《Gut Microbes》：Limosilactobacillus mucosaeattenuates hyperlipidemic periodontitis via the gut-oral axis
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本研究发现高脂血症性牙周炎（HPD）患者肠道菌群中的Limosilactobacillus mucosae显著减少。通过粪菌移植（FMT）实验证实肠道菌群失调可加剧牙周炎。机制上，口服L. mucosae可通过恢复肠道代谢物α-甘油磷酸胆碱（α-GPC）水平，上调牙周组织紧密连接蛋白Claudin-1（CLDN1），从而增强上皮屏障功能、抑制炎症浸润并恢复骨稳态。该研究揭示了"L. mucosae–α-GPC–CLDN1"这一全新的肠道-口腔轴保护通路，为HPD的治疗提供了新靶点。
背景
牙周炎是一种由口腔菌群失调引发、宿主免疫反应失调驱动的慢性炎症性疾病，是全球第六大流行疾病，影响超过10%的世界人口。高脂血症是一种高度流行的代谢性疾病，全球患病率高达39%，影响超过15亿成年人。流行病学和临床研究揭示了牙周炎和高脂血症之间存在双向关联，这种共病状态被称为高脂血症性牙周炎（HPD），常表现为更严重的牙周破坏和更强的治疗抵抗性。肠道菌群作为关键的代谢和内分泌器官，通过"肠道-口腔轴"远程调节宿主病理生理学，但其在HPD中的具体作用机制尚不清楚。
口腔和肠道多组学特征在HPD患者中的表现
对20名HPD患者和20名健康志愿者（阴性对照，NC）的多组学分析显示，HPD患者的口腔和肠道微生物组成均存在显著差异。HPD患者口腔微生物群中富含多种牙周病原菌，如普雷沃菌（Prevotella）、卟啉单胞菌（Porphyromonas）、梭杆菌（Fusobacterium）等。同时，粪便宏基因组测序显示，HPD患者肠道微生物组成与NC组明显分离，其中肠道共生菌Limosilactobacillus mucosae在HPD患者中显著减少了3.11倍。相关性网络分析进一步揭示了L. mucosae的丰度与多种口腔牙周病原菌呈显著负相关。粪便非靶向代谢组学也显示两组之间存在不同的代谢谱，差异代谢物中最丰富的化学类别是有机酸及其衍生物（49.0%）、有机杂环化合物（12.9%）以及脂质和类脂分子（12.2%）。
高脂血症加剧牙周炎并在小鼠模型中重现L. mucosae的耗竭
通过结合高脂饮食（HFD）和结扎诱导的牙周炎建立了HPD小鼠模型。经过20周的饮食诱导后，HFD喂养的小鼠表现出体重增加、血糖升高以及血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平升高。显微CT（Micro-CT）分析显示，HPD小鼠比单纯牙周炎（PD）小鼠表现出更严重的牙槽骨破坏，表现为牙骨质釉质界至牙槽嵴顶（CEJ-ABC）距离增加，以及骨微结构恶化。组织学上，HPD小鼠牙周组织中观察到更广泛的炎症细胞浸润和更严重的附着丧失。在分子水平上，HPD小鼠牙槽骨中成骨标志物如骨保护素（OPG）、骨桥蛋白（OPN）、Runt相关转录因子2（RUNX2）、Osterix和骨钙素（OCN）的蛋白表达下调，而破骨生成标志物核因子κB受体活化因子配体（RANKL）以及促炎标志物如诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）、白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和IL-6的表达上调。HPD小鼠血清中IL-6、TNF-α和急性期反应蛋白血清淀粉样蛋白A（SAA）的水平也显著高于其他组，表明高脂血症使宿主对局部感染产生了更强的全身炎症反应。对盲肠内容物的宏基因组测序显示，HPD小鼠的肠道菌群组成与NC小鼠不同，且L. mucosae的相对丰度低于NC小鼠。共现网络分析揭示了L. mucosae与口腔中链球菌（Streptococcus）等多个属的细菌呈强负相关。Spearman相关性分析显示，在299种差异代谢物中，有272种与L. mucosae丰度显著相关。
