2023-12-22
《npj Biofilms and Microbiomes》
影響因子：9.2
前言
近(jin)日，南(nan)京大學(xue)(xue)醫學(xue)(xue)院(yuan)附屬南(nan)京口腔醫院(yuan)在期刊《npj Biofilms and Microbiomes》發表最新研(yan)究成果！本研(yan)究報(bao)道了牙周炎唾(tuo)液微生(sheng)物可通過腸(chang)道微生(sheng)物加劇結腸(chang)炎引(yin)起的焦慮行為。
本研究的微(wei)生物(wu)組測序和(he)部分(fen)分(fen)析由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
1、研究背景
腸腦(nao)軸是腸道和中樞(shu)神經(jing)系(xi)統(tong)(tong)之間的(de)(de)雙向通訊系(xi)統(tong)(tong)。許(xu)多(duo)與宿主相關的(de)(de)因(yin)素都會影響腸道微生物群(qun)，包括口(kou)腔(qiang)細菌(jun)，使大腦(nao)成(cheng)為腸腦(nao)軸的(de)(de)脆弱目標(biao)。唾液中含有大量口(kou)腔(qiang)細菌(jun)，牙周炎這種常見的(de)(de)口(kou)腔(qiang)疾(ji)病會改變唾液微生物群(qun)的(de)(de)組成(cheng)。然(ran)而，牙周炎唾液微生物群(qun)（PSM）對腸-腦(nao)軸的(de)(de)作用(yong)和機制仍不清楚。作者使用(yong)右(you)旋糖(tang)酐硫酸鈉鹽(yan)（DSS）誘導的(de)(de)焦慮樣行為的(de)(de)小鼠(shu)研究了(le)這種關系(xi)的(de)(de)性質和機制。
2、研究方法
16SrRNA基因(yin)測(ce)序(xu)，非靶向代(dai)謝組測(ce)序(xu)
3、實驗結果
收集了 19 名(ming)人體的唾液(ye)微(wei)生物群，其中包括 9 名(ming)牙(ya)(ya)周(zhou)炎(yan)(yan)患(huan)者(zhe)和(he) 10 名(ming)健康(kang)(kang)人。通過16SrRNA測序結(jie)(jie)果發(fa)現牙(ya)(ya)周(zhou)炎(yan)(yan)患(huan)者(zhe)和(he)健康(kang)(kang)人微(wei)生物組成(cheng)存(cun)在顯著(zhu)差異(yi)。之后(hou)將牙(ya)(ya)周(zhou)炎(yan)(yan)和(he)健康(kang)(kang)人的唾液(ye)分別給結(jie)(jie)腸炎(yan)(yan)模(mo)型小(xiao)鼠灌(guan)胃(wei)。行為(wei)學實驗表明灌(guan)胃(wei)周(zhou)炎(yan)(yan)患(huan)者(zhe)唾液(ye)的結(jie)(jie)腸炎(yan)(yan)模(mo)型小(xiao)鼠焦慮行為(wei)加劇。
圖1 牙周炎唾液微生物群加劇葡聚糖(tang)硫(liu)酸鈉（DSS）小鼠的焦慮樣行為
作者使用糞群移植和抗生素干預結合行為學(xue)實驗證明了唾液微生物群會加劇硫酸葡(pu)聚(ju)糖鈉(na)誘發(fa)的焦慮樣行為。
圖2 唾液微生物群會加劇硫酸葡聚糖鈉誘發的焦慮樣行為
接著，作者對灌胃(wei)健康人唾(tuo)液和牙(ya)周(zhou)炎(yan)(yan)患(huan)者唾(tuo)液的(de)(de)結(jie)(jie)腸(chang)炎(yan)(yan)模型(xing)小(xiao)鼠糞便進行了(le)16SrRNA基因測序(xu)，16SrRNA基因測序(xu)結(jie)(jie)果(guo)表明牙(ya)周(zhou)炎(yan)(yan)患(huan)者唾(tuo)液微生物(wu)(wu)群改變結(jie)(jie)腸(chang)炎(yan)(yan)小(xiao)鼠腸(chang)道微生物(wu)(wu)群的(de)(de)組成。微生物(wu)(wu)功能(neng)潛能(neng)預(yu)測的(de)(de)結(jie)(jie)果(guo)顯示差(cha)異細菌的(de)(de)主(zhu)要功能(neng)途徑主(zhu)要與代(dai)(dai)謝相(xiang)關，包括氨(an)基酸代(dai)(dai)謝、碳水(shui)化合物(wu)(wu)代(dai)(dai)謝、輔因子和維生素代(dai)(dai)謝。
