综述：口咽微生态与阻塞性睡眠呼吸暂停综合征之间的遗传预测联系：拓展病因学视角

《Journal of Oral Microbiology》：Genetic predictive links between oropharyngeal microecology and obstructive sleep apnea syndrome: expanding the perspective of etiology

　　

摘要
背景 阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）是一个全球性公共卫生问题，与口咽微生物群相关，但观察性研究无法确认其因果关系。
目的 探讨口咽微生态与OSAS之间潜在的因果关系。
方法 与口咽微生物组和该疾病相关的数据来自中国核苷酸序列档案（CNSA）和全基因组关联研究（GWAS）。此外，研究人员筛选了合格的单核苷酸多态性（SNP）作为工具变量。采用Wald比和逆方差加权（IVW）等方法进行两样本孟德尔随机化（MR）双向分析。通过MR-Egger截距判断水平多效性，并通过“留一法”和Cochran's Q评估进行敏感性分析。
结果 口咽特定菌株丰度的干扰（总体而言，厚壁菌门/拟杆菌门比例↑）增加了OSAS风险，例如链球菌（Streptococcus）mgs 2253增加（OR=4.280）和普雷沃菌（Prevotella）mgs 3161减少（OR=0.218）。相反，OSAS也影响了一些口咽微生物的丰度，例如乳糖奈瑟菌（Neisseria lactamica）mgs 343减少和Pauljensenia mgs 2308增加。
结论 本研究强调了口咽微生态与OSAS之间的因果关系，拓展了新的病因机制，并为OSAS的预防和治疗提供了潜在的新策略。

引言
阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）影响全球约10亿人，主要由睡眠期间上气道反复塌陷引起，导致呼吸中断、间歇性缺氧、交感神经活性增加、睡眠碎片化及生理稳态紊乱。其病因涉及颅面解剖改变、扁桃体肥大、上气道水肿、气道肌肉张力降低及肥胖等多因素，但上气道直径和体积是关键直接决定因素，而潜在机制尚不完全清楚。近年来，人类微生物组被视为预防和治疗慢性疾病、促进健康长寿的靶点。既往研究显示OSAS和高原缺氧与口咽微生物组变化相关，如OSAS患者厚壁菌门（Firmicutes）丰度增加、拟杆菌门（Bacteroidetes）及Rikenellaceae减少，动物模型粪便样本中厚壁菌/拟杆菌（F/B）比值升高，提示肠道微生态失衡。然而，这些研究仅描述关联，未能推断因果关系。随机对照试验（RCT）作为因果推断金标准，但受伦理、周期和成本限制。孟德尔随机化（MR）利用遗传变异作为工具变量（IVs），可评估暴露对结局的因果效应，克服观察性研究的混杂和反向因果问题。本研究采用MR分析深入探讨口咽微生物组与OSAS的因果联系，识别特定致病或保护性细菌类群，为OSAS病因及发病机制提供新的遗传证据。

材料与方法
设计方案：本研究为双向MR分析，以口咽微生物组为暴露、OSAS为结局。工具变量选择遵循三个原则：相关性假设（IVs与暴露强相关）、独立性假设（IVs不通过混杂因素影响结局）、排他性假设（IVs仅通过暴露影响结局）。严格筛选单核苷酸多态性（SNP）作为IVs，阈值设为p<1×10^-5，去除连锁不平衡（r²=0.001，遗传距离=10000 kb），保留F统计量>10的SNP，并去除吸烟、饮酒、肥胖等潜在混杂因素（p<5×10^-5）。反向分析IVs筛选方法相同。
数据来源：口咽微生物组数据来自中国核苷酸序列档案（CNSA），包含2017份舌背和口咽拭子样本（1915名中国个体）。OSAS相关SNP数据来自GWAS数据集ebi-a-GCST90018696，包括473例病例和177864例对照，总SNP数12454637个。两个数据集研究对象均为东亚人群，无性别限制。
统计处理：使用R 4.2.1两样本MR软件，以p<0.05为统计显著性。主要采用逆方差加权（IVW）法和Wald比法，MR-Egger等为补充方法。单个SNP效应采用Wald比法计算，结果以比值比（OR）及95%置信区间（CI）表示。通过MR-Egger截距项判断水平多效性（截距接近0或p>0.05表示无多效性）。采用Cochran's Q统计量评估异质性（p>0.05无异质性）。绘制漏斗图观察SNP分布对称性，并通过“留一法”进行敏感性分析。为避免多重检验假阳性，进行错误发现率（FDR）校正，P_FDR<0.1视为统计显著，p<0.05且P_FDR≥0.1视为潜在关联。

