Alzheimers Res Ther：遗忘性轻度认知障碍和阿尔茨海默病患者的龈下微生物群和龈沟代谢特征

阿尔茨海默病(Alzheimer 's disease, AD)是一种中枢神经系统退行性疾病，病理特征为细胞外含β-淀粉样蛋白斑块和细胞内含tau的神经纤维缠结，是痴呆最常见的病因。迄今为止，人们对阿尔茨海默病发病的确切分子机制尚不完全清楚，并提出了几种假说来解释阿尔茨海默病的病理机制，其中感染假说由于各种致病微生物与阿尔茨海默病之间的关联的新证据而得到关注和认可。然而，对感染假说的研究主要集中在肠道菌群和肠脑轴上，很少有研究关注口腔菌群。最近，出现了一个被称为口脑轴的新概念;然而，口服特异性细菌种类/代谢物的概况及其在AD发病机制和诊断中的作用尚未确定。

众所周知，口腔在解剖学上比肠道更接近大脑，口腔微生物群是人体第二大微生物群。重要的是，牙周炎作为最常见的慢性炎症性和感染性口腔疾病之一，通过慢性龈下微生物生态失调在AD的发展中发挥着潜在的作用]。我们和其他人之前的研究表明牙周微生物群可能通过激活小胶质细胞诱导炎症或代谢产物的释放来影响AD的病理过程，但AD患者牙龈下附着和未附着的微生物群尚未得到充分的研究。此外，AD作为一种慢性退行性疾病，其病理变化可能发生在痴呆症状出现之前的遗忘性轻度认知障碍(aMCI)临床阶段。然而，aMCI患者牙龈下微生物群的变化尚未被描述。

此外，已知微生物生态失调引起的细菌生化改变可以调节宿主的代谢途径。在感染假说中，代谢物也是影响宿主-微生物相互作用后AD进展的重要功能输出物。在牙周组织中，龈沟液(GCF)是一种流入龈缝的组织液，它含有许多来源于龈缝中宿主和龈下微生物群的代谢物。因此，GCF中的代谢物可以作为中间体反映宿主龈下微生物群与生化代谢之间的相互作用。此外，GCF是一种无创外周体液，在解剖学上更接近脑脊液。因此，使用GCF进行诊断和预后生物标志物分析具有检测AD患者病理变化的潜力。Guo等[11]比较了AD患者和认知正常人群龈下GCF的微生物群落，但GCF与AD进展相关的代谢谱尚未见报道。

因此，本研究旨在首次表征AD和aMCI患者龈下菌斑的微生物群落和GCF的代谢组学特征，进一步探索牙周炎与AD病因和进展之间的口腔-脑轴和新的宿主-微生物相互作用。

方法：采用横断面研究。对所有参与者进行临床检查。采用16S核糖体RNA (rRNA)基因高通量测序和液相色谱-串联质谱(LC - MS/MS)分析，分别对龈下菌斑的微生物群落和龈下菌斑的代谢组学特征进行了表征。

参与者的人口学特征和临床特征

CN组、aMCI组和AD组龈下微生物群的结构和多样性。a α-多样性指数Chao1、观测物种、Shannon、Simpson、Faith’s PD、Pielou’s均匀度和Goods覆盖度。P<0.05为差异有统计学意义。b商品覆盖指数稀薄曲线。随着测序深度的增加，观察样品的Goods覆盖指数接近饱和。c基于ASV丰度的Bray-Curtis PCoA图呈现的结构变化(β-多样性)。x坐标表示第一主坐标，y坐标表示第二主坐标，百分比表示主坐标对样本差的影响率。d三组之间的差异。c和d的统计方法均为Adonis分析法。数据以平均值±SD表示。P<0.05为差异有统计学意义。e热图显示了认知正常人群与AD和aMCI患者龈下微生物群落在物种水平上的比较(前100个物种)。x坐标表示组的名称;纵坐标表示种水平上的分类群。f LEfSe分析显示CN组、aMCI组和AD组龈下微生物群存在显著差异。列出LDA评分(log10)>2, P<0.05

多元统计分析的典型图。AD、aMCI和CN组GCF样品代谢谱的PCA和PLS-DA分析。a、e GCF的PCA图模型。b-d, f-h GCF PLS-DA模型(阴性模式:b-d;正模式:f-h)。多变量统计分析预测显示，CN、aMCI和AD组之间存在明显的差异

候选微生物生物标志物的相对丰度。比较了CN、aMCI和AD组在物种水平上的分类单元丰度。

aMCI和AD候选代谢生物标志物的丰度。

候选生物标志物与临床指标的相关性。候选生物标志物与临床指标的热图。5种不同种类、19种差异丰富代谢物与11项临床指标的Spearman等级相关性。蓝色和红色分别表示负相关和正相关。

区分CN组、aMCI组和AD组候选生物标志物的ROC曲线。19种差异丰度代谢物和5种差异种的a-d ROC曲线，用于区分CN组、aMCI组和AD组

结果：纳入32例AD患者、32例aMCI患者和32例认知正常患者。与aMCI患者和认知正常人群相比，AD患者牙周炎的严重程度明显增加。16S rRNA基因测序结果显示龈下菌斑中16种物质的相对丰度与认知功能显著相关，LC-MS /MS分析共鉴定出龈下菌斑中165种差异丰度代谢物。此外，利用潜在成分(Latent cOmponents, DIABLO)分析进行生物标志物发现的多组学数据集成分析显示，19种差异丰富的代谢物与细小绒毛菌、肺双胞菌、秋钩毛菌、good - fellowpseudoleptotrichia和马塞利放线菌显著相关，其中半乳糖醇、son -甘油3-磷酸乙醇胺、d -甘露醇、1 h-吲哚-1-戊酸、3-(1-萘基羰基)-和l -二醇对AD进展的预测诊断具有令人满意的准确性。

结论：本研究首次在AD和aMCI患者中开展龈下微生物组和龈下cf代谢组的联合研究，揭示牙周微生物生态失调和代谢紊乱可能参与AD的病因和进展，微生物群和代谢物的差异丰度可能是未来AD的潜在标志物。

原始出处：

Che, Qiu;  Wei, Zhou;  Hui, Shen;Profiles of subgingival microbiomes and gingival crevicular metabolic signatures in patients with amnestic mild cognitive impairment and Alzheimer's disease.Alzheimers Res Ther 2024 Feb 19;16(1):41