吸烟与口腔微生物

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文章速递

该研究对1204个美国人的漱口水样品进行 16S 测序分析，研究吸烟和口腔微生物的关系。结果发现，总体来说，吸烟者和未吸烟者（戒烟者和从不吸烟者）的口腔微生物组的组成有所不同。相比较从不吸烟者，吸烟者的口腔微生物的某些物种丰度发生变化，如变形菌门、Capnocytophaga、Peptostreptococcus 和 Leptotrichia 物种丰度降低，Atopobium 和 Streptococcus 物种丰度增加。PICRUSt功能预测发现相比较从不吸烟者，吸烟者减少的某些属水平的细菌与碳水化合物和能量代谢，异生物质代谢功能相关。该研究结果表明吸烟能够改变口腔微生物组，并且可能导致微生物的功能改变，这或许对吸烟相关疾病造成影响。

关键字: Cigarette smoking, oral microbiome, 16S

Title: Cigarette smoking and the oral microbiome in a large study of American adults

DOI: 10.1038/ismej.2016.37

Journal: The ISME Journal [IF 9.520]

First Authors: Jing Wu, Brandilyn A Peters

Correspondence: Jiyoung Ahn

Affiliation: Division of Epidemiology, Department of Population Health, NYU School of Medicine, New York, NY, USA

Published: 2016-03-25

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研究背景

口腔微生物组生态失调与口腔疾病和全身性疾病（可能）相关，但是口腔微生物失衡的影响因素尚且不清楚。

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研究思路

全部 1204个样品来源于四个数据集（PLCO-a，n = 261;LCO-b，n = 400; CPS-II-a，n= 203; CPS-II-b,n= 340），分为三组，分别是从不吸烟者（n = 521）,戒烟者（ n = 571）,吸烟者（n = 112），分析路线图如下：

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研究结果

3.1 分析口腔微生物整体差异

研究者基于 UniFrac 距离对不同组别的微生物组进行整体评估。图 a 是对从不吸烟者，戒烟者，吸烟者三组样品进行 PCoA 分析，结果显示戒烟者和从不吸烟者样品聚类在一块且和吸烟者分离。PERMANOVA 分析结果表明三组样品之间存在显著差异。图 b 为将从不吸烟者样品与戒烟者样品合并为一组后与吸烟者样品进行 PCoA 分析，结果显示两组数据能够分离，且 PERMANOVA 分析结果表明两组数据存在显著差异。为了进一步证明观察到的这种差异，研究者分析了三组样品组内（图 c ）和组间（图 d）的差异性，结果显示吸烟者的组内样品之间的差异性比较大，而戒烟者和从不吸烟者较小。此外，相比较吸烟者，戒烟者和从不吸烟者两组样品的组间差异性更小。

Figure 1 |  三组样品的口腔微生物差异分析

3.2 基于丰度分析口腔微生物物种差异

研究者基于物种丰度分析了三组样品中的物种差异，结果发现变形菌门 （Proteobacteria） 在吸烟者中降低。比从未吸烟者，吸烟者口腔的变形菌门丰度显著降低，但是戒烟者变形菌门丰度没有显著差异。这种差异在更低的分类水平中也有相似的变化趋势，如纲水平的Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria，属水平的Neisseria, Haemophilus 和 Aggregatibacter。除此之外，在吸烟者口腔微生物丰度降低的还有Flavobacteriia，Capnocytophaga。此外，相比较从未吸烟者，吸烟者口腔中的放线菌门（Actinobacteria）、Coriobacteriia、Atopobium、Bifidobacterium、Lactobacillus 和 Streptococcus 微生物丰度增加。

3.3 使用 DEseq2 分析口腔微生物物种差异

使用 DEseq2 对从不吸烟者和吸烟者的样品分析差异物种的结果显示，大部分差异物种和上述分析结果类似，但是也有一些不同的结果比如 Lactobacillus 没有差异，Firmicutes 在吸烟者中富集。鉴定出来的差异 OTU 总共有 249 个（Figure 2），其中42 个OTU 属于放线菌门（Actinobacteria），主要在吸烟者中富集，95 个OTU 属于芽孢杆菌纲（Bacilli，大多数来自 Streptococcus ，主要在吸烟者中富集），32 个OTU 属于梭菌纲（Clostridia，主要在吸烟者中减少），25 个 OTU 来自变形菌门（主要在吸烟者中减少），还有 27 个OTU 无法分类。

Figure 2 | 与吸烟状态相关的口腔微生物 OTU 进化分支图 

3.4 分析差异物种分别与吸烟剂量和戒烟时长的关系

研究者进一步分析三个纲水平的差异物种与每天吸烟剂量和戒烟时长的关系。结果发现，随着每天吸烟剂量的增大，三个物种（Betaproteobacteria， Gammaproteobacteria， Flavobacteriia）的相对丰度在减少（Figure 3a。而随着戒烟时长的增加，这三个物种的相对丰度增加（Figure 3b）。

Figure 3 | 按照每天吸烟剂量(a) 和戒烟时长(b) 的三个纲水平物种相对丰度分布

3.5 微生物功能预测分析及其与差异物种相关性分析

使用 PICRUSt 算法进行功能预测，发现 83 个功能通路在吸烟者和从不吸烟者之间存在显著差异。这些通路与环境信息处理，碳水化合物和能量代谢，聚糖生物合成和代谢以及异生物质生物降解有关。其中与有氧代谢相关的途径（三羧酸（TCA）循环和氧化磷酸化）在吸烟者中减少，与氧气无关的途径（糖酵解，果糖，半乳糖和蔗糖代谢以及光合作用）在吸烟者中富集。与从不吸烟者相比，吸烟者中异生物质生物降解途径的丰度显著改变，包括一些富集的通路（多环芳烃降解，二甲苯降解和药物代谢）和一些减少的通路（苯乙烯，甲苯，硝基甲苯，氯代环己烷和氯苯降解）。吸烟者减少的某些属与苯乙烯和甲苯降解，TCA循环和氧化磷酸化正相关，与糖酵解和其他碳水化合物代谢途径呈负相关（Figure 4）。

Figure 4 | 与吸烟相关的几个物种和几种功能通路相关

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讨论与总结

该研究结果表明吸烟者与从不吸烟者和戒烟者的口腔微生物存在差异。具体来说，相比较从不吸烟者，吸烟者的Proteobacteria 减少, Firmicutes 和Actinobacteria 增加。功能预测发现吸烟可能通过影响口腔氧气供应和异生物质降解改变口腔微生物。而戒烟和不吸烟者没有差异，表明戒烟可能让口腔微生物恢复到趋向于健康状态，从而有益身体健康。

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M 菌说

吸烟和口腔微生物组成以及许多物种丰度相关，吸烟可能促进厌氧环境和异生物质降解减少。

本研究的优点：大样本，不同批次检验重复性，混杂因子的控制；

本研究的不足：缺少宏基因组数据表征基因，缺少纵向对列设计；因为口腔微生物随年龄变化，本研究样品的年龄比较大，结果可能对年轻人不适用。

参考文献

Wu J, Peters B A, Dominianni C, et al. Cigarette smoking and the oral microbiome in a large study of American adults[J]. The ISME journal, 2016.

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