HPD小鼠的肠道菌群可因果性地加剧牙周炎
为了验证HPD相关肠道菌群失调的因果作用，研究人员进行了粪菌移植（FMT）实验。接受HPD菌群（HPD-FMT）的小鼠比接受PD菌群（PD-FMT）的小鼠发展出更严重的牙周炎表型，表现为更大的牙槽骨丧失、恶化的骨微结构以及广泛的炎症浸润。在HPD-FMT组中，牙槽骨成骨标志物（OPG、OPN、RUNX2、Osterix、OCN）的蛋白水平下调，而促破骨（RANKL、组织蛋白酶K（CTSK））和促炎标志物（iNOS、NLRP3、IL-1β、TNF-α、IL-6）上调。免疫荧光分析进一步证实，HPD-FMT组牙槽骨中RUNX2表达显著降低，而CTSK、NLRP3和IL-1β高表达。TRAP染色显示HPD-FMT组有更多活化的破骨细胞。移植的菌群也重塑了受体小鼠的微生物和代谢景观。在口腔中，HPD-FMT组的微生物群落结构与PD-FMT组不同，病原菌如肠球菌（Enterococcus）、脱硫弧菌（Desulfovibrio）等丰度增加，而早期定植菌如链球菌（Streptococcus）和韦荣球菌（Veillonella）减少。在肠道中，宏基因组分析显示HPD-FMT组肠道菌群α多样性较低，L. mucosae丰度降低。此外，肝脏脂肪变性的代谢表型也被成功传递。这些结果提供了直接的因果证据，表明HPD相关的肠道菌群能够加重牙周炎的严重程度。
L. mucosae重塑肠道代谢稳态并缓解HPD小鼠症状
为了评估L. mucosae的治疗潜力，研究人员用活菌或热灭活菌处理HPD小鼠。口服活L. mucosae（LM组）显著改善了HPD的病理表现，包括减轻牙槽骨丧失、改善骨微结构、减少炎症浸润和破骨细胞数量。相比之下，热灭活的L. mucosae（LM-I组）效果减弱，突出了其代谢活性的重要性。这些保护作用得到了成骨蛋白（OPG、OPN、RUNX2、Osterix）上调和促破骨（RANKL）及促炎蛋白（NLRP3、IL-1β、TNF-α、IL-6）下调的证实。免疫荧光分析验证了这些变化，显示LM组牙槽骨中RUNX2和Osterix表达增加，同时RANKL、NLRP3和IL-1β表达减少。除了对牙周炎的影响外，活L. mucosae治疗还带来了全身性益处，恢复了微生物和代谢稳态。在微生物层面，它重塑了口腔菌群并成功在肠道中定植，增加了自身的相对丰度。这伴随着宿主代谢表型的显著改善：L. mucosae给药减轻了HFD诱导的体重增加，降低了血清TG和LDL-C水平，并改善了肝脏脂肪变性和脂肪组织形态。对盲肠内容的非靶向代谢组学将"甘油磷脂代谢"确定为显著富集的通路，其中甘油磷酸胆碱（α-GPC）被确定为在HPD小鼠中耗竭的关键差异代谢物。值得注意的是，口服活L. mucosae恢复了这些肠道α-GPC水平。L. mucosae丰度与肠道α-GPC水平呈强正相关。有趣的是，研究人员发现大肠杆菌（Escherichia coli）与α-GPC呈负相关，而活L. mucosae治疗抑制了HPD小鼠中升高的大肠杆菌丰度。此外，α-GPC的下游代谢物胆碱的肠道水平在LM治疗的小鼠中也较高。这些结果将肠道α-GPC的恢复确定为L. mucosae治疗的关键代谢结果，并将该代谢物定位为关键的下游介质。
α-GPC缓解HPD并重塑肠道-口腔微环境
给HPD小鼠灌胃α-GPC以评估其治疗效果。α-GPC显著减少了牙槽骨丧失并改善了骨微结构。在牙槽骨中，成骨标志物上调，而促破骨和促炎标志物下调。免疫荧光染色显示，α-GPC组牙槽骨中RUNX2和Osterix表达增强，同时RANKL、NLRP3和IL-1β表达降低。此外，α-GPC治疗后观察到更少的破骨细胞。α-GPC的影响延伸至微生物生态系统。在口腔中，补充α-GPC导致变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度显著降低，使得变形菌门/厚壁菌门（P/F）比率低于HPD小鼠。这种整体微生物结构的改变显著改变了α多样性。在肠道中，α-GPC治疗与有益细菌（如Akkermansia muciniphila、毛螺菌科细菌等）的更高丰度相关。在全身层面，α-GPC控制了体重，降低了TG，减少了脂肪滴，并减轻了肝脏脂肪变性。全身脂肪的显微CT分析显示，α-GPC治疗组小鼠的体脂百分比更低。这些发现表明，α-GPC是介导L. mucosae治疗益处的关键下游效应物。
