腸道菌群失調(diào)與口腔疾病研究概述
——以兒童齲齒為例

翟敏

深圳市光明區(qū)婦幼保健院口腔科，深圳 518107

中國第四次口腔健康流行病學調(diào)查報告結果顯示，在我國3～5 歲兒童的患齲率約占一半以上，且患齲率與發(fā)病年齡呈正比［1］。兒童齲齒具有發(fā)展快、侵蝕廣、發(fā)病初期癥狀不明顯等特點，嚴重影響咀嚼功能，造成恒牙排列不整齊，還可嚴重妨礙患兒身心健康和生長發(fā)育［2-3］?；谝陨显?，對待齲病的宗旨是預防大于治療，而預防應從齲齒的發(fā)病機制入手，一般來說，齲齒的發(fā)生必須滿足細菌（bacteria）、宿主（host）、食物（food）和時間（time）4 個基本條件［4］。然而目前對于齲齒發(fā)病機制的研究，主要集中在口腔菌群對齲齒發(fā)生發(fā)展的影響，很少有研究關注腸道菌群失調(diào)和兒童齲齒之間的聯(lián)系。眾所周知，人體內(nèi)和體表的微生物數(shù)量眾多。為了表征人類微生物群落，第一階段人類微生物組項目（human microbiome project，HMP）已于2007 年啟動，該項目分析了300 名健康成年人的微生物群落［5-6］。隨著HMP的完成，人們對微生物與人類健康的關系也取得了新的突破性的認識，“微生物組”的新時代已經(jīng)開始［7］。腸道和口腔微生物群是人體中最大的兩個微生物生態(tài)系統(tǒng)［8］?？谇缓湍c道既有物理聯(lián)系，也有化學聯(lián)系。有研究顯示：腸道菌群失調(diào)兒童的齲齒發(fā)生率顯著高于胃腸道健康兒童。腸道菌群失調(diào)主要指腸道優(yōu)勢菌群如雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌菌落豐度失衡，雙歧桿菌作為重要的腸道益生菌主要參與微量元素（如鐵、鋅、鈣等）和維生素D的生物合成［9］。維生素A、維生素C、維生素D 以及鈣、磷、鐵等離子的缺乏與兒童齲齒發(fā)生密切相關［10］。其中，鈣離子、磷離子以及維生素D 參與牙體硬組織的發(fā)育形成和礦化。目前，有關腸道菌群失調(diào)與口腔疾病及兒童齲齒發(fā)生之間因果關系的研究相對較少［10］。故本文通過查閱PubMed、中國知網(wǎng)、萬方等數(shù)據(jù)庫，重點介紹口腔-腸道微生物軸及其對口腔疾病，特別是對兒童齲齒的影響，從而為臨床中口腔疾病和兒童齲齒的診斷、治療和預防提供理論依據(jù)。

腸道微生物和口腔微生物的組成

1、腸道微生物組成

腸道是人體中最大、特征最明確的微生物生態(tài)系統(tǒng)，包含500～1 000 種微生物類型［11］。腸道微生物群，主要是厭氧菌，由5 個主要菌門組成——擬桿菌門、厚壁菌門、放線菌門、變形菌門和疣微菌門，但以擬桿菌門和厚壁菌門兩個門為主，占腸道菌群的90%以上［12］。在屬水平上，擬桿菌屬最為豐富［13］。眾所周知，人類腸道微生物群在生命早期就建立起來，后續(xù)會隨著年齡和環(huán)境（如飲食和營養(yǎng)）而改變，類似于人類口腔微生物群的變化規(guī)律［13］。因此，口腔和腸道微生物群直接反映了宿主的健康狀況。雖然腸道與口腔持續(xù)相連，但由于口腔-腸道屏障的存在，口腔和腸道微生物分布得到很好的隔離。口腔-腸道屏障可歸因于胃中胃酸和十二指腸中膽汁酸的分泌［14］。膽汁酸可導致腸道細菌膜DNA 完整性受損，充當了口腔和腸道之間有效的天然屏障［15］。因此，胃酸和膽汁酸也是造成腸道和口腔微生物獨特模式的原因之一。

