人类口腔微生物群失调可能是勃起功能障碍的一种新型非侵入性指标

《Journal of Dental Sciences》：Human oral microbiota dysbiosis may be a novel non-invasive indicator of erectile dysfunction

本研究探讨口腔微生物群失调与勃起功能障碍（ED）的关联，通过16S rRNA测序发现两组在α/β多样性及菌群组成（如变形菌门、放线菌门等）存在显著差异，并构建了基于机器学习的预测模型，其中LGBM模型表现最优（AUC 0.711），提示口腔菌群可能作为非侵入性生物标志物用于ED风险评估。

　　### 口腔微生物群与勃起功能障碍（ED）的关系研究

勃起功能障碍（Erectile Dysfunction, ED）是一种常见的男性性功能障碍，其影响不仅限于个人健康，还可能对伴侣关系和整体生活质量造成显著影响。ED的发病率在全球范围内呈上升趋势，其病因复杂，涉及心理、生理、内分泌及代谢等多个层面。尽管目前已有多种治疗方法，但缺乏特异性生物标志物仍然是临床诊断和治疗的瓶颈。近年来，随着对微生物群与人类健康之间关系的深入研究，越来越多的证据表明，肠道微生物群在ED的发生和发展中扮演重要角色。然而，关于口腔微生物群与ED的关联，仍缺乏系统性的研究。因此，本研究旨在探讨口腔微生物群与ED之间的潜在联系，并尝试识别一种非侵入性的生物标志物，为ED的诊断和治疗提供新的思路。

#### 口腔微生物群的组成与功能

口腔是人体最大的微生物栖息地之一，仅次于肠道。口腔微生物群由多种微生物组成，包括细菌、真菌和病毒，其中细菌是最主要的组成部分。这些微生物在维持口腔健康以及整体健康中发挥着关键作用。口腔微生物群的失衡，即所谓的“菌群失调”，可能引发一系列疾病，如牙周病、心血管疾病、代谢综合征等。这些疾病与ED的发病机制存在一定的重叠，例如内皮功能障碍和慢性炎症，这提示口腔微生物群可能在ED的病理过程中起到重要作用。

研究发现，口腔微生物群的组成和功能在健康个体和ED患者之间存在显著差异。在系统层面，这种差异可能通过多种机制影响男性性功能。例如，某些细菌可能通过促进动脉粥样硬化、诱发炎症反应或干扰神经系统功能，从而间接导致ED的发生。此外，口腔微生物群的改变还可能通过影响心理状态，如焦虑和抑郁，进一步加剧ED的症状。

#### 研究方法与数据采集

为了探讨口腔微生物群与ED之间的关系，研究团队招募了74名确诊为ED的男性患者和38名具有正常性功能的男性作为对照组。所有参与者均签署了知情同意书，并通过电子病历和问卷调查收集了他们的基本资料和临床数据。为了评估焦虑和抑郁水平，研究使用了贝克抑郁量表（BDI）和贝克焦虑量表（BAI）。同时，通过匹兹堡睡眠质量指数（PSQI）评估睡眠质量，使用国际勃起功能指数-5（IIEF-5）来衡量性功能状况。IIEF-5得分小于等于21的个体被定义为ED患者，而得分高于21的个体则为正常性功能者。

在样本采集过程中，参与者在采样前24小时内避免刷牙，以减少对口腔微生物群的干扰。采样时间通常安排在早晨，参与者需保持空腹状态，并用清水漱口。随后，使用无菌拭子对口腔左侧和右侧进行采样，确保拭子头与颊内侧充分接触。拭子在采样后被放入低温保存管中，并标记后暂时存放在-20°C环境中，之后转移至-80°C进行长期保存。

样本中的DNA提取采用CTAB方法，该方法适用于微量样本，能够有效分离出大多数细菌的DNA。提取后的DNA通过聚合酶链反应（PCR）进行扩增，使用通用引物341F和805R对16S rRNA基因进行测序。通过分析这些数据，研究团队能够评估口腔微生物群的多样性及组成差异。

#### 数据分析与结果

在分析口腔微生物群的多样性时，研究采用了α-多样性（反映群体内部的物种多样性）和β-多样性（反映群体间的物种组成差异）两种指标。结果显示，ED组与对照组在α-多样性上存在显著差异，具体表现为Chao1指数、Goods覆盖率指数、观察到的OTUs指数和Shannon指数均显著降低。这些指标的变化提示，ED患者的口腔微生物群可能在物种丰富度和均匀性方面存在失衡。

β-多样性分析进一步揭示了两组之间微生物组成的显著差异。通过主坐标分析（PCoA）和PERMANOVA检验，研究团队发现ED组与对照组的微生物群落结构存在明显差异。此外，使用LEfSe算法分析不同微生物的丰度差异，发现某些细菌在ED组中显著富集，而另一些则在对照组中更为常见。例如，Campylobacter在ED组中的相对丰度显著高于对照组，而Lactobacillus、Bifidobacterium等有益菌在对照组中更为丰富。这些发现表明，口腔微生物群的失衡可能与ED的发生存在密切联系。