圖3 牙周炎患者唾液微生物群改變腸道微生物群的組成
作者(zhe)使用液(ye)(ye)相色譜(pu)-質譜(pu)法探索(suo)腸(chang)道(dao)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)變化。結果顯(xian)(xian)示分別灌(guan)胃健康人唾(tuo)液(ye)(ye)和牙(ya)周炎患者(zhe)唾(tuo)液(ye)(ye)的(de)(de)小(xiao)(xiao)鼠腸(chang)道(dao)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)物(wu)存在顯(xian)(xian)著(zhu)差(cha)(cha)(cha)異。灌(guan)胃牙(ya)周炎患者(zhe)唾(tuo)液(ye)(ye)的(de)(de)小(xiao)(xiao)鼠腸(chang)道(dao)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)物(wu)最豐富的(de)(de)前五種代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)物(wu)是(shi)13-OxoCOE, N-acetylhistamine (NAH), amino acid (arg-), uracil 5-carboxylate, and 3-dehydrosphinganine。差(cha)(cha)(cha)異代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)物(wu)的(de)(de)富集分析(xi)表明氨(an)基(ji)酸(suan)(suan)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie) (histidine metabolism and arginine biosynthesis) 和神經相關(guan)(guan)(cocaine addiction, glutamatergic synapses, and GABAergicsynapses)的(de)(de)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)通路差(cha)(cha)(cha)異顯(xian)(xian)著(zhu)。最后，構建了(le)這些(xie)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)物(wu)及其途徑的(de)(de)網(wang)絡。網(wang)絡圖(tu)顯(xian)(xian)示氨(an)基(ji)酸(suan)(suan)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)（如組(zu)氨(an)酸(suan)(suan)、精氨(an)酸(suan)(suan)和脯氨(an)酸(suan)(suan)）包含了(le)大多(duo)數代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)物(wu)參(can)與(yu)(yu)的(de)(de)途徑，其中L-谷氨(an)酸(suan)(suan)和L-谷氨(an)酰胺是(shi)關(guan)(guan)鍵節(jie)點，NAH是(shi)唯一(yi)參(can)與(yu)(yu)的(de)(de)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)物(wu)。作者(zhe)認(ren)為(wei)(wei)這些(xie)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)物(wu)，特(te)別是(shi)組(zu)氨(an)酸(suan)(suan)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)(xie)和NAH，是(shi)牙(ya)周炎引起的(de)(de)焦(jiao)慮(lv)行為(wei)(wei)惡化的(de)(de)關(guan)(guan)鍵。
圖4 牙周炎唾液微生物群灌胃后腸道代謝物的變化
