝物和牙周臨床指標(biāo)之間的相關(guān)性
在口腔中檢測到的細(xì)菌屬與牙周炎的臨床數(shù)據(jù)之間存在著很強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)顯著相關(guān)性。牙周病患者富集屬與臨床檢測數(shù)據(jù)呈正相關(guān)，而健康對照富集屬與臨床數(shù)據(jù)呈負(fù)相關(guān)。值得注意的是，牙周病患者的大多數(shù)代謝物水平升高，并與大多數(shù)牙周病富集屬呈正相關(guān)，與大多數(shù)健康對照富集屬呈負(fù)相關(guān)。相反，牙周病個(gè)體中缺失的代謝產(chǎn)物水平，與許多健康對照豐富的屬呈正相關(guān)，與牙周病豐富的屬呈負(fù)相關(guān)。牙周病患者體內(nèi)水平也降低的代謝物，與大多數(shù)牙周病富集的屬有負(fù)相關(guān)和顯著差異。具體而言，假定的牙周病細(xì)菌的屬，如卟啉單胞菌、普氏菌、梭桿菌和產(chǎn)線菌，與差異代謝物密切相關(guān)。綜上所述，口腔微生物群的改變在一定程度上與齦下代謝有關(guān)，GCF代謝物的水平可能反映了這些細(xì)菌種類豐度的變化。