生命早期口腔微生物组发育的协调多队列分析

《Journal of Oral Microbiology》:Harmonized multi-cohort analysis of oral microbiome development during early lifetime

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月13日 来源:Journal of Oral Microbiology 6.7

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  背景:生命早期口腔微生物组的组装可能影响口腔和全身健康,然而由于采样和分析工作流程的差异,不同研究之间的发育模式难以比较。研究人员对跨越出生至儿童早期的纵向儿科16S rRNA数据集进行了协调的跨队列重新分析。 方法:研究人员筛选了五个从出生至七岁的公开纵

  
背景:生命早期口腔微生物组的组装可能影响口腔和全身健康,然而由于采样和分析工作流程的差异,不同研究之间的发育模式难以比较。研究人员对跨越出生至儿童早期的纵向儿科16S rRNA数据集进行了协调的跨队列重新分析。
方法:研究人员筛选了五个从出生至七岁的公开纵向队列,并使用QIIME 2和R独立重新处理。使用人类口腔微生物组数据库(HOMD)进行分类学分配。评估了α多样性和β多样性、分类学组成以及物种水平的时间动态。年龄被统一为月份,并归纳为三个发育区间:出生–12个月、12–36个月和>36个月。时间聚类采用模糊c均值聚类(TCseq)。
结果:α多样性在第一年迅速增加,在一至三岁之间趋于平稳,此后逐渐增加。β多样性显示婴儿期组成变化最大,随后相对稳定。分类学分析揭示了从链球菌(Streptococcus)和葡萄球菌(Staphylococcus)到嗜血杆菌(Haemophilus)、奈瑟菌(Neisseria)和韦荣球菌(Veillonella),再到三岁后普雷沃菌(Prevotella)和弯曲杆菌(Campylobacter)的可重复演替。时间聚类确定了三个发育群组,分别对应于早期、过渡期和后期扩增的类群。
结论:这项对五个纵向队列的协调分析证明了儿童早期口腔微生物组成熟的可重复三阶段轨迹。最显著的微生物重组发生在婴儿期,随后是群落稳定和逐渐成熟。这些发现为理解与年龄相关的微生物演替和识别儿科口腔健康预防性干预的发育窗口提供了框架。
早期口腔微生物组的发育是影响生命后期口腔与全身健康的重要因素。生命初期,微生物定植受分娩方式、喂养方式、抗生素暴露及环境条件影响,群落随后经历快速且非线性的重组。然而,不同研究在采样位点、采样时间、16S rRNA可变区及分析流程上存在显著异质性,导致跨研究比较非常困难。为克服这一障碍,研究人员对五个公开可用的纵向儿科16S rRNA数据集进行了协调统一的跨队列再分析。

研究人员筛选出五个队列,分别为PRJDB17623、PRJEB35824、PRJEB66628、PRJEB60183和PRJNA803343,共涵盖859名儿童,采样从出生后第2天/第1周至84个月。他们使用QIIME 2和R对所有队列数据独立进行标准化处理,以人类口腔微生物组数据库(HOMD)作为参考进行分类学分配,系统评估了α多样性(alpha diversity,样本内多样性)和β多样性(beta diversity,样本间组成差异)、分类学组成及物种水平时间动态,并将年龄统一按月计算,划分为出生至12个月、12至36个月及36个月以上三个发育区间。研究采用模糊c均值聚类(fuzzy c-means clustering,TCseq)识别时间簇。该研究最终得出可重复的三阶段发育轨迹,并发表于《Journal of Oral Microbiology》。

关键技术方法方面,研究人员从NCBI/ENA获取五个纵向队列数据(PRJDB17623、PRJEB35824、PRJEB66628、PRJEB60183、PRJNA803343),使用QIIME 2的DADA2流程进行质量过滤、去噪、去重及嵌合体筛查,生成扩增子序列变体(ASV);基于HOMD数据库进行朴素贝叶斯分类学分配;在R中计算Chao1和Shannon指数评估α多样性,采用Bray-Curtis距离和主坐标分析(PCoA)评估β多样性,并用置换多元方差分析(PERMANOVA)检验显著性;使用TCseq包进行模糊c均值聚类,同时在各队列内独立分析以避免技术异质性。