2、口腔微生物組成

根據(jù)人類口腔微生物組數(shù)據(jù)庫（HOMD，www.homd.org）資料顯示，人體口腔存在大約700 種微生物?？谇恢械墓采T主要包含厚壁菌門、變形菌門、擬桿菌門、放線菌門、梭桿菌門和奈瑟菌門等［16］?？谇挥袔追N不同的微生物棲息地，包括頰黏膜、齦下菌斑、齦上菌斑、角化牙齦、硬腭、唾液、扁桃體、舌頭和喉嚨［17］。健康人群的口腔均攜帶鏈球菌屬、雙菌屬、韋榮菌屬、嗜血桿菌屬、奈瑟菌屬、卟啉單胞菌屬、梭桿菌屬、放線菌屬和普氏菌屬等微生物菌屬［18］。根據(jù)口腔pH 值、鹽度、氧化還原電位、氧氣和營養(yǎng)等影響因素，口腔生態(tài)位可分為以下3 個不同的亞組：頰黏膜、角化牙齦和硬腭微生物群；唾液、舌頭、扁桃體微生物群；喉嚨及齦下和齦上菌斑微生物群［19］。

腸道微生物和口腔微生物的生理功能

1、腸道微生物群的生理功能

人類腸道微生物組可以根據(jù)健康狀況、環(huán)境因素、遺傳學甚至生活方式而發(fā)生改變［20］。宏基因組分析表明，腸道微生物可以調(diào)節(jié)代謝途徑，例如碳代謝和氨基酸合成［21］。微生物由于具有保守的分子基序，稱為微生物相關分子模式（microbial-associated molecular patterns，MAMPs）和病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），可被宿主模式識別受體（pattern recognition receptors，PRR）例如 Toll 樣受體進行識別［22］。這種微生物與宿主的相互作用可以刺激人體的免疫系統(tǒng)和炎性反應過程［23］。這意味著腸道菌群可以調(diào)節(jié)人體的中樞生物功能、新陳代謝和免疫反應，因此腸道菌群失調(diào)與多種人類疾病有關［24］。

2、口腔微生物的生理功能

雖然口腔是人體第二大微生物棲息地，但就目前的研究而言還不足以完全理解口腔微生物組對人類健康的影響。毫無疑問，口腔微生物組與牙齒健康直接相關［24］。口腔疾病中存在一些公認的病原體，例如與齲齒相關的變形鏈球菌和與牙周炎相關的牙齦卟啉單胞菌［25］。關于齲齒，目前最被接受的理論之一為“生態(tài)斑塊假說”（圖1）。這一假設指出，頻繁的糖攝入促使共生細菌適應口腔酸性的微環(huán)境，同時有利于酸性菌物種（如鏈球菌屬、乳酸桿菌屬和放線菌屬）的富集，同時抑制在中性pH 值下生長的有益微生物［26］?？谇晃⑸锊粌H影響牙齒健康，同時也可以影響全身健康狀況［27］。流行病學和和實驗研究發(fā)現(xiàn)，口腔微生物生態(tài)失調(diào)與一些系統(tǒng)性疾病密切相關，包括阿爾茨海默病、糖尿病和心血管疾病等［27］。在阿爾茨海默病患者中發(fā)現(xiàn)，莫拉菌屬、細毛菌屬和球毛菌屬豐度升高［28］。與健康人群相比，1型糖尿病患者口腔微生物中放線菌門和厚壁菌門豐度升高［28］。此外，據(jù)報道，在動脈粥樣硬化患者的口腔微生物群中，厭氧球菌屬顯著富集［29］。在牙周炎患者中，其標志性病原體牙齦卟啉單胞菌的富集可引起局部和全身慢性炎癥［30］。此外，口腔生態(tài)失調(diào)可誘導PAMPs 信號的產(chǎn)生，從而導致先天免疫反應和炎癥轉錄因子引發(fā)的的全身性刺激反應［31］。值得注意的是，口腔微生物群可以轉移到其他器官，這被認為是口腔生態(tài)失調(diào)引起的全身性疾病的一種機制［32］。例如，口腔病原體牙齦卟啉單胞菌在阿爾茨海默病患者的腦組織中已檢測到［33］?？谇徊≡w直接轉移至大腦可通過誘導神經(jīng)炎癥和神經(jīng)退行性病變而加重阿爾茨海默?。?4］。此外，在冠狀動脈疾病患者的動脈粥樣硬化斑塊中也檢測到許多口腔共生菌，進一步表明口腔細菌可能易位至遠端器官［35］。由于物理和化學聯(lián)系，口腔微生物向胃腸道系統(tǒng)遷移的頻率更高，在某些致病條件下，一些口腔細菌類群在胰腺和腸道中定植并富集，表明口腔和腸道微生物群之間存在直接的相互作用［36］。

