宏蛋白质组学揭开中世纪人类口腔健康状况的神秘面纱

景杰生物|解读

景杰编者按：有研究表明考古中发现的牙矿斑样品是获取生物信息的重要来源。这些矿化斑块保存了古代饮食中的生物分子以及宿主的DNA和蛋白质。人类口腔微生物组是由700余个菌种（诸如真菌、病毒、古菌）组成的复杂系统，而生活方式、个人卫生、环境、遗传、饮食以及疾病对口腔菌群组成的影响仍需进一步被揭示。

口腔微生物组的研究技术最初主要依托于RNA测序，而蛋白组学技术的出现为揭示功能性口腔菌群提供了可能。更重要的是，宏蛋白质组学可以鉴定宿主表达的蛋白从而阐明宿主和致病菌之间的相互关系。

近期，国际专业学术期刊NATURE COMMUNICATIONS发表了一篇运用宏蛋白质组学技术揭示中世纪丹麦人群口腔健康状况的文章。

研究者选用考古中发现的中世纪丹麦居民牙矿斑样品以及当代丹麦健康居民的牙菌斑样品，运用蛋白质组学技术揭示中世纪口腔微生物组的特征，找出其与饮食、卫生等的关系。细菌和人类宏蛋白组谱图分析结果表明，中世纪样本中存在健康倾向和致病倾向两大类群体，为生物考古分析提供了更多的分子信息研究数据。

◆◆研究速读◆◆

1. 中世纪丹麦人口腔菌群自身存在差异性

研究者选用考古中发现的中世纪丹麦居民牙矿斑样品以及当代丹麦健康居民的牙菌斑样品，运用TMT蛋白质组定量技术进行分析。 

图1 样本选择与蛋白质组定量策略 

宏蛋白组分析鉴定到的蛋白质绝大多数都是细菌来源的，经差异蛋白聚类分析后把中世纪样品分为两大类，G1和G2，这两大类别的差异主要是由于特殊菌种的占比不同造成。除了放线菌属（Actinomyces）之外，Olsenella以及 Fretibacterium是G1中最显著的两类菌种，并且都和牙周炎的发生密不可分。 G2则主要包括Lautropia 、Neisseria、 Streptococcus 以及Cardiobacterium。

图2 宏蛋白质分析

2. 考古样品中人源蛋白呈现防御应答相关性

中世纪考古样品总共检测到205个人源蛋白，其中一半以上是细胞外蛋白，并且在使用GO方法对蛋白属性注释后，“防御应答”类的蛋白占据相当大的比例。蛋白与蛋白的互作分析结果表明，在这205个蛋白中，凝血和防御应答功能的蛋白表现出高度关联，揭示出两者在口腔健康中的重要作用。而在这些防御应答因子中，有15种蛋白与急性炎症反应相关，其中就包括了炎症生物标志物C反应蛋白CRP。

 图3考古样品中人源蛋白呈现防御应答相关性

3. 考古样品G2组表现出正常的免疫应答体系

为了进一步揭示两组考古样品中的差异人源蛋白在口腔健康中的作用，研究人员进一步对人源差异蛋白进行了分层聚类分析，结果表明在G2组中有13个较高丰度的蛋白。G2组中含量较高的蛋白诸如过氧化物酶，乳铁运蛋白，中性粒细胞明胶酶相关脂蛋白以及基质金属蛋白酶-9，都是中性粒细胞特有的，而中性粒细胞是白细胞的一个亚群，是细菌感染后免疫应答第一道防线的一部分。这些蛋白质也在当代健康样本中被观察到，表明G2组更可能拥有正常的口腔免疫应答体系。

 图4 考古样品G2组表现出正常的免疫应答体系

◆◆总结◆◆

研究人员在考古领域通过宏蛋白组分析获得高通量蛋白信息，依据蛋白的差异性把考古样品分为两大类。考古样品微生物蛋白组成分析以及免疫应答体系等方面的分析，揭示出中世纪考古样本不同的口腔健康状况，即致病倾向的样本群体和健康样本群体。此外，研究结果揭示出中世纪丹麦人群和当代丹麦人群口腔微生物的差异性，提示我们生活方式以及卫生条件的改变在口腔健康中可能发挥重要的作用。

传统生物考古分析受限于能发现的生物信息有限，宏蛋白组学技术的应用突破了生物考古分析的技术限制，提供了更精准的信息，促进考古类样本分析的多样性和此类针对古代人群健康重塑问题的分析。

参考文献：

Jersie-Christensen RR，et al., 2018, Quantitative metaproteomics of medieval dental calculus reveals individual oral health status. Nat Commun.

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