中科院趙方慶團隊揭示人體口腔微生物組動態變化規律

2019年6月21日，國際知名學術雜誌《Gut》刊發了來自中國科學院北京生命科學研究院趙方慶團隊題為「Tracing the accumulation of in vivo human oral microbiotaelucidates microbial community dynamics at the gateway to the GI tract」的研究論文。這是該團隊繼2018年5月在此雜誌上發表孕期健康塑造新生兒初始菌群的研究論文後，再次推出他們在口腔微生物膜形成研究方面的最新成果。該論文得到了雜誌主編的高度評價，認為該工作精彩揭示出口腔菌群從破壞到重建的完整過程。

該研究立意於人們最近發現大多數口腔細菌能在腸道定植，像類風濕性關節炎、IBD和結直腸癌等患者腸道中富集的細菌很多來自口腔。並且，微生物由口腔沿著消化道異位定植不是偶發事件，而是頻繁且連續的過程。這些發現強化了口腔與腸道之間的聯繫，也激發了關於疾病起源於口腔、腸道亦或兩者皆有的討論，提醒大家不能忽視口腔菌群、小生境及口腔健康。不僅如此，將口腔菌群用於消化道或其它疾病的輔助診斷也具有潛在的應用價值。作為口腔微生物兩種基本的儲存形式——流動態的唾液和附著態的牙菌斑，從時間梯度上探究它們的穩定性和動態變化，關乎到更好的理解口腔菌群，以及判斷它們作為生物標記物檢測疾病的可靠性。

洗牙是臨床常見的牙菌斑清理手段，這為跟蹤口腔生物膜附著情況和菌群重建過程提供了便利。趙方慶團隊對洗牙前後三個月的11個連續時間點共169個唾液和牙菌斑微生物組數據進行深度挖掘分析，以研究受到外力擾動時，崩解的口腔微生物膜恢復到初始狀態的時間，以及口腔菌群作為標誌物是否具有足夠的穩健性（圖1）。通過追蹤人體口腔菌群的聚集，直觀地顯示了破壞後微生物多樣性和群落結構隨時間的動態變化，發現在強烈干擾後的整個跟蹤周期中，唾液菌群多樣性和結構一直保持穩定；而牙菌斑菌群最為混亂的時期是生物膜解離後7小時至3天。研究明確了生物膜發生、發展和成熟三個時期的準確時間跨度，即從洗牙後菌群解構，到1天後嚴重偏離原始狀態，再到3天後重建，及隨時間推移逐漸恢復到原始完整形態。研究還發現許多細菌在干預後很快恢復到最初水平，表明洗牙在早期會對控制牙菌斑產生一定作用，但並不能長期抑制細菌及其形成生物膜的能力；並且指出在口腔生物膜重建過程中，微生物補充的主要方向是由唾液到牙菌斑。該研究為深入理解消化系統微生態及微生物傳播提供了新的信息，有助於評估口腔細菌是否適合作為疾病檢測的靶標，或能促進臨床非侵入性診斷技術的發展。

中科院北京生科院副研究員王金鋒及博士生賈震、碩士生張冰為論文的並列第一作者，趙方慶研究員為通訊作者。該研究獲得了國家自然科學基金優秀青年項目、面上項目和中科院重點部署項目「微生物組計劃」的資助，並在樣品收集方面得到了首都醫科大學附屬北京友誼醫院的幫助。

（A）研究方案和樣品信息概覽。（B）唾液和牙菌斑菌群的α多樣性變化。（C）基於OTU計算個體之間在相同時間點的Bray-Curtis距離。（D-E）計算每個時間點與洗牙前菌群的Bray-Curtis距離。（F）唾液和牙菌斑菌群隨時間的聚類情況。（G-H）牙菌斑和唾液微生物來源追蹤。（I-J）門水平細菌丰度隨時間的變化。

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