接下來，作者檢查了大腦新陳代謝，以探索影響焦慮樣行為的關鍵代謝物。腦部代謝物的富集分析表明，代謝物主要富集于磷脂酰乙醇胺生物合成、組氨酸代謝、嘌呤代謝、肉堿合成、鞘脂代謝和天冬氨酸代謝。此外，與神經元相關的途徑，如磷脂酰乙醇胺生物合成、磷脂酰膽堿生物合成和鞘脂代謝等也被富集到。為了進一步探討腸道微生物群與代謝物之間的關系，作者基于腦代謝物、腸道代謝物和腸道微生物群的 Spearman 相關分析創建了一個相關網絡（p < 0.05）。結果顯示，Bacteroidaceae與腸道代謝物（包括NAH和L-多巴）密切相關，而只有Enterobacteriaceae與腦代謝物相關，這表明腸桿菌科在腸-腦軸中發揮著重要作用（補充圖6d；相關性和p-值顯示在補充表1）中。這些結果表明腸道微生物群與大腦和腸道代謝相關，并且組胺相關代謝物是牙周炎 對焦慮樣行為影響的關鍵介質。
圖5 牙周炎唾液微生物群導致大腦代謝改變
最后，為(wei)(wei)(wei)了(le)驗證腸道代(dai)謝物(wu)(wu)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)，我們首(shou)先使用腸道中(zhong)高(gao)表達(da)的(de)(de)組(zu)胺相(xiang)關(guan)(guan)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)NAH來刺激(ji)小(xiao)(xiao)膠(jiao)(jiao)質(zhi)(zhi)(zhi)細胞(bao)。我們發現NAH可以影響(xiang)(xiang)小(xiao)(xiao)鼠(shu)BV-2小(xiao)(xiao)膠(jiao)(jiao)質(zhi)(zhi)(zhi)細胞(bao)中(zhong)免疫因子的(de)(de)表達(da)。接下來，我們通過 NAH 灌胃結(jie)(jie)(jie)腸炎(yan)(yan)或非(fei)結(jie)(jie)(jie)腸炎(yan)(yan)小(xiao)(xiao)鼠(shu)。在行(xing)(xing)為(wei)(wei)(wei)學和(he)病理學實(shi)驗顯示(shi)，NAH顯著增加了(le)結(jie)(jie)(jie)腸炎(yan)(yan)小(xiao)(xiao)鼠(shu)的(de)(de)焦慮行(xing)(xing)為(wei)(wei)(wei)以及腦部的(de)(de)神經元丟失(shi)。而非(fei)結(jie)(jie)(jie)腸炎(yan)(yan)小(xiao)(xiao)鼠(shu)NAH增加并(bing)沒(mei)有顯著改變焦慮樣行(xing)(xing)為(wei)(wei)(wei)和(he)神經元丟失(shi)。這些發現表明，腸道代(dai)謝物(wu)(wu)（例如 NAH）是牙周(zhou)炎(yan)(yan)微生(sheng)物(wu)(wu) 在 結(jie)(jie)(jie)腸炎(yan)(yan)小(xiao)(xiao)鼠(shu)中(zhong)促進焦慮行(xing)(xing)為(wei)(wei)(wei)的(de)(de)關(guan)(guan)鍵物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)。
圖6 N-乙酰組胺可能是牙周炎唾液微生物的介質，通過腸腦軸促進焦慮
4、結 論
這項(xiang)研究結果表(biao)明，牙周炎患者唾液微生(sheng)物(wu)可(ke)以通過直(zhi)接影(ying)響宿主(zhu)腸道微生(sheng)物(wu)群來(lai)加劇結腸炎引起的焦慮行為。這項(xiang)研究強調了口腔(qiang)疾病在腸腦軸中的重要影(ying)響。
如(ru)需進(jin)一(yi)步討(tao)論，歡迎發郵件或者致電(dian)我們喲（郵箱地址：Metasupport@doudin.cn，聯系(xi)電(dian)話：021-80118168-8617）！
文章索(suo)引
Qian J, Lu J, Cheng S, Zou X, Tao Q, Wang M, Wang N, Zheng L, Liao W, Li Y, Yan F. Periodontitis salivary microbiota exacerbates colitis-induced anxiety-like behavior via gut microbiota. NPJ Biofilms Microbiomes. 2023 Dec 7;9(1):93. doi: 10.1038/s41522-023-00462-9. PMID: 38062089; PMCID: PMC10703887.
