2023-12-22
《npj Biofilms and Microbiomes》
影響因子：9.2
前言
近日，南京大學醫學院附屬南京口腔醫院在期刊《npj Biofilms and Microbiomes》發表最新研究成果！本研究報道了牙周炎唾液微生物可通過腸道微生物加劇結腸炎引起的焦慮行為。
本研究的微生物組測序和部分分析由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
1、研究背景
腸腦軸是腸道和中樞神經系統之間的雙向通訊系統。許多與宿主相關的因素都會影響腸道微生物群，包括口腔細菌，使大腦成為腸腦軸的脆弱目標。唾液中含有大量口腔細菌，牙周炎這種常見的口腔疾病會改變唾液微生物群的組成。然而，牙周炎唾液微生物群（PSM）對腸-腦軸的作用和機制仍不清楚。作者使用右旋糖酐硫酸鈉鹽（DSS）誘導的焦慮樣行為的小鼠研究了這種關系的性質和機制。
2、研究方法
16SrRNA基因測序，非靶向代謝組測序
3、實驗結果
收集了 19 名人體的唾液微生物群，其中包括 9 名牙周炎患者和 10 名健康人。通過16SrRNA測序結果發現牙周炎患者和健康人微生物組成存在顯著差異。之后將牙周炎和健康人的唾液分別給結腸炎模型小鼠灌胃。行為學實驗表明灌胃周炎患者唾液的結腸炎模型小鼠焦慮行為加劇。
圖1 牙周炎唾液微生物群加劇葡聚糖硫酸鈉（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實驗證明了唾液微生物群會加劇硫酸葡聚糖鈉誘發的焦慮樣行為。
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，作者對灌胃健康人唾液和牙周炎患者唾液的結腸炎模型小鼠糞便進行了16SrRNA基因測序，16SrRNA基因測序結果表明牙周炎患者唾液微生物群改變結腸炎小鼠腸道微生物群的組成。微生物功能潛能預測的結果顯示差異細菌的主要功能途徑主要與代謝相關，包括氨基酸代謝、碳水化合物代謝、輔因子和維生素代謝。
圖3 牙周炎患者唾液微生物群改變腸道微生物群的組成
作者使用液相色譜-質譜法探索腸道代謝變化。結果顯示分別灌胃健康人唾液和牙周炎患者唾液的小鼠腸道代謝物存在顯著差異。灌胃牙周炎患者唾液的小鼠腸道代謝物最豐富的前五種代謝物是13-OxoCOE, N-acetylhistamine (NAH), amino acid (arg-), uracil 5-carboxylate, and 3-dehydrosphinganine。差異代謝物的富集分析表明氨基酸代謝 (histidine metabolism and arginine biosynthesis) 和神經相關(cocaine addiction, glutamatergic synapses, and GABAergicsynapses)的代謝通路差異顯著。最后，構建了這些代謝物及其途徑的網絡。網絡圖顯示氨基酸代謝（如組氨酸、精氨酸和脯氨酸）包含了大多數代謝物參與的途徑，其中L-谷氨酸和L-谷氨酰胺是關鍵節點，NAH是唯一參與的代謝物。作者認為這些代謝物，特別是組氨酸代謝和NAH，是牙周炎引起的焦慮行為惡化的關鍵。
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，為了驗證腸道代謝物的影響，我們首先使用腸道中高表達的組胺相關物質NAH來刺激小膠質細胞。我們發現NAH可以影響小鼠BV-2小膠質細胞中免疫因子的表達。接下來，我們通過 NAH 灌胃結腸炎或非結腸炎小鼠。在行為學和病理學實驗顯示，NAH顯著增加了結腸炎小鼠的焦慮行為以及腦部的神經元丟失。而非結腸炎小鼠NAH增加并沒有顯著改變焦慮樣行為和神經元丟失。這些發現表明，腸道代謝物（例如 NAH）是牙周炎微生物 在 結腸炎小鼠中促進焦慮行為的關鍵物質。
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
這項研究結果表明，牙周炎患者唾液微生物可以通過直接影響宿主腸道微生物群來加劇結腸炎引起的焦慮行為。這項研究強調了口腔疾病在腸腦軸中的重要影響。
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文章索引
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.
