《Journal of Oral Microbiology》：Association between diet quality and the oral microbiome in three US cohort studies
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本文通过整合三项大型美国队列（农业健康研究、NIH-AARP、PLCO癌症筛查试验）数据，首次系统性评估了健康饮食指数（HEI-2015）与口腔微生物组的关系。研究发现，总体饮食质量与微生物组结构关联较弱，但添加糖摄入是影响微生物多样性（如α多样性、β多样性）和特定菌属（如Porphyromonas、Bifidobacterium）最关键的饮食因素，提示减少添加糖可能是通过调节口腔微生态预防疾病的新靶点。
研究背景与目的
口腔微生物组是一个栖息在口腔中的细菌、真菌、病毒和其他微生物组成的多样化、动态的群落，在维持口腔和全身健康中可能发挥基础性作用。它参与消化、免疫调节和抵御病原体定植等关键功能。然而，特定的细菌或整体微生物组成失衡与多种疾病的发生有关，包括牙周病、心血管疾病、糖尿病，以及多种癌症。越来越多的证据将口腔微生物组的某些方面与更高的结直肠癌、肺癌、头颈癌风险联系起来。在多种可能影响口腔微生物组构成的因素中，饮食被认为是一个关键且可调节的决定因素。健康饮食指数（Healthy Eating Index, HEI）是一种用于评估对《美国膳食指南》遵循程度的饮食质量衡量工具。虽然饮食质量已被发现与口腔疾病相关，但饮食质量在多大程度上塑造口腔微生物组，以及哪些特定的膳食成分影响最大，仍有待充分阐明。本研究的目的，是利用三项美国前瞻性队列研究中嵌套的口腔微生物组研究数据，评估使用HEI衡量的饮食质量及其各成分与口腔微生物组的关联。
研究方法
本研究在农业健康研究（AHS）、NIH-AARP饮食与健康研究以及前列腺、肺、结直肠和卵巢（PLCO）癌症筛查试验这三项队列中，进行了一项关于口腔微生物组与八种癌症风险的巢式病例-队列研究。最终分析样本包括来自AHS队列的1,452名参与者、NIH-AARP队列的1,921名参与者和PLCO队列的2,173名参与者。
饮食摄入量使用针对美国人群验证的食物频率问卷（FFQ）进行评估。饮食质量使用HEI-2015进行量化，该指数包括13个成分，涵盖充足性成分（如总水果、全谷物、蔬菜等）和适度性成分（如精制谷物、钠、添加糖、饱和脂肪）。更高的总分（0-100分）表示更好的饮食质量。
实验室处理与生物信息学分析方面，从口腔漱洗样本的颊细胞沉淀中提取DNA，使用针对16S rRNA基因V4区域的条形码引物进行PCR扩增，并在Illumina MiSeq平台上进行测序。使用DADA2流程处理数据生成扩增子序列变体（ASVs），并使用SILVA数据库进行物种分类。计算了α多样性指标（如观测到的ASVs数、香农指数、Faith系统发育多样性）和β多样性指标（如Bray-Curtis相异度、未加权和加权UniFrac距离）。
统计分析中，使用加权PERMANOVA（FastAdonis）量化了β多样性矩阵中可由饮食等因素解释的变异比例。使用分层、加权、多变量线性回归模型分析HEI与α多样性的关联，并通过固定效应Meta分析合并各队列结果。在属水平上，针对不同流行度和丰度的菌属，分别采用了零膨胀负二项回归、二元逻辑回归和对数比转换（CLR）线性回归模型进行分析，并进行了错误发现率（FDR）校正。
研究结果
人群特征
参与者的特征在三项队列中存在差异。AHS的参与者在取样时平均年龄最轻（54.4岁），而NIH-AARP的参与者年龄最大（71.0岁）。平均饮食质量（HEI-2015得分）在NIH-AARP参与者中最高（68.8分），在AHS参与者中最低（61.4分）。
饮食等因素对β多样性变异的解释
在所有人口统计学、生活方式、饮食和HEI变量中，年龄解释了Bray-Curtis距离矩阵中最大的变异比例（1.38%），其次是吸烟状况（1.02%）、教育水平（0.53%）和HEI添加糖成分得分（0.31%）。对于未加权UniFrac，吸烟状况解释的变异最多（1.05%），年龄紧随其后（1.03%），HEI添加糖成分是变异性的第五大预测因子（0.41%），也是最强的饮食因素。然而，这些测量因素仅解释了β多样性的一小部分变异（例如，Bray-Curtis相异度矩阵的4.7%）。
HEI-2015与α多样性的关联
总HEI-2015得分每增加1分，与观测到的ASVs数量略微减少相关，但关联无统计学意义。在HEI各成分中，与α多样性的关联较少，但与总蛋白质食物、添加糖和饱和脂肪成分的关联被观察到。其中，添加糖的关联强度最大：HEI添加糖成分得分每增加1个单位（代表添加糖摄入减少），观测到的ASVs数量增加3.94个。当将添加糖建模为能量摄入百分比时，也观察到类似关联：添加糖能量占比每增加5%，与减少3.10个ASVs相关。其他α多样性指标（Faith's PD和香农指数）也普遍观察到类似的关联。