结果
口咽微生物组MR分析：共纳入1082个口咽微生物类群（10门、15纲、30目、52科、199属），筛选出5384个SNP，所有F统计量>10。
正向关联（口咽微生物组对OSAS）：采用IVW和Wald比法，结果显示：厚壁菌门中，链球菌（Streptococcus）mgs 2821（OR=0.342，p=0.007）、链球菌mgs 988（OR=0.226，p=0.032）和Gemella mgs 2318（OR=0.419，p=0.018）与OSAS风险负相关；颗粒链球菌（Granulicatella）mgs 1782（OR=5.306，p=0.010）、链球菌mgs 1535（OR=2.895，p=0.020）、链球菌mgs 2253（OR=4.280，p=0.046）、Solobacterium mgs 2820（OR=3.817，p=0.023）、Solobacterium mgs 2241（OR=3.370，p=0.035）和Centipeda infelix mgs 582（OR=4.733，p=0.028）与OSAS风险正相关。拟杆菌门中，Prevotella multisaccharivorax mgs 669（OR=0.373，p=0.010）、普雷沃菌（Prevotella）mgs 3161（OR=0.218，p=0.018）、普雷沃菌mgs 1437（OR=0.226，p=0.021）、Weeksellaceae unclassified mgs 3040（OR=0.234，p=0.025）和Weeksellaceae unclassified mgs 791（OR=0.253，p=0.025）与OSAS负相关；Prevotella denticola mgs 3531（OR=5.077，p=0.027）可能增加风险。变形菌门中，嗜血杆菌（Haemophilus）mgs 1265（OR=4.837，p=0.036）增加风险，而Saccharimonadaceae和奈瑟菌科（Neisseriaceae）多种菌及Kingella kingae mgs 3078降低风险（OR<1，p<0.05）。螺旋体门中，密螺旋体（Treponema）C mgs 1992和Treponema A（属水平）为风险因素。梭杆菌门中，链杆菌（Streptobacillus）mgs 588和具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）mgs 3334为保护因素。放线菌门中，所有三种菌均增加风险。总体而言，厚壁菌门多数种类丰度增加升高OSAS风险，拟杆菌门最显著种类降低风险，但FDR校正后P_FDR>0.1，提示为潜在关联。散点图显示对于≥2个SNP的菌株，各方法回归线斜率基本一致，但链球菌mgs 2821和Gemella mgs 2318的MR-Egger与IVW效应方向不一致，排除后续讨论。敏感性分析显示无显著异质性（Q_IVW p>0.05）、无水平多效性（Egger截距p>0.05），漏斗图对称，留一法分析表明结果稳定。
反向关联（OSAS对口咽微生物组）：OSAS作为暴露时，大多数正向关联菌株的反向关联无统计学意义（p>0.05）。但OSAS与乳糖奈瑟菌（N. lactamica）mgs 343丰度负相关（OR=0.994，95%CI: 0.989–0.999），与Pauljensenia mgs 2308丰度正相关（OR=1.006，95%CI: 1.002–1.011），均p<0.05。森林图和散点图支持反向因果效应。敏感性分析显示无显著异质性（Q p>0.05）、无水平多效性（截距p>0.05），漏斗图对称，留一法分析表明整体估计稳健（除rs73894526可能影响Pauljensenia关联的持续性，但整体估计仍在一侧）。

