2017-01-03
新年即將到來，在過去的一年中，派森諾生物在口腔微生物組研究領域捷報連連，繼7月末與上海市第九人民醫院合作，在《Frontiers in microbiology》發表相關論文之后，本月又與西北民族大學口腔醫學院李志強教授團隊合作，在微生態領域知名期刊《Applied and Environmental Microbiology》（AEM，最新影響因子3.823）上發表口腔微生物組最新研究成果。
研究背景
齲齒為一種慢性傳染病，在諸多口腔疾病中發病率高，對于全球成人、兒童的健康影響巨大。目前對于齲齒病人的口腔微生物組研究相對較少，尤其是口腔內環境（如唾液pH和鐵離子濃度等因素）對唾液菌群的塑造作用、進而對于齲齒的影響，先前研究主要基于體外實驗，尚未通過高通量測序的手段直接對菌群進行檢測研究。
研究目的
口腔菌群作為人體共生微生物組的重要組成部分，對于口腔健康至關重要。齲齒作為一種普遍且嚴重的口腔疾病，其發生發展可能與口腔微生物組的紊亂、失調有關。本研究通過對齲齒病人和健康個體的唾液微生物組進行高通量測序分析，探究影響齲齒病人唾液菌群組成的相關因素，并為早期預防和治療齲齒提供對策。
研究方法
本研究采用Illumina MiSeq高通量測序技術，對21名齲齒病人和22名健康個體的唾液微生物組進行16S rRNA基因V4-V5區測序，并通過HOMD口腔微生物組專用數據庫（Human Oral Microbiome Database，http://www.homd.org/）獲得唾液微生物組的分類組成譜。同時測定每份唾液樣本的pH值和鐵離子濃度，并評估DMFT齲齒嚴重程度指數（Decayed, and missing and filled teeth index），從而全面衡量齲齒和唾液內環境對于唾液微生物組的影響。
分析內容與結果說明
1. 唾液微生物組的總體多樣性和組成
對43份唾液樣本進行高通量測序，共獲得966,255條高質量序列，并在97%的序列相似度水平歸并為1303個OTU。HOMD數據庫的分類鑒定結果表明，唾液中占優勢的細菌門包括Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Fusobacteria、Actinobacteria和Spirochaetes，其中Bacteroidetes的豐度在齲齒病人和健康個體間存在顯著差異。在屬和種的水平，也有一系列微生物存在顯著差異，如Porphyromonas、Dietzia、Selenomonas和Fusobacterium periodonticum。
齲齒病人和健康個體唾液菌群組在門、屬和種水平的組成分布
LEfSe分析揭示齲齒病人和健康個體富集的屬和種
2. 齲齒病人和健康個體的唾液微生物共出現模式不同
通過計算不同屬之間的Schoener"s共出現（Co-occurrence）指數，本研究深入分析了齲齒病人和健康個體的唾液微生物物種關聯互作模式。分析表明，齲齒病人唾液中，微生物之間的關聯互作頻率更高，共有來自29個屬的54對Schoener"s指數超過了0.8，體現出極強的共相關模式，如Microbacterium—Agrobacterium以及Eggerthella—Achromobacter。
Schoener"s共出現指數分析表明齲齒病人的唾液微生物間關聯互作更強
3. pH、鐵離子濃度等因素對齲齒病人唾液微生物組的影響
分析表明，齲齒病人口腔內環境的pH值顯著降低（酸度增加），同時擁有更高的鐵離子濃度，表明齲齒病人的口腔內環境發生了顯著改變。相關性分析也證實，pH值和鐵離子濃度以及DMFT齲齒嚴重程度指數均顯著負相關。
pH值、鐵離子濃度、DMFT指數在齲齒病人和健康個體唾液中的分布和相關性
同時，RDA冗余分析進一步表明，pH值、鐵離子濃度以及DMFT指數均對口腔微生物組具有顯著影響，如Oribacterium屬與口腔pH值強相關，Olsenella、Scardovia和Pseudoramibacter等屬同時與口腔pH值以及鐵離子濃度顯著相關，而DMFT指數則不僅影響上述微生物的分布，還與其它12個屬有關。
RDA分析揭示與pH值、鐵離子濃度、DMFT指數相關的唾液微生物類群
而在種水平，Ochrobactrum anthropi和TM7 [G-4] sp.分別與DMFT指數顯著負相關和正相關，而Prevotella multisaccharivorax和Enterococcus italicus則分別與pH值和鐵離子濃度顯著負相關。
研究結論
本研究通過使用高通量測序技術，結合HOMD口腔微生物組數據庫并計算Schoener"s共出現指數，實現了在種水平精細解析口腔內環境及齲齒對于唾液菌群的顯著影響，為進一步研究口腔微生物組與人體健康之間的相關性并闡明其分子機制奠定了基礎，并為齲齒疾病的精準、早期診斷提供了依據和思路。本研究的測序和數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Zhou, J., Jiang, N., Wang, Z., Li, L., Zhang, J., Ma, R., Nie, H., and Li, Z. (2016). Influences of pH and iron on the salivary microbiome in individuals with and without caries. Appl Environ Microbiol. doi:10.1128/AEM.02412-16
