《Journal of Oral Microbiology》:Supragingival Actinomyces naeslundii aggravates metabolic dysfunction-associated fatty liver disease via the oral–gut axis
编辑推荐:
本研究揭示了口腔菌群与代谢相关脂肪性肝病(MAFLD)的潜在关联。通过临床宏基因组测序,研究者发现MAFLD患者龈上菌斑微生物多样性降低、群落互作增强,并鉴定出Actinomyces naeslundii (A. naeslundii) 等7个潜在生物标志物。动物实验证实,A. naeslundii的口服定植可通过“口腔-肠道轴”破坏肠道菌群稳态、损伤肠道屏障,从而显著加剧高脂饮食诱导的小鼠MAFLD表型。该研究为理解MAFLD的病理机制及探索新的干预靶点提供了新视角。
背景
代谢相关脂肪性肝病(MAFLD)是全球最为流行的慢性肝病,目前缺乏有效的治疗方法。人体口腔是仅次于肠道的第二大多样性微生物群落栖息地,口腔菌群失调与多种代谢功能障碍密切相关。既往研究多聚焦于牙周致病菌(如Porphyromonas gingivalis)在MAFLD中的作用,而口腔常驻菌群,特别是龈上菌斑微生物在MAFLD中的角色尚不明确。本研究旨在系统描绘MAFLD患者特异性的口腔菌群特征,识别潜在的诊断性生物标志物,并探究关键菌种在疾病发生发展中的功能。
材料与方法
研究入组了21名MAFLD患者和20名健康对照者,收集其龈上菌斑样本进行宏基因组测序,以分析口腔微生物群的改变。通过生物信息学分析(包括多样性分析、LEfSe分析、随机森林模型和ROC曲线分析)鉴定潜在的口腔生物标志物。利用高脂饮食(HFD)喂养的C57BL/6J小鼠建立MAFLD模型,并通过口腔涂抹方式给予Actinomyces naeslundii (A. naeslundii) ATCC 19039菌株,以验证其在体内的致病作用。实验评估了小鼠的体重、肝脏和脂肪组织病理、血清生化指标、口服葡萄糖耐量(OGTT)以及肠道菌群(16S rRNA测序)和肠道紧密连接蛋白(Occludin, ZO-1, MUC-1等)的基因表达变化。
结果
1. MAFLD患者龈上菌群的改变
与健康个体相比,MAFLD患者的龈上微生物群落表现出显著的组成改变和更强的协同互作网络,尽管α多样性(Chao, Shannon, Simpson指数)无显著差异。β多样性(基于Bray–Curtis距离的主坐标分析PCoA)在两组间存在显著差异。在相对丰度最高的50个菌种中,A. naeslundii在MAFLD组中显著富集。共现网络分析显示,MAFLD组中微生物物种间的相关性更强,平均网络连接度更高,且5个厚壁菌门(Firmicutes)物种形成了一个协同网络。
2. MAFLD的龈上菌斑微生物标志物
通过线性判别分析效应量(LEfSe)和随机森林模型,研究者鉴定出7个能够有效区分MAFLD患者与健康对照者的口腔常驻菌种作为候选生物标志物。其中,A. naeslundii是唯一在MAFLD组中显著富集的菌种,而其他6个菌种(如Capnocytophaga sputigena, Cardiobacterium hominis等)则在健康组中富集。这7个标志物组合的ROC曲线下面积(AUC)达到了0.831,显示出极高的区分性能。值得注意的是,A. naeslundii的丰度与多项临床指标(总胆固醇TC、γ-谷氨酰转肽酶GGT、天冬氨酸氨基转移酶AST、丙氨酸氨基转移酶ALT、糖化血红蛋白HbA1c)呈显著正相关。
3. 龈上菌群的功能变化与跨界互作
KEGG功能注释分析发现,MAFLD组中“一碳池叶酸代谢”通路上调,而“碳代谢”、“磷酸戊糖途径”等通路下调。此外,研究还揭示了MAFLD患者龈上菌群中细菌-真菌跨界互作网络的改变。与健康组相比,MAFLD组的跨界网络拥有更多的核心节点和相关性连接边,表明其口腔微生态中存在更广泛和复杂的跨界菌群互作紊乱。A. naeslundii在MAFLD组中的跨界互作网络也显著扩张。
4. 口服A. naeslundii加剧小鼠MAFLD表型并破坏肠道稳态
动物实验证实了A. naeslundii的致病作用。与仅接受高脂饮食(HFD+Veh)的小鼠相比,高脂饮食联合口服A. naeslundii(HFD+An)的小鼠表现出更显著的体重增加、肝脏重量和脂肪指数升高、肝脏脂肪变性加重以及更严重的糖耐量受损。血清学检测也显示HFD+An组小鼠的高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)水平显著升高。
5. A. naeslundii通过口腔-肠道轴影响肠道
重要的是,研究发现了A. naeslundii通过口腔-肠道轴作用的证据。qPCR检测在小鼠粪便中检测到了A. naeslundii,提示该口腔细菌可能易位至肠道。16S rRNA测序分析显示,HFD+An组小鼠的肠道菌群β多样性发生显著改变,特定菌属(如norank_f__Anaerolineaceae)显著富集。同时,HFD+An组小鼠回肠组织中紧密连接蛋白Occludin、ZO-1和MUC-1的基因表达水平显著下调,表明肠道上皮屏障功能受损。
讨论
本研究系统揭示了MAFLD患者口腔菌群的结构与功能失调,首次明确了口腔常驻共生菌A. naeslundii在MAFLD进展中的潜在推动作用。MAFLD患者的口腔微生物群落表现出同质化、互作增强和跨界网络扩张等特点,反映了口腔微生态的失稳状态。A. naeslundii作为关键生物标志物,其富集程度与疾病严重程度正相关。体内实验不仅证实了其加剧肝脏脂肪变性和代谢紊乱的作用,更重要的是揭示了“口腔-肠道轴”可能是其发挥作用的关键途径:A. naeslundii从口腔易位至肠道,破坏肠道菌群平衡并损伤肠道屏障完整性,进而可能促进系统性炎症和代谢紊乱,最终加剧肝脏病变。这一发现将口腔健康与系统性代谢疾病更紧密地联系起来,提示维持口腔微生态平衡可能对MAFLD的防治具有新意义。未来研究需在更大样本中验证这些标志物,并深入揭示A. naeslundii影响肠道和肝脏的具体分子机制。
结论
本研究系统表征了MAFLD患者特异性的龈上菌群特征,发现其多样性、组成、功能和跨界互作网络均发生显著改变。研究成功鉴定出包括A. naeslundii在内的7个具有高诊断潜力的口腔微生物标志物。功能实验证实,口腔过量A. naeslundii可通过口腔-肠道轴破坏肠道微生态稳态,从而显著加剧高脂饮食诱导的小鼠MAFLD。该研究确立了口腔菌群失调与MAFLD之间的密切关联,为从口腔微生态角度探索MAFLD的发病机制、诊断和防治策略提供了新的科学依据。