讨论
口咽微生物组通过多种机制影响健康：细菌及其代谢物可穿透黏膜屏障进入血液；脂多糖（LPS）等毒素促进炎症因子释放，维持低度炎症并激活凝血级联，损害心血管健康；一氧化氮和前列腺素等炎症介质导致软组织水肿、降低上气道肌肉张力，如一氧化氮通过可溶性鸟苷酸环化酶-蛋白激酶G（sGC-PKG）通路损害肌肉收缩力。炎症刺激改变巨噬细胞极化状态，神经肌肉回路中的巨噬细胞可通过释放谷氨酸影响神经活动和肌肉收缩。氧化应激与炎症相互促进，消耗抗氧化能力，而维持高还原能力（如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）支持肌肉力量。口咽与肠道通过口-肠轴相互连接，口咽微生物可经血液或唾液吞咽转移至肠道，共同调节宿主免疫或诱发疾病。例如，口咽具核梭杆菌升高与口腔-肠道菌群失调相关，可加重糖尿病心肌缺血再灌注损伤。OSAS相关的缺氧可降低肠道物种多样性，上调代谢通路基因丰度。此外，喉咽反流（LPR）在OSAS患者中更常见，酸反流改变口咽微环境，影响pH、黏膜完整性、局部免疫和微生物组成。长期高碳水化合物摄入可导致体重增加，增加腹内压和反流机会，同时促进链球菌科等耐酸菌增殖，破坏口咽微生态平衡。传统OSAS病理生理机制包括上气道解剖狭窄、异常唤醒阈值、咽部扩张器反应性降低及通气控制不稳定，微生物入侵神经组织可能影响呼吸控制，局部炎症、水肿和肌肉功能损伤进一步促进OSAS发展。既往研究提示肺炎链球菌、流感嗜血杆菌等定植与喘息、哮喘和慢性鼻窦炎相关，表明微生物介导的免疫调节可影响气道稳态和OSAS风险。
本研究中，厚壁菌门某些链球菌科释放M蛋白等毒力因子触发炎症，但唾液链球菌可能有益，产生果糖苷酶抑制病原体。Solobacterium丰度增加与结直肠癌相关，经NF-κB介导的促炎髓系细胞浸润，也与口臭相关。Centipeda ferment sugars酸化环境，常在牙周炎患者牙周袋中增殖。拟杆菌门普雷沃菌在稳态下消化多糖产生短链脂肪酸（SCFAs）等有益代谢物，但在失调条件下可经花生四烯酸通路导致牙周炎和类风湿关节炎。草药吸入疗法后Weeksellaceae减少与白细胞浸润减少和微生物丰富度改善相关。变形菌门中，Saccharimonadaceae丰度减少可加重肠道纤维化，致病性嗜血杆菌通过上调IL-1β和IL-8诱导类固醇抵抗性气道炎症。奈瑟菌属通常与感染性心内膜炎相关，但本研究中奈瑟菌sicca丰度与OSAS风险负相关，因其可激活炎症小体介导的细胞焦亡，同时下调NF-κB和IL-6 mRNA抑制炎症反应。Kingella是挑剔的革兰阴性共生菌，特定菌株mgs 3078可能通过竞争性排斥病原体发挥保护作用。密螺旋体（螺旋体门）为风险因素，其外膜蛋白调控中性粒细胞趋化，在牙周炎个体龈下微生物群中富集。梭杆菌门中，某些种类（如mgs 2195）为风险因素，但其他种类呈负相关，可能反映遗传多样性和前噬菌体效应。放线菌门中，Rothia是条件致病菌，与萎缩性舌炎和囊性纤维化相关；Pauljensenia与先兆子痫相关，可能通过调节鼠李糖途径刺激炎症和免疫反应。
反向关联方面，OSAS以慢性间歇性缺氧（CIH）为特征，可能导致低氧和微酸性环境，影响奈瑟菌（需氧、最适pH 7.4–7.6）的丰度。乳糖奈瑟菌是共生菌，可诱导针对致病性奈瑟菌的天然免疫，OSAS对其丰度的负向影响可能形成恶性循环。Pauljensenia是厌氧菌，可代谢精氨酸，常存在于感染部位，与肥胖相关细菌有定植促进互作，OSAS患者的缺氧和肥胖可能与其丰度增加有关。另一MR分析显示Pauljensenia与支气管炎发病率降低相关，提示其作用复杂。现有临床研究也支持二者相互作用：持续气道正压通气（CPAP）治疗可改变口咽微环境，减少厌氧菌丰度，稳定微生物群落；OSAS患者唾液分泌减少，口干症状导致微生物变化；上气道手术改变局部解剖和组织愈合，影响微生物组成，如腺样体扁桃体切除术后普雷沃菌sp_HMT_396丰度急剧下降。
与既往研究一致，本结果显示OSAS患者中普雷沃菌和拟杆菌减少、链球菌增加，厚壁菌/拟杆菌（F/B）比值升高与OSAS风险增加相关。F/B比值升高也见于衰老、肥胖、糖尿病、男性和高原人群，而OSAS本身与这些因素密切相关。F/B比值升高限制微生物多样性，代表体内微生态失衡。这种微生态变化可能部分与SCFAs有关。F/B比值与SCFA产量大致呈负相关。OSAS患者产SCFA细菌减少，补充乙酸盐可减轻模型中的肠道炎症和高血压。SCFAs（如乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐）增强上皮屏障完整性、减少黏膜炎症、调节肠神经和免疫反应。丁酸盐通过上皮和免疫细胞发挥抗炎作用，改善胰岛素敏感性，影响肠-脑沟通，调节迷走神经活性，保护多巴胺能神经元。OSAS涉及慢性炎症，SCFAs可抑制NF-κB和氧化应激。丁酸盐缺乏与肌少症和肠道微生物丰富度降低相关。日本老龄化队列显示增加SCFA摄入可降低老年人肌力丧失风险。特定产SCFA菌如罗斯氏菌（Roseburia）和粪杆菌（Faecalibacterium）在肌少症中减少，Christensenellaceae和Barnesiellaceae在衰弱中耗竭，前者产丁酸盐/乙酸盐并与普雷沃菌和Akkermansia互作，发挥益生作用改善微生物群落结构。益生菌诱导的SCFA升高可改善大鼠胰岛素敏感性和肌肉质量。因此，SCFAs可能通过抗炎、改善代谢和神经肌肉机制保护OSAS。
此外，微生物组与呼吸和神经功能联系日益明确。无菌小鼠表现出睡眠异常，失眠患者粪便移植给小鼠可重现睡眠紊乱，且微生物代谢物丁酸盐可通过调节下丘脑外侧区食欲素神经元活性促进睡眠。OSAS患者脑脊液中食欲素水平升高，食欲素神经元调节觉醒、摄食和能量平衡，慢性激活促进失眠和肥胖。近期贝叶斯网络meta分析提示多菌株益生菌可能改善BMI、血脂、调节瘦素和高敏CRP，表明益生菌通过调节肠道菌群帮助管理体重和代谢问题。多数OSAS患者伴有瘦素抵抗，因此探索微生物-代谢物-免疫通路在调节失眠和OSAS相关代谢紊乱中的因果作用合理可行。