#### 临床指标与口腔微生物群的相关性

为了进一步探讨口腔微生物群与ED的潜在关系，研究团队分析了口腔微生物群与多种临床指标之间的相关性。结果显示，口腔微生物群的某些组成与血清中的炎症因子（如IL-1β、IL-6、TNF-α）以及代谢产物（如TMAO）存在显著相关性。例如，ED组的血清TMAO水平显著高于对照组，而TMAO与ED的严重程度密切相关。同时，口腔微生物群的某些组成（如Campylobacter）与焦虑和抑郁评分（BDI、BAI）以及睡眠质量评分（PSQI）存在正相关，而Lactobacillus和Bifidobacterium则与这些评分呈负相关。这表明，口腔微生物群的改变可能通过影响心理状态和炎症水平，间接导致ED的发生和发展。

#### 机器学习模型的构建与评估

基于上述发现，研究团队构建了十种机器学习预测模型，旨在利用口腔微生物群数据预测ED的发生风险。这些模型包括AdaBoost、CatBoost、GBDT、KNN、LGBM、LR、NB、RF、SVM和XGBoost。通过Boruta算法进行特征选择，最终确定了20种关键菌属作为建模变量。所有模型均在训练集（占数据的70%）和测试集（占数据的30%）上进行了五折交叉验证，以确保模型的稳定性和可靠性。

在评估模型的预测性能时，研究团队使用了多种指标，包括AUC（受试者工作特征曲线下的面积）、准确率、灵敏度、特异性、正预测值（PPV）、负预测值（NPV）和F1分数。结果显示，尽管LGBM模型的AUC略低于LR模型（0.711 vs. 0.726），但其在准确率、灵敏度、特异性及F1分数上均表现最佳。具体而言，LGBM模型的准确率为0.733，灵敏度为0.784，特异性为0.636，F1分数为0.795。相比之下，其他模型如CatBoost、NB和RF的AUC均高于0.7，但在其他指标上表现稍逊。因此，LGBM模型被认为是当前研究中最具预测价值的模型。

#### 讨论与机制探讨

研究结果表明，口腔微生物群的失衡可能通过多种机制影响ED的发生和发展。首先，口腔微生物群的改变可能导致内皮功能障碍，而内皮功能障碍是ED的重要病理基础。内皮细胞能够产生一氧化氮（NO），NO在维持阴茎勃起过程中起着关键作用。然而，当内皮功能受损时，NO的合成和释放可能受到抑制，导致血管功能异常，从而影响勃起功能。

其次，口腔微生物群的失衡可能促进动脉粥样硬化的形成。牙周病等口腔疾病与高胆固醇血症、低密度脂蛋白升高密切相关，而这些代谢异常与ED的发病机制存在重叠。研究发现，牙周病相关细菌（如Campylobacter）可能通过影响免疫系统和炎症反应，间接导致ED的发生。例如，Campylobacter的丰度增加与血清中的IL-1β、IL-6和TNF-α水平升高呈正相关，而这些炎症因子在ED患者中普遍较高。

此外，口腔微生物群的失衡可能通过影响心理状态，如焦虑和抑郁，进一步加剧ED的症状。研究发现，ED患者的焦虑和抑郁评分显著高于对照组，而这些心理状态与口腔微生物群的组成存在相关性。例如，Lactobacillus和Bifidobacterium的丰度在对照组中较高，而这些有益菌能够通过抑制促炎因子（如IL-6）和促进抗炎因子的产生，改善心理状态和睡眠质量。因此，口腔微生物群的调节可能成为改善ED相关心理症状的重要手段。

#### 研究的意义与未来展望

本研究首次系统探讨了口腔微生物群与ED之间的潜在联系，并构建了基于口腔微生物群数据的机器学习预测模型。这些模型的建立为ED的早期诊断和个性化治疗提供了新的思路。相比于肠道微生物群，口腔微生物群更容易通过日常护理和干预手段进行调节，因此，通过改善口腔卫生或补充益生菌，可能成为预防和治疗ED的新策略。

然而，本研究仍存在一定的局限性。首先，研究设计为回顾性研究，样本量相对较小，可能影响结果的普适性。其次，目前关于口腔微生物群与男性性功能障碍的研究仍较为有限，缺乏大规模、多中心的前瞻性研究支持。因此，未来需要进一步扩大样本量，并结合更广泛的临床数据，以验证口腔微生物群在ED中的作用机制。

#### 结论

综上所述，口腔微生物群的失衡可能通过多种机制与ED的发生和发展密切相关。这些机制包括内皮功能障碍、动脉粥样硬化的促进、炎症反应的诱导以及对心理和睡眠状态的影响。基于口腔微生物群数据的机器学习模型为ED的诊断和治疗提供了新的工具，而通过改善口腔微生物群，可能成为一种有效的非侵入性干预手段。未来的研究应进一步探索口腔微生物群与ED之间的具体作用机制，并开展更大规模的临床试验，以验证这一发现的临床价值。