中国人歯周炎患者における唾液微生物叢とメタボロームプロファイルのハイスループット複合解析：パイロットスタディ

High-Throughput Combined Analysis of Saliva Microbiota and Metabolomic Profile in Chinese Periodontitis Patients: A Pilot Study.

抄録

歯周炎の発症と進行には、不衛生な口腔内細菌叢と宿主の免疫炎症反応の破綻との間の複雑な相互作用が関与しており、それは唾液中の代謝物プロファイルの変化によって反映される。このパイロット研究では、16s rRNAシーケンスとハイスループット標的メタボロミクスを組み合わせたアプローチにより、中国人集団の唾液マイクロバイオームとメタボロームを調べ、宿主と微生物の代謝相互作用の潜在的な手がかりを発見することを目的とした。ステージIIIおよびIVの歯周炎患者18名と健常者13名から非刺激の全唾液サンプルを採取した。フルマウスの歯周病パラメータを記録した。16s rRNA配列決定により微生物叢の分類学的組成を求め，超高速液体クロマトグラフィーおよび質量分析計を用いたメタボローム解析により代謝物を同定・測定した．口腔内細菌叢組成は顕著な変化を示し、93の微生物分類群の存在量が歯周炎群と健常群で有意に異なっていた。ターゲットメタボロミクスにより、歯周炎患者と健常人の間で103種類の代謝物が同定された。機能濃縮解析の結果、細菌叢異常群ではタンパク質の消化・吸収経路、ヒスチジン代謝経路、ニコチン酸・ニコチン酸アミド代謝経路の発現が上昇し、患者群ではフェロプトーシス経路、トリプトファン代謝経路、グルタチオン代謝経路、炭素代謝経路の発現が上昇した。相関分析により、臨床パラメータ、病原体存在量、疾患関連代謝物レベルの間に正の関係があることが確認された。唾液のマイクロバイオームとメタボロームの統合解析により、口腔内マイクロバイオームの異常と宿主-微生物代謝の機能的変化が正確に示された。唾液の微生物および代謝プロファイリングは、歯周炎の診断、予後評価、および病態研究のための潜在的なツールとなりうる。

The onset and progression of periodontitis involves complicated interactions between the dysbiotic oral microbiota and disrupted host immune-inflammatory response, which can be mirrored by the changes in salivary metabolites profile. This pilot study sought to examine the saliva microbiome and metabolome in the Chinese population by the combined approach of 16s rRNA sequencing and high-throughput targeted metabolomics to discover potential cues for host-microbe metabolic interactions. Unstimulated whole saliva samples were collected from eighteen Stage III and IV periodontitis patients and thirteen healthy subjects. Full-mouth periodontal parameters were recorded. The taxonomic composition of microbiota was obtained by 16s rRNA sequencing, and the metabolites were identified and measured by ultra-high performance liquid chromatography and mass spectrometry-based metabolomic analysis. The oral microbiota composition displayed marked changes where the abundance of 93 microbial taxa differed significantly between the periodontitis and healthy group. Targeted metabolomics identified 103 differential metabolites between the patients and healthy individuals. Functional enrichment analysis demonstrated the upregulation of protein digestion and absorption, histidine metabolism, and nicotinate and nicotinamide metabolism pathways in the dysbiotic microbiota, while the ferroptosis, tryptophan metabolism, glutathione metabolism, and carbon metabolism pathways were upregulated in the patients. Correlation analysis confirmed positive relationships between the clinical parameters, pathogen abundances, and disease-related metabolite levels. The integral analysis of the saliva microbiome and metabolome yielded an accurate presentation of the dysbiotic oral microbiome and functional alterations in host-microbe metabolism. The microbial and metabolic profiling of the saliva could be a potential tool in the diagnosis, prognosis evaluation, and pathogenesis study of periodontitis.