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客戶文章 | 慢性牙周炎患者齦溝液的微生物和代謝組學分析:預測性、預防性和個性化醫療方法的經驗

分類:公司動態   發布時間 2021-11-03   閱讀: 262


文章標題:Microbial and metabolomics analysis of gingival crevicular fluid in general chronic periodontitis patients: lessons for a predictive, preventive, and personalized medical approach

發表期刊:EPMA Journal

發表時間:2020年4月

影響因子:6.543

合作客戶:上海交通大學醫學院口腔學院上海市第九人民醫院


研究背景

慢性牙周炎(GCP)是一種細菌性炎癥性疾病,由齦下多菌生物膜引起并維持;微生物群落與宿主的復雜相互作用破壞了宿主的體內平衡,破壞了組織附著,破壞了牙齒的支持結構。盡管發表了大量關于GCP患者口腔微生物群和代謝特征變化的研究,但缺乏關于宿主細菌相互作用和生化代謝之間相關性的信息。在本文中分析了口腔微生物組、口腔代謝組以及它們之間的聯系,并確定潛在分子作為GCP中預測性、預防性和個性化藥物(PPPM)的生物標記物。



研究結果

1.GCF牙周微生物群落結構的變化

為了描述牙周病患者口腔微生物群落與健康人口腔微生物群落的差異,分析了微生物群落的α和β多樣性,以評估其總體組成豐富度和結構特征。α多樣性指數包括Chao1指數、ACE指數、Shannon指數和Simpson指數,兩組之間沒有顯著差異。然而,根據非度量多維尺度分析NMDS和基于OTU水平上未加權和加權UniFrac距離的β多樣性分析表明,兩組之間的差異具有統計學意義(P<0.01),表明總體微生物群落結構不同。結果表明,健康對照組和牙周炎患者之間的GCF微生物群落結構發生了顯著變化。


圖1. GCP患者(P組)和健康組(N組)微生物群落的系統發育結構和組成比較


2.GCF牙周微生物群落系統發育組成

從總體GCF樣本來看,優勢門包括變形菌、厚壁菌、擬桿菌、放線菌、梭桿菌、螺旋體和協同菌(>總豐度的99%)。其中最豐富的22個屬,占總豐度的74.5%。在不同分類水平上用GraPhlAn構建的系統發育樹,它可以快速識別從門到屬的優勢微生物類群。當分別分析兩組樣本時,牙周炎樣本和健康樣本之間優勢類群的精確比例有所不同。

圖2.從門到屬的系統發育樹上分類群的可視化


3. 牙周微生物群的功能變異

在門水平上,GCP患者的氯曲菌、協同菌、柔嫩菌、擬桿菌和梭桿菌的相對豐度顯著高于健康對照組。然而,與牙周病患者相比,健康對照組中厚壁菌和衣原體的豐度相對較高。在屬水平上,兩個類群之間差異最大的前20個分類群。與健康對照組相比,牙周病患者中的隱球菌、類桿菌、迪茨氏菌、氯曲菌[G-1]、分枝桿菌、移動菌、支原體、副卡多夫菌、消化鏈球菌科[XIII][G-1]和真菌顯著富集。相比之下,牙周病患者中的幾個屬,即變形桿菌、乳酸菌科菌[G-7]、乳酸桿菌、乳球菌、雙歧桿菌、梭狀芽孢桿菌[F-1][G-2]、腸桿菌、丹毒薊馬菌、丹毒霉科菌[G-1]和桿菌[G-1]的比例低于對照組。這些數據共同揭示了微生物在牙周病患者的GCF微生物組中的變化,表明存在微生物失調狀態,以及預測了代謝功能的紊亂。


圖3. 通過Metastats對GCP患者(P組)和健康對照組(N組)在門(a)和屬(b)水平上的分類單元豐度進行統計比較


4.GCF樣本代謝組學特征的變化

去除內標物和假陽性峰,合并同一代謝物的峰后,共獲得147個定性代謝物。與對照組相比,牙周病患者表現出明顯的代謝改變。與健康對照組相比,牙周病患者的GCF代謝物差異最大。為了進一步表征代謝物的特征,我們進行了代謝物集富集分析(MSEA)和拓撲分析,在牙周病組中,嘧啶代謝、D-谷氨酰胺和d-谷氨酰胺代謝被確定為顯著過度表達的途徑(分別為p=0.000488027和0.031594),這可能反映了疾病相關社區的代謝特征。



圖4. 典型的氣相色譜-質譜計分圖


圖5.代謝物集富集分析(MSEA)的氣泡圖和差異代謝物的拓撲分析

5.微生物群、代謝物和牙周臨床指標之間的相關性

在口腔中檢測到的細菌屬與牙周炎的臨床數據之間存在著很強的統計顯著相關性。牙周病患者富集屬與臨床檢測數據呈正相關,而健康對照富集屬與臨床數據呈負相關。值得注意的是,牙周病患者的大多數代謝物水平升高,并與大多數牙周病富集屬呈正相關,與大多數健康對照富集屬呈負相關。相反,牙周病個體中缺失的代謝產物水平,與許多健康對照豐富的屬呈正相關,與牙周病豐富的屬呈負相關。牙周病患者體內水平也降低的代謝物,與大多數牙周病富集的屬有負相關和顯著差異。具體而言,假定的牙周病細菌的屬,如卟啉單胞菌、普氏菌、梭桿菌和產線菌,與差異代謝物密切相關。綜上所述,口腔微生物群的改變在一定程度上與齦下代謝有關,GCF代謝物的水平可能反映了這些細菌種類豐度的變化。



圖6.微生物群、代謝物和牙周臨床指標之間的關聯

牙周炎患者代謝物水平的升高與牙周炎的臨床數據呈正相關,而代謝物水平的降低與臨床數據呈負相關。也就是說,代謝產物水平的增加或減少變化越大,牙周炎的臨床數據越大,臨床特征越明顯。這一結果增強了牙周炎臨床條件下代謝物的變化。代謝物對BOP、CAL和PD的預測具有顯著的積極作用,表明它們可能作為牙周炎癥嚴重程度的指標。ROC曲線還表明,檸檬酸和N-氨甲酰谷氨酸聯合應用對中度或重度牙周炎的診斷具有令人滿意的準確性(AUC=0.876),這可能是牙周炎GCF中的有效生物標記物?傊,這些結果提供了對牙周益生菌群落代謝特征的洞察,并確定了炎癥狀態的潛在生物標志物。

圖7.9種不同代謝物的受試者操作特征曲線,用于區分普通慢性牙周炎組和健康組



結論

牙周病的發病機制可能是多微生物群落結構的失調和代謝的改變。牙周炎患者和健康人之間GCF中的差異微生物和代謝物可能是生物標記物,為個性化牙周治療的預測、診斷、預后和管理指明了潛在策略。


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