HEI-2015与属水平存在和相对丰度的关联
在属水平上，与总HEI-2015的关联非常少。对于HEI-2015各成分，检测到的大多数关联与添加糖成分有关，特别是在基于零膨胀负二项模型的零膨胀项和逻辑回归模型的属水平存在性方面。在零膨胀负二项模型中，添加糖与零膨胀项之间最强的关联是Mogibacterium、Parvimonas、[Eubacterium] nodatum group和Solobacterium。有趣的是，大多数较高的添加糖消费量（即较低的HEI添加糖成分得分）与检测到特定菌属的几率较低相关，包括牙周病原菌如Porphyromonas、Peptostreptococcus和Treponema 2。在负二项项中，多个HEI成分与Bergeyella的相对丰度存在关联。例如，总HEI-2015得分、全谷物和饱和脂肪与Bergeyella的相对丰度呈负相关，而总蛋白质食物与之呈正相关。对于添加糖，在负二项项中观察到的大多数关联也出现在与零膨胀项有显著关联的菌属上。例如，添加糖能量占比更高，检测到Porphyromonas的几率更低；而在可检测到Porphyromonas的个体中，添加糖能量占比每高5%，其相对丰度也较低。
在逻辑回归模型中，对于流行度在5-95%且加权平均相对丰度≤0.1%的菌属，HEI添加糖摄入成分与60个测试菌属中的22个存在关联。最强的关联出现在添加糖与Bifidobacterium存在之间：添加糖能量占比每增加5%，检测到Bifidobacterium的几率更高。相反，与其他显著相关的菌属（如Prevotella 2、Tannerella、Johnsonella和[Eubacterium] yurii group）的存在呈负相关。在线性回归模型中，对于加权流行度大于95%的菌属，添加糖能量占比与11个菌属的相对丰度呈正相关，包括Veillonella、Neisseria、Streptococcus和Fusobacterium。
讨论
在这项针对三个特征明确的美国队列的大型横断面分析中，我们调查了由HEI-2015衡量的饮食质量与口腔微生物组之间的关联。我们的研究结果表明，总体饮食质量通常与口腔微生物群落无关。然而，添加糖的摄入（饮食质量的一个关键组成部分）与多项口腔微生物多样性指标以及许多特定细菌属在所有三个队列中 consistently 相关。在所有测量的饮食因素中，发现添加糖摄入与细菌群落的整体结构（即β多样性）关联最强。此外，更高的添加糖消费量与更低的α多样性以及检测到Porphyromonas、Parvimonas和Tannerella等菌属的几率降低相关。相反，更高的添加糖消费量与检测到Bifidobacterium的几率更高相关。这些结果表明，添加糖消费很可能是影响成人口腔微生物群落的一个重要因素。
添加糖消费与口腔微生物组之间的关联是 plausible 的。糖消费长期以来一直与龋齿的发生有关，许多特定的口腔细菌也是如此。关于糖的喂养研究也证明了口腔微生物组的变化。一项系统评价发现，大多数研究也发现较高的糖消费与较低的α多样性相关。此外，还观察到许多细菌属和物种存在或相对丰度的差异，其中多项研究发现了与Streptococcus的关联。一项更新的研究表明，高糖消费可能通过改变Streptococcus、Neisseria、F0332、Veillonella和Actinomyces来影响唾液pH值。需要更多的研究来了解添加糖摄入如何影响口腔微生物群落，以及添加糖的来源或类型是否会对微生物组产生不同的影响。
本研究的优势包括大样本量、纳入三个不同的美国队列、使用相似且经过验证的FFQ以及一致的HEI评分方法、全面的微生物组分析以及严谨的统计模型。然而，也存在一些局限性。横断面设计无法确定饮食与口腔微生物组之间的时间关系。此外，FFQ固有的测量误差可能导致HEI-2015的错误分类。饮食摄入评估并非总是与口腔样本采集同步，特别是在NIH-AARP中，FFQ大约在样本采集前10年进行。使用16S rRNA基因测序和口腔漱洗样本限制了分类学分辨率和功能推断，并且可能产生与更有针对性的样本（如龈下菌斑）不同的结果。尽管我们纳入了三个不同的美国队列数据，但这些人群并不具有全国代表性。最后，尽管调整了多个混杂因素，但仍不能排除由未测量因素（如口腔卫生行为、牙周病等口腔状况或抗生素等药物使用）引起的残余混杂。
总之，我们的研究表明，虽然整体饮食质量与口腔微生物组的关联不强，但在三项美国队列研究中，添加糖的摄入 consistently 与口腔微生物多样性和特定的细菌分类群相关。这些发现突显了添加糖作为一个可调节的饮食因素，可能影响口腔微生物生态。未来的研究应评估添加糖消费的频率或时间是否会影响口腔微生物组的组成，以及添加糖摄入是否会与吸烟等其他重要的口腔微生物组决定因素相互作用。最后，需要进行纵向研究和机制研究，以阐明因果关系，并探索针对糖摄入的饮食干预是否可以有益地调节口腔微生物组，从而降低包括癌症在内的多种不良健康状况的风险。
