Gut | 洗牙后口腔菌群的变化和重建

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文献速递

本文对 9 名个体洗牙前后 3 个月的 11 个时间点进行采样，分析唾液和牙菌斑菌群的纵向变化。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。唾液菌群相对稳定，是牙菌斑菌群的主要补充来源。牙菌斑生物膜的菌群组成变化可分为 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。研究表明，口腔微生物或可以作为疾病预测和非侵入性诊断的手段。

Keywords: Oral microbiota，Saliva，Dental plaque，longitudinally tracked

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

DOI: 10.1136/gutjnl-2019-318977

Journal: Gut [IF 17.943]

First Authors: Jinfeng Wang

Correspondence: Fangqing Zhao

Affiliation: Computational Genomics Lab, Beijing Institutes of Life Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China

Published: 2019-06-02

研究背景

口腔来源菌在很多疾病中均有被报道，例如胰腺癌和结直肠癌。同时，人们对口腔菌是否可以作为系统性疾病的 biomarker 也很感兴趣。

研究结果

1研究设计、样本收集和微生物多样性

研究者收集了成对的唾液和牙菌斑样本，包括 9 个个体的 169 个样本（图 1A）。所有样本采用 16S rRNA V3 - V4 区域扩增测序。

牙菌斑样本在洗牙后微生物多样性波动较大，而唾液样本微生物多样性波动很小（图 1B）。同样地，牙菌斑样本波动的波谷出现在第 3 天（图 1C）。

在洗牙前后的各个时间点中，早期阶段（0 - 4小时），牙菌斑样本在洗牙前后的差异要大于唾液样本。最大的差异出现在 7 小时到第 3 天（图 1D）。牙菌斑样本在洗牙前后的前7天有显著差异，而唾液样本没有显著差异（图 1E）。

主成分分析表明，牙菌斑样本在洗牙前后有动态变化过程，洗牙后菌群解构，在 1 天后严重偏离原始状态，3 天后重建直至逐渐恢复。相反，唾液没发现这种变化规律（图 1F）。

为了追踪微生物的补充过程，前一个时间点的牙菌斑和唾液样本是预测后一个时间点微生物操作分类学单元起源的潜在来源。作者发现，微生物从唾液转变为牙菌斑的过程主要发生在第 1 天和第 3 天（图 1G-H）。在第 7 小时和第 3 天的时间点，所有微生物在门水平的丰度或者最低，或者最高（图 1I）。然而，唾液样本的微生物丰度只有轻微变化，最终恢复至原始水平（图 1J）。

图 1. Longitudinal dynamics of in vivo human oral microbiota. (A) Overview of the study design and sample collection. (B) The alpha diversity of the dental plaque and salivary microbiota over time. The shadow around the line shows a 95% CI. (C) The Bray-Curtis distance calculated at the operational taxonomic unit (OTU) level across individual microbiota of the same time point. (D–E) The Bray-Curtis distance between microbiota of each time point and pre. Significance was measured using Wilcoxon rank-sum test (0.01>p>0.001, **; 0.05>p>0.01, *; p>0.05, ns). (F) The principal component (PC) analysis of dental plaque and saliva microbiota at each time point. The circle shows a 10% CI. (G–H) Tracing the source of OTUs in each time point. The dental plaque and saliva samples of the former time point were taken as potential sources of the latter time point. The bands of each colour indicate the top 100 most abundant OTUs. Green, brown and grey bands represent the sources of dental plaque, salivary and unknown, respectivel .(I–J) The temporal changes of bacterial abundance at the phylum level.

2微生物分类学和口腔生物膜的相互作用

随时间的纵向变化，牙菌斑微生物样本聚类成 3 簇，分别代表口腔生物膜形成的早期、中期和成熟期（图 2A）。

当用每个时间点和洗牙前进行比较，在每个阶段有显著差异的属均不同。在早期阶段恢复的细菌代表了第一批具有快速响应的定植者；在中期阶段显著变化的细菌是第二批定植者；且与第一批定植者进行交流并为后继者打下基础；在三个阶段中不断繁殖但最终没有完全恢复的细菌是长期变化的成员（图 2B）。

网络分析表明，有些细菌在中期变化剧烈并且有更多数量的边界，表明它们可能对发展成牙菌膜起到关键的作用（图 2C）。

图 2. Microbial taxonomy and interaction of oral biofilms over time. (A) Clustering of the dental plaque microbiota at the genus level. (B) Significantly different genera of each time point compared with the time point pre. Wilcoxon rank-sum test with false discovery rate correction, p≤0.01. (C) Co-occurrence network of the significantly different genera. The thresholds of SparCC correlations were r≥0.7 and p≤0.05. The blue, pink and green lines represent the connection of two genera in the early phase (0 hour, 1 hour, 4 hours, 7 hours), the medium phase (1 day, 3 days, 7 days) and the late phase (2 weeks, 1 month, 3 months, pre), respectively. The dotted and solid lines indicate negative correlation and positive correlation, respectively. The thickness of the line is proportional to the value of correlation. The size of the nodes is proportional to their relative abundance, and the number marked on each node represents the degree of this node. 

结论与讨论

口腔作为微生物能下传至胃肠道的门户和来源，处于至关重要的位置。作者的研究揭示了口腔微生物在强扰动后的恢复和长期稳定情况。确定了群落变化最剧烈和结构恢复的关键时间点和阶段。这些研究表明，若将口腔微生物作为慢性系统性疾病的 biomarker 时，取样的时间和位置应该被着重考虑。该研究为口腔微生物是否可以作为疾病预测和非侵入性诊断手段提供了一个评估的机会。

M菌 · 笔记

① 收集了洗牙前后和洗牙后多个时间点的样本。

② 观察了洗牙前后口腔微生物动态变化情况。

③ 发现了牙菌斑样本洗牙前后的解构、偏离和重建过程。

④ 发现唾液样本在洗牙前后相对稳定，并且是形成牙菌斑的补充来源。

参考文献

1. Wang J, Jia Z, Zhang B, et al. Tracing the accumulation of in vivo human oral microbiota elucidates microbial community dynamics at the gateway to the GI tract[J]. Gut, 2019: gutjnl-2019-318977.

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撰稿 | XueFeng   责编 | NSC

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