《npj Biofilms and Microbiomes》：Life stage shifts in salivary microbiota determinants: a cross-sectional study in twins
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宿主遗传学（host genetics）和环境暴露（environmental exposures）共同塑造唾液微生物群（salivary microbiota）；然而，从生命早期到成年期这些因素的相对贡献仍不清楚。为解决这一问题，研究人员对3387对双胞胎的
宿主遗传学（host genetics）和环境暴露（environmental exposures）共同塑造唾液微生物群（salivary microbiota）；然而，从生命早期到成年期这些因素的相对贡献仍不清楚。为解决这一问题，研究人员对3387对双胞胎的唾液微生物群进行了全长16S rRNA基因测序（full-length 16S rRNA gene sequencing），包括939对婴儿双胞胎（9–12个月）和2448对成人双胞胎（23–52岁）。在婴儿中，共享环境（shared environment）占主导地位：丰富度、多样性和整体群落组成主要由共享环境效应驱动，占关键指标方差的>50%。宿主遗传学对群落组成或物种存在没有可检测的影响，仅对物种丰度和预测功能有适度影响。相比之下，在成人中，模式发生了逆转：共享环境贡献甚微，而宿主遗传学产生了更广泛、更强的影响，解释了核心多样性指标19–45%的方差，并显著影响物种的存在、丰度和预测功能。几种临床相关的口腔分类群在成人中显示出显著的遗传力（heritability），约三分之一的方差可归因于遗传因素。这些结果揭示了唾液微生物群及其预测功能的决定因素存在生命阶段转变：婴儿期主要受环境暴露塑造，而成人的微生物群落日益反映宿主遗传结构。这些发现提示，促进健康口腔微生物群的干预措施可能需要针对生命阶段进行定制。
**论文解读：唾液微生物组决定因素的生命阶段转变——基于3387对双胞胎的横断面研究**
**研究背景与意义**
口腔是人体最复杂的微生态系统之一，微生物与宿主因素共同决定其结构与功能。口腔微生物群不仅与龋病、牙周病等口腔疾病密切相关，还影响炎症性肠病、神经退行性疾病和心血管疾病等全身性疾病。从出生起，口腔便持续接触微生物，出生后数周内链球菌迅速定植，随后通过母体传播和喂养方式等获得共生菌群。然而，遗传和环境因素在整个生命周期中的相对贡献尚不明确。既往双胞胎研究结果不一致：有的强调环境影响，有的报道显著遗传力。目前最大规模研究（752对11–24岁双胞胎）报道唾液微生物群多项性状的遗传力超过50%，高于肠道微生物群。因此，需要在更大规模的样本中评估宿主遗传与环境的贡献比例，并探索这些比例是否随年龄变化。该研究发表在《npj Biofilms and Microbiomes》。
**研究内容与结论**
研究人员利用瑞典双胞胎登记处（Swedish Twin Registry）的NewTwin和STAGE两个队列，共纳入3387对双胞胎：939对婴儿双胞胎（9–12个月）和2448对成人双胞胎（23–52岁），采用全长16S rRNA基因测序刻画唾液微生物群，并通过经典双胞胎ACE模型分解加性遗传（A）、共享环境（C）和独特环境（E）的方差贡献。研究发现：婴儿唾液微生物群主要由共享环境因素决定，而成人则主要由宿主遗传因素决定，即存在生命阶段转变。这一发现提示，促进口腔健康的干预策略需要针对不同生命阶段进行定制。
**关键技术方法**
该研究基于瑞典双胞胎登记处的两个队列：NewTwin队列（2264名9–12月龄婴儿，939对双胞胎）和STAGE队列（9582名23–52岁成人，2448对双胞胎）。采用全长16S rRNA基因测序（Oxford Nanopore GridION，R10.4.1 flow cell），读长1200–1800 bp，经EMU算法比对eHOMD数据库进行物种级注释。统计方法包括：物种存在率的四格相关性及阈值ACE模型（liability-threshold ACE model），物种丰度的组内相关系数及单变量ACE模型（OpenMx结构方程建模），群落组成的Aitchison距离及主成分ACE模型，功能预测采用PICRUSt2推断KEGG直系同源（KO）功能丰度并进行ACE分析。所有分析按队列分层，调整性别、测序深度、批次（成人另调整年龄），多重检验采用Benjamini–Hochberg FDR校正。