圖1 口腔微生物失調(diào)與齲齒

口腔-腸道微生物軸

1、口腔-腸道微生物易位

由于存在口腔-腸道屏障、物理距離以及化學障礙（如胃酸和膽汁），口腔和腸道微生物群被很好地隔離［37］。然而，當口腔-腸道屏障受到損害時可導致微生物群在不同器官間發(fā)生易位。雙歧桿菌是兒童腸道中最豐富的細菌類型［38］。有趣的是，兒童口腔中也檢測到腸道常駐的雙歧桿菌［39］。同樣，與健康成年人相比，老年人口腔中也存在諸如卟啉單胞菌屬、梭桿菌屬和假桿菌屬等腸道微生物群［40］。此外，低胃酸濃度可使口腔微生物群向腸道微生物群易位，進一步證明在口腔-腸道屏障功能障礙的情況下口腔微生物群可易位至腸道［41］。有研究者也通過無菌鼠進行糞菌移植實驗證明口腔微生物群可以易位至腸道［42］?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明口腔微生物在某些情況下可以克服口腔和腸道之間的物理和化學屏障轉移到腸道中。例如，在炎癥性腸病患者的腸道黏膜中發(fā)現(xiàn)了顯著富集的嗜血桿菌和韋榮氏菌，同時它們也是常見的口腔共生菌［43］。在結腸癌患者中，他們的腸道微生物群中也檢測到了梭桿菌等口腔微生物［44］。這意味著口腔微生物群可以侵入并定植在腸道黏膜中，并在黏膜穩(wěn)態(tài)被破壞的條件下成為機會性病原體。

這種口-糞傳播不僅僅是在病理或屏障破壞狀態(tài)下發(fā)生，在生理條件下同樣也可發(fā)生。HMP 將機體微生物群劃分為不同部位的類群，口腔和腸道微生物組類型顯示出強烈的相互關聯(lián)，有研究分析了470 個健康個體口腔和糞便微生物組中的310 個微生物群，而唾液和糞便樣本中普遍存在125 個微生物類群，包括鏈球菌、韋榮氏菌、放線菌和嗜血桿菌菌株等［45］。綜上所述，即使在健康狀態(tài)下，口腔微生物群也可以比預期更廣泛地轉移到腸道中，從而引發(fā)一系列生理和病理過程。

2、腸道-口腔微生物易位

腸道微生物可以通過糞-口途徑直接接觸或通過受污染的液體和食物間接接觸而傳播［46］。人體手部微生物群譜與口腔和腸道微生物組模式高度重疊，這表明手部可能是糞口微生物傳播的主要載體［47］。此外，免疫功能低下的個體也容易受到糞口傳播的影響?？谇恍l(wèi)生條件差也會進一步加劇糞口傳播［48］。因此，不良的衛(wèi)生條件或免疫功能低下都可能促進微生物群的糞口傳播。盡管需要進一步研究以了解糞口傳播在口腔和腸道微生物群中的作用，但令人信服的是，口腔和腸道微生物群通過口腔到腸道和腸道到口腔的途徑密切相關。 口腔-腸道微生物和腸道-口腔微生物這種雙向相互作用可以重塑兩個棲息地的微生物生態(tài)系統(tǒng)，最終調(diào)節(jié)機體生理和病理過程，統(tǒng)稱為“口腔-腸道微生物軸”（圖 2）［49］。

圖2 口腔-腸道微生物軸

腸道菌群生態(tài)失調(diào)與兒童齲齒關系概述

1、宏基因組學在口腔和腸道微生物研究中的應用

人體和動物口腔中寄居著種類豐富的微生物類群，之前人們對口腔和腸道微生物的研究大多局限于單純的細菌培養(yǎng)來進行分離純化和鑒定，由于培養(yǎng)技術受到局限，很大一部分微生物很難或根本不能通過體外培養(yǎng)進行分離純化和鑒定，而宏基因組學恰恰打破了這一局限性，幫助研究者發(fā)掘更為豐富的口腔和腸道微生物資源［50］。近年來，以宏基因組測序為基礎的研究描繪出了口腔和腸道生態(tài)系統(tǒng)的圖譜，越來越多的研究表明腸道微生物在各種口腔疾病甚至全身系統(tǒng)性疾病中具有舉足輕重的作用，這也為基于人類微生物組的診斷和治療提供了新思路、開辟了新的途徑［51］。宏基因組學是研究人類腸道和口腔疾病乃至全身疾病相關微生物的強有力的工具，不僅有廣闊的發(fā)展空間，同時也討論了宏基因組學在應用中有待克服的局限性，為臨床治療相關疾病提供理論依據(jù)［52］。

