人体口腔菌群的稳定性和动态变化规律

追踪体内人类口腔微生物组的积累，阐明了胃肠道入口的微生物群落动态变化

Tracing the accumulation of in vivo human oral microbiota elucidates microbial community dynamics at the gateway to the GI tract

Gut    [IF:17.943]

2019-06-20  Letter

DOI: https://doi.org/10.1136/gutjnl-2019-318977

第一作者：Jinfeng Wang(王金锋)¹, Zhen Jia(贾震)^1,2, Bing Zhang(张冰)¹

通讯作者：Fangqing Zhao(赵方庆)^1,2,4

其它作者：Lei Peng³

作者单位：

¹中科院北京生科院，计算基因组实验室(Computational Genomics Lab, Beijing Institutes of Life Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China)

²中国科学院大学(University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China)

³首都医科大学附属北京友谊医院(Capital Medical University Affiliated Beijing Friendship Hospital, Beijing, China)

⁴中国科学院，动物进化与遗传前沿交叉卓越创新中心(Center for Excellence in Animal Evolution and Genetics, Chinese Academy of Sciences, Kunming, China)

主要结果

图1. 人体口腔菌群的时间动态

Figure 1 Longitudinal dynamics of in vivo human oral microbiota

（A）研究方案和样品信息概览。

（B）唾液(黄色)和牙菌斑(绿色)菌群的α多样性随时间变化，采用Simpson指数计算，每个点代表一个样本，图中添加拟合曲线，阴影代表95%置信区间。

（C）在相同时间点，计算个体OTU之间的Bray-Curtis距离。

（D-E）计算每个时间点牙菌斑(D)与唾液(E)与洗牙前菌群的Bray-Curtis距离。采用Wilcoxon秩和检验统计显著性(0.01>p>0.001, *; 0.05>p>0.01, ; p>0.05, ns)。

（F）主成分分析唾液和牙菌斑菌群随时间的聚类情况。图中的置信椭圆为10%的置信区间。

（G-H）牙菌斑和唾液微生物来源追踪。牙菌班和唾液的前一个时间点作为潜在的来源。这些条带代表最高丰度的100个OTU。绿色、棕色和灰色分别代表来源于牙菌斑、唾液和未知。

（I-J）门水平细菌丰度随时间的变化。

图2. 口腔生物被膜的物种组成和互作的时空分布

Figure 2 Microbial taxonomy and interaction of oral biofilms over time.

（A）属水平牙菌斑微生物组的聚类，数据采用Z-Score按行标准化，按列时间上进行聚类，分成明显的3个簇，用不同颜色显示。

（B）与洗牙前相比，显著差异的属。采用Wilcoxon秩和检验，并采用FDR校正多重比较的P值，图中只显示出P ≤ 0.01的结果，用颜色梯度代表变化的差异倍数。

（C）共存网络分析显著差异的属。SparCC相关系数筛选阈值为 r ≥ 0.7且 p ≤ 0.05。蓝色、粉色和绿色线分别代表早期，中期和后期的连接(分期与A中聚类结果对应)。虚线 和实线分别代表负相关和正相关，线的粗细代表相关系数的绝对值。结点的大小代表相对丰度，每个节点上的数字代表该节点的度数。

附图1. 9个人在11个时间点上牙菌班和唾液的采样分布，NA为缺失

Supplementary Figure S1. Paired saliva and dental plaque samples were collected from 9 subjects at 11 time points before and 3 months after scaling. NA denotes an incurred sample loss.

附图2. 香农多样性指数展示口腔微生物时间动态

Supplementary Figure S2. Shannon diversity index showed the longitudinal fluctuation patterns of oral microbiota.

附图3. 与洗牙前相比，牙菌斑各时间点显著差异的属数量

Supplementary Figure S3. Number of the significantly different genera of each time point compared to pre in dental plaque microbiota.

