《mSystems》：Longitudinal development of infant oral ecosystem: salivary metabolomic, bacteriome, and virome dynamics in early infancy
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摘要
这项前瞻性队列研究调查了婴儿早期唾液细菌组、病毒组和代谢组的纵向发育情况。研究人员评估了来自10对母婴二人的口腔细菌、病毒和代谢物之间的关联，口腔样本分别于1岁和2岁时采集。共有40份唾液和牙菌斑样本接受了非靶向代谢组学分析，婴儿唾液样本接受了宏基因
摘要
这项前瞻性队列研究调查了婴儿早期唾液细菌组、病毒组和代谢组的纵向发育情况。研究人员评估了来自10对母婴二人的口腔细菌、病毒和代谢物之间的关联，口腔样本分别于1岁和2岁时采集。共有40份唾液和牙菌斑样本接受了非靶向代谢组学分析，婴儿唾液样本接受了宏基因组测序。母亲唾液和牙菌斑的代谢组学特征基本保持稳定，而婴儿的特征则明显不同于母亲，并随年龄发生改变。值得注意的是，与唾液相比，婴儿牙菌斑的代谢从1岁到2岁发生了更为显著的变化，与年龄相关的代谢物变化主要涉及能量、氨基酸、核苷酸和脂质代谢途径。研究结果还揭示了儿童早期唾液细菌组、病毒组和功能通路谱系的显著发育转变。生命早期最丰富的口腔细菌包括韦荣氏菌属（Veillonella）、链球菌属（Streptococcus）、罗思菌属（Rothia）、普雷沃菌属（Prevotella）、奈瑟菌属（Neisseria）和放线菌属（Actinomyces），占总丰度的75%以上。虽然检测到了人类病毒如玫瑰疱疹病毒属（Roseolovirus），但噬菌体构成了病毒组的主体。通过比较1岁和2岁婴儿，研究人员鉴定了差异丰度的细菌、病毒、代谢功能通路和特定代谢物。研究人员观察到细菌与病毒之间的关联，并注意到这些跨界的相互关系随着婴儿成长而减弱。研究结果强调了儿童早期口腔微生物组、病毒组和代谢组复杂且动态的发育过程。
**论文解读：婴儿口腔生态系统纵向发育的多组学研究**
**一、研究背景与科学问题**
生命早期是口腔健康和全身健康发展的关键窗口期。口腔作为人体微生物定植密度最高的栖息地之一，其微生物群落的建立和成熟对免疫系统发育、代谢与神经功能以及未来口腔疾病风险具有基础性影响。然而，目前对于婴儿期口腔生态系统的时间动态变化，尤其是病毒组与代谢组如何与细菌组协同发育，认识仍不充分。既往研究多聚焦于细菌群落，对口腔病毒组（以噬菌体为主）在早期儿童阶段的作用关注不足。此外，唾液和牙菌斑作为互补的生态位——前者是快速更新的混合液体，后者是空间组织化的生物膜——两者在发育过程中的代谢重塑差异尚未得到系统描述。因此，研究人员开展了一项前瞻性队列研究，对母婴二人的唾液和牙菌斑样本进行纵向多组学分析，旨在阐明1至2岁期间婴儿口腔生态系统（代谢组、细菌组、病毒组及功能通路）的发育轨迹及其跨届关联。该研究发表于《mSystems》。
**二、主要技术方法**
研究人员从美国罗切斯特大学伊斯特曼口腔健康研究所围产期牙科诊所招募了10对母婴二人，母亲在分娩前均已达到口腔无疾病状态。分别于婴儿1岁和2岁时采集母亲和婴儿的唾液与龈上牙菌斑样本（婴儿唾液采用无菌拭子采集）。对40份唾液和牙菌斑样本开展基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的非靶向代谢组学分析；对婴儿唾液样本进行宏基因组测序（NovaSeq 6000平台），分别使用MetaPhlAn、HUMAnN、Kraken2和Bracken进行细菌分类与功能注释、病毒分类与丰度重估。统计分析采用混合效应模型、置换多元方差分析（PERMANOVA）、基于OPTIMEM方法的差异丰度分析以及Pearson相关分析，并利用MetaboAnalyst进行通路富集分析，Cytoscape用于网络可视化。
