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附言
信
追踪体内人类口腔微生物群的积累，阐明了胃肠道入口的微生物群落动态
  1. 金丰王1，
  2. 甄贾1，2，
  3. Bing张1，
  4. Lei彭3.，
  5. Fangqing赵1，2，4
  1. 1计算基因组学实验室，中国科学院北京生命科学研究院，北京,中国
  2. 2中国科学院大学，北京,中国
  3. 3.首都医科大学附属北京友谊医院，北京,中国
  4. 4中国科学院动物进化与遗传学卓越研究中心，昆明,中国
  1. 对应到赵方清教授，中国科学院北京生命科学研究院计算基因组学实验室，北京100101;zhfq在}{biols.ac.cn

http://dx.doi.org/10.1136/gutjnl-2019-318977

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    我们怀着极大的兴趣读了盖瑟的文章等1口腔细菌类群在胰腺癌中的富集突出了口腔微生物群的作用。并非巧合，的存在梭菌属nucleatum在结直肠癌患者的配对唾液和结肠样本中，2 3提高了人们对疾病是始于口腔还是始于肠道的兴趣。4 - 6人们对口腔微生物感兴趣的另一个原因是它们可以作为全身性疾病的生物标志物。3月7

    在这项研究中，我们研究了崩溃的细菌群落在遭受干扰时能恢复到初始状态的时间，以及口腔微生物是否有足够的稳健性作为生物标志物。我们纵向追踪了口腔生物膜在临床结垢后的重组过程。在11个时间点从9名受试者收集成对的唾液和牙菌斑样本(图1一个和在线补充图S1)．对169份样品的16S rRNA V3-V4区进行扩增和测序，并利用QIIME对产生的reads进行分析。10

    Longitudinal dynamics of in vivo human oral microbiota. (A) Overview of the study design and sample collection. (B) The alpha diversity of the dental plaque and salivary microbiota over time. The shadow around the line shows a 95% CI. (C) The Bray-Curtis distance calculated at the operational taxonomic unit (OTU) level across individual microbiota of the same time point. (D–E) The Bray-Curtis distance between microbiota of each time point and pre. Significance was measured using Wilcoxon rank-sum test (0.01>p>0.001, **; 0.05>p>0.01, *; p>0.05, ns). (F) The principal component (PC) analysis of dental plaque and saliva microbiota at each time point. The circle shows a 10% CI. (G–H) Tracing the source of OTUs in each time point. The dental plaque and saliva samples of the former time point were taken as potential sources of the latter time point. The bands of each colour indicate the top 100 most abundant OTUs. Green, brown and grey bands represent the sources of dental plaque, salivary and unknown, respectively. (I–J) The temporal changes of bacterial abundance at the phylum level.
    " data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图1
    图1

    纵向动力学在活的有机体内人类口腔微生物群。(A)研究设计和样本收集概述。(B)牙菌斑和唾液微生物群随时间变化的α多样性。线周围的阴影显示了95%的CI。(C)在操作分类单元(OTU)水平上计算的同一时间点单个微生物群的Bray-Curtis距离。(D-E)各时间点微生物区系与的Bray-Curtis距离精准医疗．采用Wilcoxon秩和检验(0.01>p>0.001， **;0.05 > p > 0.01 *;ns, p > 0.05)。(F)每个时间点牙菌斑和唾液菌群的主成分(PC)分析。圆形表示10%的CI。(G-H)追踪每个时间点OTUs的来源。以前一个时间点的牙菌斑和唾液样本作为后一个时间点的潜在来源。每种颜色的条带表示最丰富的100个OTUs。绿色、棕色和灰色带分别代表牙菌斑、唾液和未知来源。 (I–J) The temporal changes of bacterial abundance at the phylum level.

    牙菌斑破坏后，其微生物多样性随时间明显波动。相比之下，唾液样本变化不大，同一时间点个体之间的差异相对较小(图1 b和在线补充图S2)．同样，牙菌斑在第3天出现波谷，不同个体之间的Bray-Curtis差异最小(图1 c)．在缩放前的时间点(精准医疗)和极早期(0-4小时)，斑块样本之间的差异明显大于自由漂浮的唾液。与原始生物膜的最大群落距离出现在结垢后的7小时至3天之间，而不是0-4小时之间(图1 d)．7 d前菌斑菌群有显著差异精准医疗(Wilcoxon秩和检验，p<0.05)，而唾液菌群在整个研究过程中保持不变(图1 e)．

