儿童牙氟中毒严重程度依赖的口腔微生物组与抗生素抗性改变

《Journal of Oral Microbiology》：Severity-dependent alterations in oral microbiota and antibiotic resistance in children with dental fluorosis

　　

背景：牙氟中毒是一种普遍的地方性病症，但其对儿童口腔微生物组结构及抗性的影响研究不足。目的：评估尿氟(UF)水平、细菌分类单元与抗生素抗性基因(ARGs)随牙氟中毒严重程度变化的微生物组成、多样性、功能通路及共现模式。设计：对96名学龄儿童牙菌斑进行宏基因组分析，按牙氟中毒严重程度分为正常、可疑、极轻、轻度、中度、重度组。结果：微生物多样性随牙氟中毒严重程度增加而增加。Actinomyces sp. HMT 175、Actinomyces oris、Corynebacterium matruchotii、Fusobacterium nucleatum与Rothia dentocariosa在中度与重度组显著富集。京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析显示中度与重度组碳水化合物代谢与遗传信息处理相关基因相对丰度降低。网络分析揭示Actinomyces sp. HMT 175、UF水平与GRD33_1（一种碳青霉烯类抗性基因）呈正相关。结论：这些发现凸显了严重程度依赖的口腔微生物组与抗性偏移，值得进一步探究氟化物公共卫生意义。

研究背景与立项依据

牙氟中毒（dental fluorosis）由牙齿发育关键期过量摄入氟化物引起，表现为釉质矿化不全、白垩斑、着色与表面多孔化，不可逆且影响儿童口腔与心理健康。氟化物经饮水等途径进入体内，除抑龋作用外，可通过表面机制抑制釉质脱矿、增强再矿化并抑制细菌酶活性，从而改变口腔微生物组与牙面组成。已有群体研究证实重度牙氟中毒青少年口腔菌群结构改变，饮水成分与菌群相关，但学龄儿童牙菌斑微生物组及抗生素抗性基因（ARGs）研究有限。金属（铜、锌）可协同选择ARGs，研究人员推测氟化物摄入同样可能塑造口腔微生物组抗性，故开展本研究。

研究概况与结论意义

研究人员在江苏徐州丰县两所小学（氟中毒村与非病区）招募118名≥8岁儿童，排除22名后纳入96名，按Dean分级分六组（正常19、可疑10、极轻16、轻度16、中度17、重度18）。收集随机尿样测UF（离子选择电极法），无菌刮取牙菌斑，宏基因组测序分析组成、多样性、KEGG功能与UF-菌-ARG共现网络。结果显示微生物α多样性随严重程度上升，Actinomyces sp. HMT 175等菌在中重度富集，KEGG中碳水与遗传信息处理基因下降，UF与Actinomyces sp. HMT 175及碳青霉烯ARG GRD33_1正相关。结论指出牙氟中毒严重程度依赖地改变口腔微生物组与抗性，提示需关注氟化物公共卫生内涵。论文发表于《Journal of Oral Microbiology》。

主要关键技术方法（≤250字）

研究人员建立跨病区学龄儿童牙菌斑样本队列（n=96，徐州丰县两校），配UF尿检与问卷；采用鸟枪法宏基因组测序（Illumina NovaSeq PE150），Trimmomatic过滤、Kraken2+Bracken物种注释、MEGAHIT组装、CD-HIT聚类非冗余基因目录；功能注释接KofamKOALA（KEGG）、eggNOG-mapper（COG）、Resistance Gene Identifier（RGI，CARD库）定ARGs；多样性用vegan包（Shannon/Simpson、Bray–Curtis PCA/NMDS/ANOSIM），差异分类单元用STAMP（Welch t/ANOVA+FDR）、LEfSe（LDA>3.5）、MetaStat；Spearman相关构建UF-菌-ARG共现网络以Cytoscape可视化。

研究结果

流行病学特征与测序概览：96人年龄8–12岁，中位UF随组升高（正常0.7至重度1.4 mg/L），产6.38×10?原始读长，滤后平均3.69×10?清洁读长/样，测序深度饱和。

微生物群落组成与多样性：共16门249属549种；Proteobacteria(47.14%)、Firmicutes(21.50%)为优势门。Shannon与Simpson指数均随严重程度升高（正常/可疑低，中/重高），PCA与NMDS显示中重与正常/可疑分离，ANOSIM证实组间结构差异显著。

差异微生物种鉴定：LEfSe获正常组16、重度23个标志物；正常富Streptococcus/Neisseria/Haemophilus，中重富Actinomyces/Bacteroides/Fusobacterium/Rothia。STAMP/MetaStat确认Actinomyces sp. HMT 175、Actinomyces oris、Corynebacterium matruchotii、Fusobacterium nucleatum、Rothia dentocariosa在中重升高，Streptococcus mitis、Streptococcus pneumoniae、Neisseria sicca/mucosa在轻中低。

KEGG通路富集：代谢为主类；中重组碳水代谢与遗传信息处理相对丰度降，DNA复制蛋白、双组分系统、ABC转运、分子伴侣显著低于正常/轻度（P<0.05），提示存在功能衰减阈值。

UF-ARG-菌共现：网络复杂度随严重度增；Actinomyces sp. HMT 175、Fusobacterium nucleatum与GRD33_1（碳青霉烯ARG）及UF强正相关，Actinomyces sp. HMT 175联24个ARG（tetM、patB、mexY、OXA-125等）；未做分箱，故不认定物理携带关系，仅为协调响应。

研究因素相关：UF/严重度正关Corynebacterium matruchotii与Actinomyces sp. HMT 175，负关Streptococcus mitis/pneumoniae；刷牙频次升则Corynebacterium matruchotii与Actinomyces属降；饮自抽水者Neisseria降而Actinomyces升；所有|rho|≤0.4，非因果。

讨论浓缩

研究人员讨论指出α多样性升符合“中等扰动假说”——氟应激抑敏感菌、釉质多孔提供微生境、耐氟菌扩张。β多样性分离反映生态位重组。中重富Actinomyces/Corynebacterium/Fusobacterium/Rothia，与生物膜成熟及炎症相关；Corynebacterium matruchotii具钙化特性，Fusobacterium nucleatum为厌氧机会致病菌，其升可能与粗糙釉质创厌氧微生态有关而非直接耐氟。Streptococcus mitis/Haemophilus被氟抑，Neisseria呈先升后降的非线性（轻度生态释放、重度蛋白解态替代）。KEGG功能衰减表明氟中毒不仅改组成也损代谢潜能。共现网络提示慢性氟摄入或经协同选择压力（氟外排泵与多重耐药外排基因mexX/mexY/patB）富集ARGs，类似铜锌共选证据。生活方式（刷牙、糖、饮水源）弱相关。局限：可疑组仅10人、横断面难定因果、单点尿氟仅近期暴露、未计牙膏膳食氟。

结论翻译

综上，本研究提供基因组证据：中重度牙氟中毒儿童口腔微生物组相较健康对照发生显著组成与功能改变。LEfSe鉴定出重毒组富集菌种。UF水平、细菌分类单元与ARGs的关联为受影响人群临床抗生素使用提供重要见解。未来应研析这些菌影响牙氟中毒起始进展的具体机制及其在ARGs获取传播中的作用。