2、腸道菌群與兒童齲齒的關系

目前認為變異鏈球菌、乳桿菌和放線菌與齲病的發(fā)生和發(fā)展密切相關，但是腸道微生物在齲病發(fā)生發(fā)展過程中的具體機制仍不明確［53］。有研究者通過持續(xù)飼喂Keyes 2000 高糖飼料和口腔涂布變異鏈球60 d 構建幼齡SD 大鼠齲齒模型；并使用頭孢曲松鈉藥物溶液灌胃構建幼齡SD 大鼠腸道菌群失調(diào)模型，以此來分析大鼠腸道菌群失調(diào)是否會加快SD 大鼠齲齒的進展速度，以及是否會影響與口腔免疫功能相關的唾液分泌性免疫球蛋白A（secreted immunoglobulin A，sIgA）的濃度［54］。造模成功后，對SD大鼠糞便行16S rRNA測序，同時采集SD大鼠唾液通過ELISA法測定各組唾液中sIgA 的濃度，并取頜骨段進行Keyes 齲齒評分。

研究者接著對某市幼兒園內(nèi)約1 000 名3～5 歲兒童進行口腔流行病學調(diào)查，詳細記錄每名兒童的性別、年齡和乳牙齲失補指數(shù)（dmft指數(shù)）［54］。根據(jù)齲失補指數(shù)將符合納入標準的兒童分為無齲齒組（dmft=0）及高齲組（dmft ≥10），從兩組中隨機抽取25 名兒童搜集糞便和唾液進行16S rRNA測序和唾液sIgA 濃度測定，并經(jīng)過生物信息學分析和數(shù)理統(tǒng)計，分別在門、屬、種水平上發(fā)現(xiàn)相對豐度具有顯著差異的微生物菌群。通過兩組間Studentt-test 統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，無齲齒組中Eubacterium（真桿菌屬）等菌群豐度高于高齲組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；無齲齒組中Parasutterella（副沙門氏菌）、Christensenellaceae（克里斯滕森菌）菌群豐度低于高齲組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）；無齲齒組中Bacteroides cellulosilyticus（纖維素類擬桿菌）菌群豐度高于高齲組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；無齲齒組中Streptococcus mutans（變異鏈球菌）、Bacteroides vulgatus（共生假單胞菌）、Streptococcus anginosus（咽峽炎鏈球菌）菌群豐度低于高齲組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）。同時，動物腸道菌群失調(diào)間接導致其唾液sIgA濃度的降低。由此表明，腸道菌群失調(diào)會加快大鼠的齲齒惡化速度，且二者呈正相關，這可能與腸道中雙歧桿菌屬含量的降低有關。同樣，低齡兒童齲齒會引發(fā)其某些腸道菌群如Streptococcus mutans（變異鏈球菌）、Bacteroides vulgatus（共生假單胞菌）以及Streptococcus anginosus（咽峽炎鏈球菌）豐度升高。

總結和展望

目前，關于腸道菌群與口腔疾病及兒童齲齒發(fā)生發(fā)展關系的研究，仍是起步階段。動物腸道菌群的組成與多樣性與地域、年齡、家庭狀況，飲食結構等因素均有密切關系［55］。腸道微生物會隨著個體年齡的變化而變化，但個體內(nèi)的核心微生物群一般不會發(fā)生明顯改變［56］?？谇慌c腸道作為人體微生物寄居的兩大棲息地，已被研究者證實存在一定的聯(lián)系，且具有致病共性。但目前通過數(shù)據(jù)庫可搜索到的關于腸道菌群與兒童齲齒之間關系的相關研究相對較少，且僅局限于對現(xiàn)象的描述，未深入探究其詳細機制。此外，益生菌的防齲齒作用與益生菌可改善腸道菌群失調(diào)的現(xiàn)象也間接說明，腸道菌群失調(diào)與口腔疾病及兒童齲齒之間可能存在一定聯(lián)系。本文通過查閱PubMed、中國知網(wǎng)、萬方等數(shù)據(jù)庫，重點介紹口腔-腸道微生物串擾在口腔疾病及兒童齲齒中的作用，為后續(xù)通過操縱腸道微生物治療口腔疾病和兒童齲齒提供理論依據(jù)。