α-GPC通过上调CLDN1表达保护牙周组织
对牙周组织的蛋白质组学分析鉴定出α-GPC组和HPD组之间有332种差异表达蛋白。在蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络中，研究人员将紧密连接蛋白Claudin-1（CLDN1）确定为一个具有最高连接度的关键枢纽蛋白。考虑到其在维持上皮屏障完整性中的重要作用，研究人员研究了CLDN1作为牙周炎症的潜在介质。随后的验证证实，CLDN1表达在α-GPC治疗小鼠的牙龈上皮中显著上调。在α-GPC治疗组中，局部炎症环境向促修复状态转变，促炎标志物CD86减少，而抗炎和组织修复标志物（包括CD206、精氨酸酶1（Arg1）和白细胞介素-10（IL-10））增加。相关信号通路分析显示，磷酸化Smad1/5/9（p-Smad1/5/9）和β-连环蛋白（β-catenin）上调，而磷酸化核因子κB（p-NF-κB）下调。免疫荧光分析证实了这些发现，显示α-GPC组CD206表达升高，CD86表达降低。这些数据共同表明了一种保护机制，即α-GPC通过上调CLDN1来加强牙周上皮屏障，进而抑制局部炎症并促进促修复的微环境。
讨论
高脂血症与牙周炎之间的联系通常归因于全身性低度炎症。本研究通过证明肠道菌群失调是通过"肠道-口腔轴"协调这种相互作用的关键介质，推进了这一范式。粪菌移植结果提供了这一轴心的直接因果证据，表明HPD相关的肠道微生物组足以传递严重的、促吸收的牙周表型。L. mucosae的耗竭是HPD的一个微生物特征。其保护作用显然是代谢驱动的，活菌的效果优于热灭活菌。一个关键的机制问题是，不产生α-GPC的L. mucosae如何提高其肠道水平。数据指向一个由微生物拮抗作用介导的间接机制。L. mucosae可能通过抑制α-GPC消耗性病原体（如大肠杆菌）的生长来重塑失调的肠道环境，从而减少α-GPC的整体酶促降解，保存宿主的内源性池，并增强其吸收和全身作用的生物利用度。α-GPC作为结构性磷脂、神经递质乙酰胆碱的前体，并通过向宿主和微生物群提供胆碱而表现出益生元样活性。本研究提供的证据表明，肠道来源的α-GPC的缺乏促进了疾病进展。口服补充α-GPC通过抑制炎症和促进牙周组织骨稳态逆转了疾病表型。研究人员在功能上建立了α-GPC与牙周CLDN1表达之间的联系。蛋白质组学分析令人信服地将CLDN1确定为显著上调的枢纽蛋白，这一发现意味着上皮屏障完整性的恢复。CLDN1的功能不仅仅是结构成分，而是紧密连接（TJ）复合物的主要调节器。因此，观察到的CLDN1上调应被解释为一个中心事件，它引发了整个TJ蛋白网络的级联稳定效应。上皮屏障的这种加强启动了一个组织修复的良性循环。通过增强CLDN1表达，α-GPC减少了微生物配体（如LPS）的流入，从而防止了关键促炎通路（如NF-κB和NLRP3炎症小体）的激活。这直接解释了观察到的分解代谢细胞因子（如IL-1β、TNF-α）的减少以及向抗炎微环境的转变。至关重要的是，抑制炎症信号，特别是通过NF-κB，缓解了其已知的对成骨通路（如Wnt/β-catenin和SMAD）的拮抗作用。这使得成骨转录因子（如RUNX2和Osterix）的活性增强，最终将RANKL/OPG比率转向骨形成。这种恢复的局部稳态反过来可能建立一个负反馈循环，使牙周环境不利于在患病牙周袋中繁殖的厌氧病原体，这可能解释了α-GPC治疗后观察到的口腔微生物群的变化。
结论
本研究在HPD中定义了一个保护性的"L. mucosae–α-GPC–CLDN1"调节轴，将临床多组学与功能性动物模型相结合。这项工作为"肠道-口腔轴"提供了一个坚实的机制框架，展示了在全身代谢疾病的背景下，肠道来源的微生物和代谢信号如何决定远端部位的炎症结果。在临床上，这些发现表明，针对该通路的干预措施，例如补充L. mucosae或α-GPC，代表了治疗HPD的有希望且具有针对性的治疗策略，为牙周病学的精准医学提供了新途径。
