探索口腔微生物组多样性及菌属特征与非侵入性代谢新指标浙江大学指数(ZJU Index)的相关性：一项横断面研究

《The Saudi Dental Journal》：Exploring the oral microbiome diversity and genus signatures associated with a novel non-invasive metabolic indicator: a cross-sectional study

　　

目的：探讨口腔微生物组α多样性和β多样性及菌属组成与浙江大学指数(Zhejiang University Index, ZJU Index)及临床生化标志物之间的关联。方法：研究人员纳入美国国家健康与营养检查调查(National Health and Nutrition Examination Survey, NHANES)中2,490例合格受试者。口腔微生物组α多样性采用Observed ASVs(扩增子序列变异体数)、Faith's Phylogenetic Diversity(系统发育多样性)、Shannon–Wiener指数及Inverse Simpson指数评估；菌属水平相对丰度经中心对数比(centered log-ratio, CLR)转换以消除组成性约束。采用加权Logistic回归模型分析相关性；β多样性差异通过主坐标分析(Principal Coordinate Analysis, PCoA)及置换多元方差分析(Permutational Multivariate Analysis of Variance, PERMANOVA)评估。结果：30–44岁男性中α多样性指标Faith's Phylogenetic Diversity与ZJU Index呈正相关(未校正：β＝0.05，95% CI：0.006～0.094，p＝0.033；模型1：β＝0.058，95% CI：0.011～0.104，p＝0.026；模型2：β＝0.076，95% CI：0.032～0.120，p＝0.005；模型3：β＝0.081，95% CI：0.035～0.128，p＝0.008)；60–69岁女性中Observed ASVs(β＝1.242，95% CI：0.345～2.139，p＝0.042)及Faith's Phylogenetic Diversity(β＝0.097，95% CI：0.025～0.168，p＝0.045)与ZJU Index呈正相关。ZJU Index分层亚组间β多样性(Aitchison距离、Bray–Curtis相异度、加权及非加权UniFrac距离)差异具统计学意义(p＜0.05)，年龄与性别分层分析验证该结果。菌属Bulleidia、Senegalimassilia、Fretibacterium及Hungatella与ZJU Index及临床标志物(甘油三酯Triglycerides, TG；低密度脂蛋白Low-Density Lipoprotein, LDL；高密度脂蛋白High-Density Lipoprotein, HDL；胰岛素Insulin；睾酮Testosterone)显著相关。结论：特定人群中较高口腔微生物组α多样性与较高ZJU Index相关；β多样性分析显示ZJU Index定义亚组间口腔微生物群落组成存在差异；鉴定出与ZJU Index及临床代谢、生殖标志物显著相关的特定菌属。

论文解读：口腔微生物组多样性及菌属特征与浙江大学指数(ZJU Index)关联的横断面研究

研究背景与立题依据

口腔是人体内微生物多样性最高的生态系统之一，口腔微生物组(oral microbiome)不仅参与局部牙周疾病发生，还通过微生物移位、代谢产物及炎症介质影响全身代谢与系统性健康，如非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)、2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)、心血管疾病及生殖功能障碍等。浙江大学指数(Zhejiang University Index, ZJU Index)是由体质指数(Body Mass Index, BMI)、空腹血糖(fasting plasma glucose, FPG)、甘油三酯(triglycerides, TG)、丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase, ALT)与天冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase, AST)组成的简易非侵入性复合代谢指标，最初用于NAFLD筛查，近期研究提示其与糖尿病、高血压、肌少症及育龄女性不孕风险相关，但其与口腔微生物组的关系尚未见报道。鉴于口腔微生物组可反映宿主全身代谢状态，研究人员假设口腔微生物群落多样性及特定菌属丰度与ZJU Index及其所代表的代谢健康存在特异性关联，故开展此项基于人群的横断面研究，以明确其相关性并识别潜在口腔微生物特征性菌属签名(genus signatures)。本文发表于The Saudi Dental Journal。

主要研究方法概述

研究人员使用美国国家健康与营养检查调查(NHANES) 2009–2010及2011–2012周期数据，初筛20,293人，排除无口腔微生物数据、协变量缺失及ZJU Index计算所需实验室数据缺失者，最终纳入2,490例30–69岁受试者。口腔漱洗液经16S rRNA基因测序得到扩增子序列变异体(amplicon sequence variants, ASVs)及属水平相对丰度。α多样性计算包括Observed ASVs、Faith's Phylogenetic Diversity、Shannon–Wiener指数及Inverse Simpson指数，序列抽平至10,000条取10次均值；β多样性采用基于CLR转换的Aitchison距离、Bray–Curtis相异度、非加权及加权UniFrac距离，PCoA可视化，PERMANOVA检验组间差异。ZJU Index计算公式为：ZJU Index = BMI(kg/m²) + TG(mmol/L) + FPG(mmol/L) + ALT(IU/L)/AST(IU/L) × 3（女性额外＋2）。菌属相对丰度经CLR转换后，采用加权复杂抽样调查广义线性模型，按 progressively校正协变量（人口学特征、生活方式、合并症、总能量摄入、牙周炎）的3个模型分析菌属与ZJU Index及临床生化标志物（TG、LDL-C、HDL-C、胰岛素、睾酮）的关联，并按年龄（30–44、45–59、60–69岁）与性别分层分析。统计学显著性设为双侧p＜0.05。

