文章标题:Microbial and metabolomics analysis of gingival crevicular fluid in general chronic periodontitis patients: lessons for a predictive, preventive, and personalized medical approach
发表期刊:EPMA Journal
发表时间:2020年4月
影响因子:6.543
合作客户:上海交通大学医学院口腔学院上海市第九人民医院
研究背景
慢性牙周炎(GCP)是一种细菌性炎症性疾病,由龈下多菌生物膜引起并维持;微生物群落与宿主的复杂相互作用破坏了宿主的体内平衡,破坏了组织附着,破坏了牙齿的支持结构。尽管发表了大量关于GCP患者口腔微生物群和代谢特征变化的研究,但缺乏关于宿主细菌相互作用和生化代谢之间相关性的信息。在本文中分析了口腔微生物组、口腔代谢组以及它们之间的联系,并确定潜在分子作为GCP中预测性、预防性和个性化药物(PPPM)的生物标记物。
研究结果
1.GCF牙周微生物群落结构的变化
为了描述牙周病患者口腔微生物群落与健康人口腔微生物群落的差异,分析了微生物群落的α和β多样性,以评估其总体组成丰富度和结构特征。α多样性指数包括Chao1指数、ACE指数、Shannon指数和Simpson指数,两组之间没有显著差异。然而,根据非度量多维尺度分析NMDS和基于OTU水平上未加权和加权UniFrac距离的β多样性分析表明,两组之间的差异具有统计学意义(P<0.01),表明总体微生物群落结构不同。结果表明,健康对照组和牙周炎患者之间的GCF微生物群落结构发生了显著变化。
图2.从门到属的系统发育树上分类群的可视化
图3. 通过Metastats对GCP患者(P组)和健康对照组(N组)在门(a)和属(b)水平上的分类单元丰度进行统计比较
4.GCF样本代谢组学特征的变化
去除内标物和假阳性峰,合并同一代谢物的峰后,共获得147个定性代谢物。与对照组相比,牙周病患者表现出明显的代谢改变。与健康对照组相比,牙周病患者的GCF代谢物差异最大。为了进一步表征代谢物的特征,我们进行了代谢物集富集分析(MSEA)和拓扑分析,在牙周病组中,嘧啶代谢、D-谷氨酰胺和d-谷氨酰胺代谢被确定为显著过度表达的途径(分别为p=0.000488027和0.031594),这可能反映了疾病相关社区的代谢特征。
图4. 典型的气相色谱-质谱计分图
图5.代谢物集富集分析(MSEA)的气泡图和差异代谢物的拓扑分析
5.微生物群、代谢物和牙周临床指标之间的相关性
在口腔中检测到的细菌属与牙周炎的临床数据之间存在着很强的统计显著相关性。牙周病患者富集属与临床检测数据呈正相关,而健康对照富集属与临床数据呈负相关。值得注意的是,牙周病患者的大多数代谢物水平升高,并与大多数牙周病富集属呈正相关,与大多数健康对照富集属呈负相关。相反,牙周病个体中缺失的代谢产物水平,与许多健康对照丰富的属呈正相关,与牙周病丰富的属呈负相关。牙周病患者体内水平也降低的代谢物,与大多数牙周病富集的属有负相关和显著差异。具体而言,假定的牙周病细菌的属,如卟啉单胞菌、普氏菌、梭杆菌和产线菌,与差异代谢物密切相关。综上所述,口腔微生物群的改变在一定程度上与龈下代谢有关,GCF代谢物的水平可能反映了这些细菌种类丰度的变化。