韩国患者种植体周炎生物膜的微生物组与功能特征研究

《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：Peri-implantitis biofilm from explanted implants in Korean patients: microbial and functional profiling

本研究通过16S rRNA测序技术，首次系统分析韩国人群种植体周炎（Peri-implantitis） explanted种植体表面生物膜的微生物组成及功能特征。研究发现除经典牙周病原体（如Porphyromonas gingivalis）外，硫酸盐还原菌（Desulfobulbus/Desulfovibrio）及新兴病原体（如[Eubacterium] nodatum group）显著富集，功能预测显示氨基酸降解、硫代谢和LPS生物合成通路激活。研究为揭示种植体周炎病因提供了新视角，并提示潜在生物标志物。

　　

引言

种植体周炎是一种累及种植体周围组织的炎症性疾病，其核心病因被证实与微生物生物膜的形成密切相关。尽管既往研究多通过种植体周袋取样分析微生物组成，但直接附着于explanted种植体表面的生物膜研究仍较缺乏。本研究创新性地从韩国Apple Tree口腔生物库获取样本，对比种植体周炎组（n=19）与健康对照组（n=22）的微生物群落差异，并利用PICRUSt2预测功能通路，旨在深入解析种植体周炎的微生物病因学机制。

材料与方法

研究样本包括因种植体周炎取出的种植体表面生物膜及健康人群天然牙龈下菌斑。通过Illumina MiSeq平台对16S rRNA基因V3-V4区测序，使用DADA2流程生成ASV，并通过SILVA数据库进行物种注释。Alpha和Beta多样性分析分别采用Simpson指数、PD whole tree和Bray-Curtis距离的PCoA分析。功能预测基于PICRUSt2工具，差异分析均经过FDR校正。

结果

Alpha多样性分析

种植体周炎组的系统发育多样性（PD whole tree）显著高于健康组（p<0.0001），但Simpson指数显示健康组群落均匀度更高（p=0.0086），表明种植体周炎群落虽物种进化距离大，但优势菌更突出。

Beta多样性分析

PCoA显示两组群落结构显著分离（PERMANOVA: R2=0.596, p=0.001），表明疾病状态是驱动微生物组成差异的主因。

微生物组成差异

在属水平上，种植体周炎组中Porphyromonas、Treponema、Tannerella等经典病原体显著富集，同时硫酸盐还原菌Desulfobulbus和Desulfovibrio，以及新兴病原体如[Eubacterium] nodatum group、Pyramidobacter等均显著增加。健康组则以Corynebacterium、Neisseria等共生菌为主。物种级分析进一步验证Porphyromonas gingivalis（Log2FC≈8）、Filifactor alocis等病原体在疾病组中高表达。

功能预测分析

PICRUSt2预测显示，种植体周炎组中硫代谢、铁获取、LPS生物合成和氨基酸降解通路显著激活，而健康组碳水化合物代谢通路更活跃。具体如甘氨酸甜菜碱降解、L-谷氨酸发酵等途径在疾病组中上调，提示微生物群落可能通过蛋白降解和毒性代谢物（如H₂S）促进组织破坏。

讨论与展望

本研究首次在韩国人群中揭示种植体周炎生物膜中硫酸盐还原菌及新兴病原体的关键作用，其功能特征暗示了以蛋白降解和厌氧代谢为核心的致病模式。尽管存在样本基质差异（钛种植体vs.天然牙）及人口学混杂因素等局限，但通过非吸烟者亚组分析仍验证了疾病相关菌群失调的稳定性。未来需结合宏转录组学验证功能预测，并探索针对硫酸盐还原菌的靶向治疗策略。

结论

种植体周炎生物膜具有独特的微生物组成和功能特征，硫酸盐还原菌及新兴病原体的富集与其发病机制密切关联。研究成果为开发基于微生物标志物的诊断工具及新型疗法提供了理论依据。