**研究结果**
**队列特征与微生物群总体特征**
NewTwin队列纳入939对婴儿双胞胎（269对MZ、437对同性别DZ、233对异性别DZ）；STAGE队列纳入2448对成人双胞胎（1232对MZ、652对同性别DZ、564对异性别DZ）。测序共鉴定733个物种/系统型，婴儿569个，成人696个，共享532个。核心微生物群（流行率>95%）中，婴儿36个、成人37个，其中17个共享，如 Streptococcus mitis、Veillonella parvula、Haemophilus parainfluenzae 等，表明稳定的核心口腔微生物群在9–12月龄已建立并持续数十年。婴儿富集皮肤/环境来源类群（如 Micrococcus、Kocuria 等），成人则富集龋病和牙周炎相关物种（如 Streptococcus mutans、Tannerella forsythia 等）。
**物种存在率的生命阶段转变**
基于物种存在率分析，婴儿MZ和DZ双胞胎共享物种数无差异（约95种），四格相关系数高度相似（0.76 vs 0.75，p=0.517）；ACE模型显示共享环境解释了175/178（98.3%）物种的流行率变异（方差41%–96%），无物种显示显著遗传贡献。成人中，MZ双胞胎共享物种数比DZ多7个（116 vs 109，p<0.0001），MZ四格相关系数显著高于DZ（0.26 vs 0.11，平均差异2.3倍）；ACE模型显示62个物种（20.8%）存在显著加性遗传效应，解释20%–56%流行率方差，共享环境影响极微。
**物种丰度的遗传与环境驱动因素**
基于物种丰度ICC和ACE模型，婴儿MZ和DZ的ICC相似（均为0.59），共享环境影响211/214（98.6%）物种的丰度（方差17%–69%），14个物种（6.5%）显示显著遗传力（20%–54%），最高的为 Leptotrichia sp. HMT218（54%）。成人ICC呈现MZ高于DZ（0.17 vs 0.06，p=0.0001），遗传力显著影响259/324（79.9%）物种的丰度（估计5%–42%），高遗传力类群集中于 Veillonella、Prevotella、Fusobacterium 和 Streptococcus 属；共享环境影响仅5个物种。
**唾液微生物群组成的年龄依赖性遗传控制**
基于Aitchison距离的ACE模型显示，婴儿双胞胎的组内距离明显短于成人（p<0.0001），且MZ与DZ距离无差异；成人MZ距离显著短于DZ（p<0.0001）。对主成分1–3的ACE分解显示，婴儿共享环境解释约70%的组成方差（范围69%–80%），遗传贡献仅0–6%；成人共享环境影响可忽略，遗传因素解释24%–46%方差。
**预测功能的年龄依赖性遗传与环境控制**
通过PICRUSt2预测的KO功能丰度分析，婴儿MZ与DZ的ICC分布重叠（p=0.965），共享环境影响全部4024个KO（方差24%–77%），仅53个（1.3%）受遗传影响（20%–43%）。成人MZ与DZ的ICC差异显著（p<0.0001），遗传力影响4589/5192（88%）的KO（16%–42%），共享环境影响仅4个KO。成人高遗传力的KO主要涉及CRISPR相关蛋白、转录调节子、双组分系统、多药外排泵、碳水化合物和氨基酸代谢及辅因子维生素生物合成。
**龋病和牙周炎相关类群的遗传控制**
成人中，多种龋病相关菌（如 Streptococcus mutans 遗传力39%、Bifidobacterium longum 38%）和牙周炎相关菌（如 Tannerella forsythia 22%、Treponema denticola 27%、Prevotella intermedia 26%、Filifactor alocis 32%、Porphyromonas endodontalis 33%）的物种存在率均显示显著遗传力；丰度虽也受遗传影响，但效应量较低。
**讨论与结论**
讨论部分指出，婴儿期微生物群受环境影响与既往研究一致，共享环境可能通过共同居住、照护者接触、垂直传播和相同喂养方式起作用。成人的遗传效应增强则可能与个体化暴露累积、免疫系统成熟、恒牙萌出、饮食复杂化及唾液腺成熟有关。机制上，宿主遗传可能通过淀粉酶基因（AMY1）、岩藻糖基转移酶（FUT2）、HLA、TLR、唾液蛋白基因等影响微生物定植和生态位。局限性包括：低流行率类群统计功效不足、基于参考数据库的注释可能遗漏新物种、未捕获菌株水平变异、双胞胎模型假设可能被违反、横断面设计无法推断个体内动态变化，以及队列为北欧裔人群，外推受限。研究结论翻译如下：总之，该研究结果表明，遗传和环境对唾液微生物群的影响强烈依赖于生命阶段，这种影响同时作用于群落结构和疾病相关类群。阐明这些相互作用将有助于制定精准口腔健康策略，指导优先选择微生物靶点进行预防和治疗，并为跨生命阶段整合宿主遗传、微生物和环境暴露提供框架。最终，理解遗传易感性与可改变因素在塑造口腔微生物群中的平衡，对公共卫生、临床实践及口腔和全身疾病的机制研究具有广泛意义。