**三、主要研究结果**
**（一）非靶向代谢组学揭示母亲代谢谱稳定而婴儿-母亲显著分离**
主成分分析（PCA）显示，母亲唾液样本在两次访视间紧密聚类，仅有4种代谢物在两年间发生变化；而婴儿与母亲的代谢谱在1岁和2岁时均显著分离，分别有160种和193种差异代谢物。婴儿富集的代谢物映射至三羧酸循环、氨基酸代谢和脂肪酸生物合成通路，而婴儿中耗竭的代谢物则涉及类固醇激素和核苷酸代谢。牙菌斑样本呈现相同趋势：母亲牙菌斑谱系高度重叠，仅1种代谢物在2岁时升高；而婴儿与母亲牙菌斑间分别存在210种（1岁）和220种（2岁）差异代谢物。值得注意的是，通路层面的分析揭示了同一通路内代谢物的反向调控现象，表明代谢重塑并非均匀激活或抑制整个通路。
**（二）婴儿牙菌斑的纵向代谢重塑比唾液更显著**
PCA显示唾液与牙菌斑代谢谱明显分离，但各样本类型在年份间相对稳定。差异分析鉴定出婴儿唾液中5种显著差异代谢物，而牙菌斑中多达31种。唾液中，真菌毒素衍生物、含硫氨基酸代谢物和β-氧化中间产物随年龄降低，而避蚊胺（DEET）升高，提示环境暴露增加。牙菌斑中，外源异生物质和微生物发酵产物降低，而多胺类、嘌呤代谢物、甘油磷脂和植物来源化合物升高，反映生物膜成熟和饮食多样化。通路富集分析显示，叶酸介导的一碳代谢和嘌呤代谢显著富集，两者对核苷酸生物合成和微生物增殖至关重要。
**（三）婴儿唾液细菌组和病毒组的年龄相关变化**
共检测到283个细菌分类群、142个病毒分类群。丰度最高的6个属（韦荣氏菌属、链球菌属、罗思菌属、普雷沃菌属、奈瑟菌属和放线菌属）占细菌总丰度的75%以上。从1岁到2岁，小韦荣氏菌（Veillonella parvula）丰度显著升高，而多种链球菌（如轻型链球菌）丰度下降；放线菌属多个种丰度增加；罗思菌属内物种呈现分化轨迹。病毒组方面，靶向肺炎链球菌的噬菌体保持稳定，而感染人类的玫瑰疱疹病毒（Roseolovirus humanbeta6b和humanbeta7）以及感染大肠杆菌的噬菌体（Cepunavirus Cp1、Cp7和Punavirus P1）丰度显著增加。
**（四）细菌组、病毒组和功能通路的多样性变化**
细菌组的α多样性和β多样性在1岁与2岁间均发生显著变化；病毒组α多样性保持稳定，而β多样性显著改变，提示病毒群落发生了物种组成重构而无丰富度变化；代谢功能通路的α和β多样性均显著变化，表明功能潜能的发育性转变。
**（五）差异丰度细菌、病毒和功能通路**
在283个细菌分类群中，11个呈现显著差异丰度：10个在2岁上调（如阿克曼放线菌和内氏放线菌、黄褐二氧化碳嗜纤维菌、马氏棒状杆菌、斑点噬纤维菌、微小毛螺菌等），其中阿克曼放线菌log2倍数变化超过2.5；仅缓症链球菌下调。病毒组中，2个链球菌噬菌体差异显著：噬菌体phiARI0462在2岁丰度升高5.65倍，而噬菌体PH10下降超过25%。
**（六）功能通路动态与跨组学整合**
在28条差异丰度通路中，12条与唾液微生物组有文献记载的关联，且1岁至2岁期间通路-微生物关联数量增加。网络分析揭示多胺生物合成II超通路和精氨酸/多胺生物合成超通路是连接代谢物与功能通路的核心枢纽，n8-乙酰亚精胺和胍丁胺是关联这两个通路的主要差异代谢物。
**（七）细菌组、病毒组与代谢物的相关性分析**
细菌-病毒相关性强度从1岁到2岁整体减弱，而细菌-代谢物相关性密度则显著增加；病毒-代谢物关联在两个时间点均较稀疏。链球菌噬菌体与链球菌属和普雷沃菌属细菌在1岁时呈现活跃的关联，链球菌属中的肺炎链球菌、A12链球菌和口腔链球菌与病毒和代谢物均显示显著相关。
**四、讨论与结论**
讨论部分指出，母亲代谢组的相对稳定为解读婴儿发育性变化提供了成人参考基准，而非母婴代谢传递的直接证据。婴儿牙菌斑的广泛代谢重塑表明其作为代谢活性动态储库的特性，唾液更多反映短期暴露与应激反应，而牙菌斑更能捕捉口腔代谢成熟的长期轨迹。细菌-病毒关联减弱而细菌-代谢物关联增强的网络重组现象，可能反映了从早期高度相互依赖的定植网络向更稳定、空间分隔的生态系统转变的过程，与固体食物引入、牙齿萌出及黏膜免疫成熟等生物学转变相符。研究局限性包括样本量小、未进行母亲宏基因组测序、以及饮食和抗生素暴露等混杂因素未纳入多变量分析。
结论部分强调：非靶向代谢组学显示母亲唾液和牙菌斑在各访视间保持相对稳定，而婴儿代谢谱明显不同并经历更强的纵向重塑，尤其在牙菌斑中。这些发现为后续婴儿配对唾液分析提供了发育框架，揭示了细菌组、病毒组、宏基因组功能通路及其跨组学关联的年龄相关动态。从1岁到2岁，细菌-病毒关联减弱而细菌-代谢物关联增强，表明存在组学特异性的网络重组。该研究为理解婴儿早期口腔微生物组、病毒组和代谢组的复杂动态发育提供了新见解。