局限性
本MR分析使用东亚人群数据集，增强了对该人群的相关性，但限制了普适性。OSAS发病率和表型特征在不同地理区域存在差异，颅面形态、肥胖率、生活方式、饮食和环境暴露等因素可能影响OSAS病理生理和微生物组组成，因此结果不可直接推广到其他地区。年龄分层微生物数据不可用，但基于文献讨论了衰老影响。受连锁不平衡条件和菌株精细分类（种水平）限制，部分菌株IVs仅包含单个SNP，需采用Wald比法，降低了混杂干扰但可能忽视多效性，且综合分析能力减弱、敏感性不足。尽管在种水平揭示了多种菌与OSAS的因果关联，但FDR校正（P_FDR>0.1）提示允许极低的假阳性率，需谨慎解释。统计工具可能未完全消除水平异质性。喉咽反流（LPR）作为潜在偏倚，可能影响口咽微生物组与OSAS的关联，MR虽减少混杂，但食管反流相关机制仍可能塑造微生物生态系统，未来应将其作为可能的生物介质进一步探讨。尽管存在上述局限，但不足以否定新病因视角的重要价值，应倡导和规划多中心、多民族、多统计方法的未来研究。

结论
本研究提示口咽特定菌群紊乱可导致或加重OSAS。OSAS的发生发展可能与口咽微生物组失调引起的炎症反应和短链脂肪酸等代谢异常有关。宿主-微生物组共进化与互作在维持和改善健康中起关键作用。超越既往相关性证据，本遗传方法进一步证明了口咽微生物组与OSAS的因果关系，强调了纠正口咽微生态紊乱对改善睡眠健康、降低相关疾病风险的重要性。因此，检测口咽微生物组并应用益生菌维持口咽微生态稳定，可能成为丰富和优化OSAS个体化预防与治疗的潜在新策略。