在结果部分,首先**研究概述与参与者信息**显示,五个队列共859份样本,年龄跨度为出生后2天/1周至84个月,其中三个队列有性别元数据,每个数据集独立分析后整合推断发育规律。

**微生物多样性随早期生长发生变化**:在代表队列PRJDB17623中,Chao1丰富度指数和Shannon多样性指数均在生命第一年迅速上升,1至3岁之间相对稳定,3岁后继续逐渐上升并趋向稳定。其他队列也呈现类似趋势。β多样性分析显示,婴儿期样本组成更分散且彼此差异大,2岁后样本紧密聚集;PERMANOVA证实1岁前后群落组成存在显著差异,而2至5岁之间无显著差异,表明最显著的结构转变发生在1岁左右,之后进入相对稳定期。

**跨年龄的分类学组成**:门水平上,Bacillota(厚壁菌门)在1周至1岁占比较高,之后维持;Pseudomonadota(变形菌门)从6个月开始增加,3岁后相对丰度下降;Bacteroidota(拟杆菌门)和Fusobacteriota(梭杆菌门)约9个月后出现并持续存在。属水平上,1周至1岁以链球菌(Streptococcus)和葡萄球菌(Staphylococcus)为主导;嗜血杆菌(Haemophilus)和奈瑟菌(Neisseria)分别从3个月和6个月开始增加,2至3岁达峰后下降;卟啉单胞菌(Porphyromonas)和普雷沃菌(Prevotella)从9个月开始上升,3岁后进一步升高。种水平上,唾液链球菌(Streptococcus salivarius)在1至3个月高,口腔链球菌dentisani亚种(Streptococcus oralis subsp. dentisani)在1周至6个月保持较高,婴儿链球菌(Streptococcus infantis)从6个月增加并稳定,人葡萄球菌(Staphylococcus hominis)在1周达峰。这些模式在其余队列中重复出现。

**微生物群落的时间聚类**:模糊c均值聚类将物种动态分为三个可复现簇。簇1的物种在1个月至1岁达到高峰后下降;簇2在6至9个月快速增加,1至3岁保持相对高丰度后下降;簇3在婴儿期丰度低,2至3岁后逐渐增加,4至5岁达到最高。这三个簇对应三个发育阶段,且独立于采样密度和测序区段差异。

**簇特异性物种丰度**:簇1包括龈沟放线菌(Actinomyces lingnae)、溶血孪生球菌(Gemella haemolysans)、黏滑罗氏菌(Rothia mucilaginosa)和非典型韦荣球菌(Veillonella atypica)等早期定植菌;簇2包括噬二氧化碳嗜纤维菌(Capnocytophaga sputigena)、坚固棒杆菌(Corynebacterium durum)、侵蚀艾肯菌(Eikenella corrodens)、脆弱颗粒链菌(Granulicatella elegans)和香港纤毛菌(Leptotrichia hongkongensis)等;簇3包括弯曲弯曲杆菌(Campylobacter concisus)、多形拟杆菌?原文为Campylobacter concisus、血孪生球菌(Gemella sanguinis)、副流感嗜血杆菌(Haemophilus parainfluenzae)和南斯普雷沃菌(Prevotella nanceiensis)等后期扩增菌。这些物种在多队列中反复出现,支持口腔微生物组三阶段成熟。

讨论部分指出,尽管队列间存在方法学差异,但年龄相关模式高度一致。婴儿期α多样性快速增加和β多样性分散对应快速生态组装,幼儿期相对稳定与唾液功能成熟、乳牙萌出和饮食多样化相符。临床角度看,最显著变化发生在约3岁前,提示该时期可能是微生物组定向预防干预的窗口,但现有队列未评估干预效果,不能直接推断因果关系。与成人横断面研究比较,儿童期后微生物组可能继续向更多厌氧菌多样化发展。局限性包括:队列间目标16S rRNA可变区不一致(V1-V2、V3-V4、V4),无法正式合并定量分析;
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