全身性進行性歯周炎における微生物群集とメタボローム特性の変化と相関性

Alterations and Correlations in Microbial Community and Metabolome Characteristics in Generalized Aggressive Periodontitis.

• Meng Shi
• Yiping Wei
• Yong Nie
• Cui Wang
• Fei Sun
• Wenting Jiang
• Wenjie Hu
• Xiaolei Wu

抄録

本研究は、16S リボソーム RNA（rRNA）遺伝子のハイスループットシーケンシングとガスクロマトグラフィー-質量分析法（GC-MS）を用いて、一般化した進行性歯周炎（AgP）の微生物群集と代謝プロファイルの特徴を明らかにすることを目的としている。AgP患者24名と歯周病健常者10名（PH）から、合計146検体の歯肉下プラークと50検体の歯肉溝液（GCF）を採取した。歯肉下マイクロバイオームとGCFのメタボロミクスには、AgP患者とPH患者間で顕著な違いが見られたが、プローブの深さ（PD）が異なるサンプル間では顕著な違いは見られなかった。メタボロミクス解析と濃縮解析を組み合わせた結果、歯周炎はアミノ酸（アラニン、ロイシン、イソロイシン、バリンなど）、ガラクトース代謝（ミオイノシトール、ガラクトース、グルコース、ヘキシトールなど）、ピリミジン代謝（ウラシル、ウリジン、βアラニン、チミンなど）の生合成に関連する化合物の濃度を有意に変化させることが示された。相関分析の結果、AgPとPHの間に有意差のある属は、通常、より多くの代謝物、例えば、 , , , , および .一方、グルコースとオキソプロリンは微生物との相関が最も高かった。これらの結果から、AgPとPHの間には異なる微生物群集と代謝プロファイルが存在することが明らかになった。また、微生物群集と代謝産物との間に有意な相関が見られたことから、歯周炎の発症メカニズムが示唆された。また、歯周病の発見や歯周炎の管理にも有効なアプローチが可能であることを示した。

This study aimed to characterize the microbial community and metabolic profiles in generalized aggressive periodontitis (AgP) using 16S ribosomal RNA (rRNA) gene high-throughput sequencing and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 146 subgingival plaque samples and 50 gingival crevicular fluid (GCF) samples were collected from 24 patients with AgP and 10 periodontally healthy subjects (PH). Striking differences were observed in subgingival microbiome and GCF metabolomics between patients with AgP and PH, but not between samples with different probing depths (PDs). Metabolomics analysis combined with enrichment analysis showed that periodontitis significantly altered the concentration of compounds associated with biosynthesis of amino acids (e.g., alanine, leucine, isoleucine, and valine), galactose metabolism (e.g., myo-inositol, galactose, glucose, and hexitol), and pyrimidine metabolism (e.g., uracil, uridine, beta alanine, and thymine). Correlation analysis showed that the genera with significant difference between AgP and PH were usually significantly correlated with more metabolites, such as , , , and . While glucose and oxoproline had the most significant correlations with microorganisms. Our results revealed distinct microbial communities and metabolic profiles between AgP and PH. The significant correlation between microbial taxa and metabolites suggested the possible mechanisms for periodontitis. Our results also provided effective approaches for detecting periodontal disease and managing periodontitis.

Copyright © 2020 Shi, Wei, Nie, Wang, Sun, Jiang, Hu and Wu.