研究结果

3.1 基线特征(Baseline characteristics)

研究人员将受试者按ZJU Index临床截断值分为四组（Z1＜32，Z2≥32且＜38，Z3≥38且＜44，Z4≥44）。结果显示ZJU Index越高组别年龄偏大，高血压、糖尿病及牙周炎患病率显著升高(p＜0.001)，但四组间各α多样性指标中位数差异无统计学意义。

3.2 α多样性与ZJU Index的关联(Association between alpha diversity and the ZJU Index)

经年龄与性别分层加权回归发现，30–44岁男性中Faith's Phylogenetic Diversity与ZJU Index在所有模型（未校正及模型1–3）中均呈显著正相关(β范围0.050～0.081，p≤0.033～0.008)；60–69岁女性中Observed ASVs及Faith's Phylogenetic Diversity在模型3中分别与ZJU Index呈显著正相关(β＝1.242，p＝0.042；β＝0.097，p＝0.045)。全人群及其他年龄—性别亚组未见显著关联。

3.3 ZJU Index分层亚组间β多样性比较(Comparison of beta diversity in ZJU index-defined subgroups)

PERMANOVA显示ZJU Index四分亚组间Aitchison距离差异有统计学意义(整体R²＝0.002，p＝0.001)，女性亚组及各年龄层均验证此差异(p≤0.033～0.001)。Bray–Curtis相异度(R²＝0.002，p＝0.001)、非加权UniFrac(R²＝0.002，p＝0.002)及加权UniFrac(R²＝0.002，p＝0.034)亦显示组间β多样性显著不同，提示不同代谢状态(ZJU Index分层)对应不同的口腔微生物群落组成结构。

3.4 菌属丰度与ZJU Index的关联(Association between genus abundance and the ZJU Index)

加权回归分析发现Bulleidia及Porphyromonas属丰度与ZJU Index呈显著正相关；Clostridium sensu stricto 1及Senegalimassilia属丰度与ZJU Index呈显著负相关。上述关联在部分年龄—性别分层中亦有体现，表明特定口腔菌属可能参与或反映宿主代谢状态改变。

3.5 菌属丰度与临床代谢及生殖标志物的关联(Association between genus abundance and clinical metabolic and reproductive biomarkers)

Fretibacterium及Parascardovia丰度与TG、LDL-C、胰岛素呈正相关，与HDL-C呈负相关；Lactobacillus及Bifidobacterium丰度与TG、胰岛素呈正相关，与HDL-C呈负相关。鉴于ZJU Index与女性生育力相关，研究人员进一步分析菌属与血清总睾酮关系，发现Hungatella丰度与男女两性睾酮均呈负相关，Coriobacteriaceae UCG?003与睾酮呈正相关。

讨论与结论总结

研究人员指出，本研究发现特定年龄段（30–44岁男性及60–69岁女性）口腔微生物组α多样性与代表代谢风险的ZJU Index呈正相关，可能与代谢失调早期或激素转变期口腔微生态适应性重构有关，并非传统"高多样性=更健康"的简单推论。β多样性在ZJU Index分层间存在显著差异但解释度较低(R²＝0.002～0.009)，说明口腔微生物组成还受饮食、口腔卫生、遗传等多因素影响。鉴定的显著相关菌属——Bulleidia（既往关联糖代谢受损及代谢性脂肪肝）、Porphyromonas（牙周炎核心致病菌，促全身炎症）、Clostridium sensu stricto 1及Senegalimassilia（潜在有益/降压相关）、Fretibacterium与Parascardovia（牙周炎及T2DM口腔特征）、Hungatella（与雄激素及多囊卵巢综合征相关菌群有关）——拓展了口腔菌属在代谢及生殖健康中的潜在指示作用。研究优势在于大样本全国代表性NHANES数据库、同时分析α/β多样性及菌属水平关联、多协变量校正；局限性包括横断面设计无法推断因果、16S rRNA测序仅至属水平、未校正多重比较、部分生活方式变量缺失致残余混杂可能。

结论(Conclusion)翻译：

本研究中，研究人员发现口腔微生物组多样性及菌属组成与反映全身代谢及生殖健康的ZJU Index及临床代谢和生殖生化标志物密切相关。具体而言，30–44岁男性及60–69岁女性中口腔微生物组α多样性与ZJU Index呈正相关；ZJU Index定义的亚组间β多样性存在显著差异，经年龄与性别分层分析证实；菌属水平分析鉴定出Bulleidia、Senegalimassilia、Fretibacterium及Hungatella与ZJU Index及临床代谢和生殖标志物显著相关。这些发现强调了口腔微生物组在全身代谢及生殖健康中的潜在作用，并提示ZJU Index除反映代谢状态外，还可能捕捉到更广泛的宿主整体生理状态信息。