2023-12-22
《npj Biofilms and Microbiomes》
影响因子：9.2
前言
近日，南京大学医学院附属南京口腔医院在期刊《npj Biofilms and Microbiomes》发表最新研究成果！本研究报道了牙周炎唾液微生物可通过肠道微生物加剧结肠炎引起的焦虑行为。
本研究的微生物组测序和部分分析由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
1、研究背景
肠脑轴是肠道和中枢神经系统之间的双向通讯系统。许多与宿主相关的因素都会影响肠道微生物群，包括口腔细菌，使大脑成为肠脑轴的脆弱目标。唾液中含有大量口腔细菌，牙周炎这种常见的口腔疾病会改变唾液微生物群的组成。然而，牙周炎唾液微生物群（PSM）对肠-脑轴的作用和机制仍不清楚。作者使用右旋糖酐硫酸钠盐（DSS）诱导的焦虑样行为的小鼠研究了这种关系的性质和机制。
2、研究方法
16SrRNA基因测序，非靶向代谢组测序
3、实验结果
收集了 19 名人体的唾液微生物群，其中包括 9 名牙周炎患者和 10 名健康人。通过16SrRNA测序结果发现牙周炎患者和健康人微生物组成存在显著差异。之后将牙周炎和健康人的唾液分别给结肠炎模型小鼠灌胃。行为学实验表明灌胃周炎患者唾液的结肠炎模型小鼠焦虑行为加剧。
图1 牙周炎唾液微生物群加剧葡聚糖硫酸钠（DSS）小鼠的焦虑样行为
作者使用粪群移植和抗生素干预结合行为学实验证明了唾液微生物群会加剧硫酸葡聚糖钠诱发的焦虑样行为。
图2 唾液微生物群会加剧硫酸葡聚糖钠诱发的焦虑样行为
接着，作者对灌胃健康人唾液和牙周炎患者唾液的结肠炎模型小鼠粪便进行了16SrRNA基因测序，16SrRNA基因测序结果表明牙周炎患者唾液微生物群改变结肠炎小鼠肠道微生物群的组成。微生物功能潜能预测的结果显示差异细菌的主要功能途径主要与代谢相关，包括氨基酸代谢、碳水化合物代谢、辅因子和维生素代谢。
图3 牙周炎患者唾液微生物群改变肠道微生物群的组成
作者使用液相色谱-质谱法探索肠道代谢变化。结果显示分别灌胃健康人唾液和牙周炎患者唾液的小鼠肠道代谢物存在显着差异。灌胃牙周炎患者唾液的小鼠肠道代谢物最丰富的前五种代谢物是13-OxoCOE, N-acetylhistamine (NAH), amino acid (arg-), uracil 5-carboxylate, and 3-dehydrosphinganine。差异代谢物的富集分析表明氨基酸代谢 (histidine metabolism and arginine biosynthesis) 和神经相关(cocaine addiction, glutamatergic synapses, and GABAergicsynapses)的代谢通路差异显著。最后，构建了这些代谢物及其途径的网络。网络图显示氨基酸代谢（如组氨酸、精氨酸和脯氨酸）包含了大多数代谢物参与的途径，其中L-谷氨酸和L-谷氨酰胺是关键节点，NAH是唯一参与的代谢物。作者认为这些代谢物，特别是组氨酸代谢和NAH，是牙周炎引起的焦虑行为恶化的关键。
图4 牙周炎唾液微生物群灌胃后肠道代谢物的变化
接下来，作者检查了大脑新陈代谢，以探索影响焦虑样行为的关键代谢物。脑部代谢物的富集分析表明，代谢物主要富集于磷脂酰乙醇胺生物合成、组氨酸代谢、嘌呤代谢、肉碱合成、鞘脂代谢和天冬氨酸代谢。此外，与神经元相关的途径，如磷脂酰乙醇胺生物合成、磷脂酰胆碱生物合成和鞘脂代谢等也被富集到。为了进一步探讨肠道微生物群与代谢物之间的关系，作者基于脑代谢物、肠道代谢物和肠道微生物群的 Spearman 相关分析创建了一个相关网络（p < 0.05）。结果显示，Bacteroidaceae与肠道代谢物（包括NAH和L-多巴）密切相关，而只有Enterobacteriaceae与脑代谢物相关，这表明肠杆菌科在肠-脑轴中发挥着重要作用（补充图6d；相关性和p-值显示在补充表1）中。这些结果表明肠道微生物群与大脑和肠道代谢相关，并且组胺相关代谢物是牙周炎 对焦虑样行为影响的关键介质。
图5 牙周炎唾液微生物群导致大脑代谢改变
最后，为了验证肠道代谢物的影响，我们首先使用肠道中高表达的组胺相关物质NAH来刺激小胶质细胞。我们发现NAH可以影响小鼠BV-2小胶质细胞中免疫因子的表达。接下来，我们通过 NAH 灌胃结肠炎或非结肠炎小鼠。在行为学和病理学实验显示，NAH显著增加了结肠炎小鼠的焦虑行为以及脑部的神经元丢失。而非结肠炎小鼠NAH增加并没有显著改变焦虑样行为和神经元丢失。这些发现表明，肠道代谢物（例如 NAH）是牙周炎微生物 在 结肠炎小鼠中促进焦虑行为的关键物质。
图6 N-乙酰组胺可能是牙周炎唾液微生物的介质，通过肠脑轴促进焦虑
4、结 论
这项研究结果表明，牙周炎患者唾液微生物可以通过直接影响宿主肠道微生物群来加剧结肠炎引起的焦虑行为。这项研究强调了口腔疾病在肠脑轴中的重要影响。
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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.