热心肠日报

https://www.mr-gut.cn/papers/read/1050116612?kf=xread_daily

赵方庆团队：洗牙后口腔菌群的变化和重建

创作：李丹宜 审核：李丹宜 06月25日

原标题：追踪人口腔菌群的体内积累阐明消化道入口的微生物群落动态

1. 对9名个体洗牙前和之后3个月11个时间点采样，分析唾液和牙菌斑菌群的纵向变化；
2. 牙菌斑菌群在整个过程中波动明显，洗牙后7小时到3天，其组成与洗牙前差异最大；
3. 唾液菌群相对稳定，是牙菌斑菌群的主要补充来源；
4. 牙菌斑生物膜的菌群组成变化可分3个时期：洗牙后菌群解构，1天后严重偏离原始状态，3天后重建直至逐渐恢复；
5. 聚类和共现网络分析显示，在中期变化剧烈的细菌与早期定植菌发生互作，可能在牙菌斑生物膜发育中有关键作用。

新闻稿

北京生科院赵方庆团队揭示人体口腔菌群的稳定性和动态变化规律

日前，国际知名学术杂志《Gut》刊发了来自中国科学院北京生命科学研究院赵方庆团队题为“Tracing the accumulation of in vivo human oral microbiota elucidates microbial community dynamics at the gateway to the GI tract”的短文。《Gut》杂志主要关注胃肠道领域的研究，之前鲜有关于口腔的报道。这是该团队继2018年5月在此杂志上发表孕期健康塑造新生儿初始菌群的研究论文后，再次推出他们在口腔微生物膜形成研究方面的最新成果。该论文得到了杂志主编的高度评价，认为该工作精彩揭示出口腔菌群从破坏到重建的完整过程。

最新研究发现大多数口腔细菌能在肠道定植，像类风湿性关节炎、IBD和结直肠癌等患者肠道中富集的细菌很多来自口腔。而且，微生物由口腔沿着消化道异位定植是一个频繁且连续的过程。这些研究不仅强化了口腔与肠道之间的联系，也激发了关于疾病起源于口腔、肠道亦或两者皆有的讨论，也引起了人们对于口腔菌群、小生境及口腔健康维护的重视。不仅如此，将口腔菌群用于消化道或其它疾病的辅助诊断也具有潜在的应用价值。流动态的唾液和附着态的牙菌斑是口腔微生物的两种基本储存形式，从时间梯度上来探究它们的稳定性和动态变化，能够更好地理解口腔菌群，以及判断它们作为生物标记物检测疾病的可靠性。基于此，赵方庆团队开展了该项研究，并获得了相关的重要研究成果。

洗牙是临床常见的牙菌斑清理手段，恰好也为跟踪口腔生物膜附着情况和菌群重建过程提供了便利。研究团队通过对洗牙前后三个月间11个连续时间点内的169个唾液和牙菌斑微生物组数据进行深度挖掘分析，以确定因受到外力扰动而崩解的口腔微生物膜恢复到初始状态的时间、以及口腔菌群作为标志物是否具有足够的稳健性（图1）。团队通过追踪人体口腔菌群的聚集，观察到口腔菌群在受到了破坏后微生物多样性和群落结构会随时间发生动态变化；并发现了在强烈干扰后的整个跟踪周期中唾液菌群多样性和结构一直保持稳定，而牙菌斑菌群最为混乱的时期是生物膜解离后7小时至3天。研究明确了生物膜发生、发展和成熟三个时期的准确时间跨度，即从洗牙后菌群解构，到1天后严重偏离原始状态，再到3天后重建，及随时间推移逐渐恢复到原始完整形态。研究还发现许多细菌在干预后很快恢复到最初水平，表明洗牙在早期会对控制牙菌斑产生一定作用，但并不能长期抑制细菌及其形成生物膜的能力。他们的研究也指出在口腔生物膜重建过程中，微生物补充的主要方向是由唾液到牙菌斑。该研究为深入理解消化系统微生态及微生物传播提供了新的证据，有助于评估口腔细菌是否适合作为疾病检测的靶标，或能促进临床非侵入性诊断技术的发展。

图1 人体口腔菌群的时间动态
（A）研究方案和样品信息概览。（B）唾液和牙菌斑菌群的α多样性变化。（C）基于OTU计算个体之间在相同时间点的Bray-Curtis距离。（D-E）计算每个时间点与洗牙前菌群的Bray-Curtis距离。（F）唾液和牙菌斑菌群随时间的聚类情况。（G-H）牙菌斑和唾液微生物来源追踪。（I-J）门水平细菌丰度随时间的变化。

中科院北京生科院副研究员王金锋及博士生贾震、硕士生张冰为论文的并列第一作者，赵方庆研究员为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金优秀青年项目、面上项目和中科院重点部署项目“微生物组计划”的资助，并在样品收集方面得到了首都医科大学附属北京友谊医院的帮助。

论文连接：https://gut.bmj.com/content/early/2019/06/12/gutjnl-2019-318977

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