    非加权主成分分析清楚地说明了斑块菌群与原始状态有较大偏离的动态过程(精准医疗)， 1天后生物膜解构，3天后重建，随着时间的推移逐渐恢复到原始的完整形态(图1 f)．相比之下，唾液样本的时间变化不明显。为了跟踪微生物的补充过程，前一个时间点的菌斑和唾液样本可以作为预测后一个时间点微生物操作分类单元起源的潜在来源。我们发现从唾液到菌斑的微生物转移主要发生在1 ~ 3天之间(图1 g-h)．在7小时至3天的时间点，几乎所有的细菌门都处于最高或最低丰度(图1我)．然而，唾液中的细菌丰度仅在特定时间点略有波动，然后恢复到原始水平(图1 j)．

    牙菌斑纵向梯度样本分为三组，分别代表口腔生物膜的早期、中期和成熟阶段(图2一个)．在比较每个时间点时精准医疗(Wilcoxon检验，假发现率校正，p<0.05)，各期显著变化属的变化模式不同。早期恢复的细菌代表了第一批快速反馈的殖民者;中期发生重大变化的细菌为次生定殖体，与初级定殖体相互作用，为后继细菌奠定基础;而在三个阶段中持续繁殖但最后没有完全恢复的细菌是长期变化的成员(在线补充图S3而且图2 b)．在共现网络分析中，中期发生显著变化的细菌的边数最多，且正相关(r≥0.7,p≤0.05)，表明它们可能在牙齿生物膜的发展中发挥关键作用(图2 c)．

    Microbial taxonomy and interaction of oral biofilms over time. (A) Clustering of the dental plaque microbiota at the genus level. (B) Significantly different genera of each time point compared with the time point pre. Wilcoxon rank-sum test with false discovery rate correction, p≤0.01. (C) Co-occurrence network of the significantly different genera. The thresholds of SparCC correlations were r≥0.7 and p≤0.05. The blue, pink and green lines represent the connection of two genera in the early phase (0 hour, 1 hour, 4 hours, 7 hours), the medium phase (1 day, 3 days, 7 days) and the late phase (2 weeks, 1 month, 3 months, pre), respectively. The dotted and solid lines indicate negative correlation and positive correlation, respectively. The thickness of the line is proportional to the value of correlation. The size of the nodes is proportional to their relative abundance, and the number marked on each node represents the degree of this node.
    " data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图2
    图2

    口腔生物膜随时间的微生物分类和相互作用。(A)牙菌斑微生物群在属水平的聚类。(B)各时间点的属数与时间点相比有显著差异精准医疗．Wilcoxon秩和检验，误发现率校正，p≤0.01。(C)显著不同属的共现网络。SparCC相关性阈值r≥0.7,p≤0.05。蓝色、粉色和绿色线分别代表两个属在早期(0小时、1小时、4小时、7小时)、中期(1天、3天、7天)和晚期(2周、1个月、3个月)的连接。精准医疗),分别。虚线和实线分别表示负相关和正相关。线的粗细与相关值成正比。节点的大小与其相对丰度成正比，每个节点上标记的数字表示该节点的程度。

    口腔作为微生物向下传播到胃肠道的通道和源头，处于至关重要的地位。我们的研究揭示了口腔微生物群在强烈扰动后的恢复和长期稳定性，并确定了最显著的群落变化和结构恢复的关键时间点和阶段。这些发现提示，在考虑使用口腔细菌作为生物标志物预测消化系统疾病时，应考虑收集时间和部位。这项研究为评估口腔细菌是否适合疾病预测提供了机会，并促进了非侵入性诊断技术的发展。

    致谢

    感谢Yifei Zhang和Haibo Zhang的采样协助，感谢受试者为本研究提供标本。

    参考文献

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    脚注

    • JW, ZJ和BZ贡献相同。

    • 贡献者FZ构思了这项研究。FZ和JW设计了研究并准备了手稿。JW, ZJ和LP收集样品并进行实验。JW, ZJ, BZ和FZ分析了数据。所有作者都同意了手稿的最终版本。

    • 资金国家自然科学基金项目(31722031,31670119,31870107)、国家重点研发计划项目(2016YFC1200804)和中国科学院重点科研计划项目(KFZD-SW-219)资助。

    • 相互竞争的利益没有宣布。

    • 伦理批准北京友谊医院(2017-p 178-02)。

    • 出处和同行评审不是委托;外部同行评审。

    • 患者发表同意书不是必需的。