南京大学医学院附属口腔医院 | 牙周炎唾液菌群,通过肠道加速骨质疏松!

本研究先对比健康人与牙周炎患者唾液菌群差异，再构建去卵巢小鼠模型，通过灌胃牙周炎患者唾液菌群、粪菌移植、代谢组学分析与 ILA 干预，系统探索牙周炎影响全身骨代谢的机制；研究先证实牙周炎患者唾液菌群多样性升高、致病菌富集，灌胃后可加剧小鼠骨丢失与破骨细胞生成，进而发现该过程通过改变肠道菌群、抑制色氨酸代谢、降低 ILA 水平实现，最终验证 ILA 补充能直接抑制破骨细胞生成，逆转牙周炎唾液菌群引发的骨破坏，完整阐明口 - 肠 - 骨轴介导牙周炎加重骨质疏松的分子机制，并提出 ILA 作为潜在干预手段。

注：该文章发表于《International Journal of Oral Science》，该期刊最新影响因子为12.2，五年影响因子13.6，属于JCR Q1区及中科院医学/牙科双1区Top期刊

首次揭示牙周炎唾液菌群通过口 - 肠 - 骨轴加剧骨质疏松的机制，明确色氨酸代谢物 ILA 为关键效应分子；证实 ILA 可直接抑制破骨细胞生成，补充 ILA 能完全逆转骨破坏，为牙周炎相关骨质疏松提供全新干预靶点。

临床纳入 17 例健康者与 21 例牙周炎患者，采集唾液并进行 16S rRNA 测序分析菌群差异；构建去卵巢小鼠模型，分为健康唾液灌胃组与牙周炎唾液灌胃组，通过 Micro-CT、组织染色评估骨表型；采用抗生素清除肠道菌群后进行粪菌移植，验证肠道菌群的介导作用；利用非靶向与靶向代谢组学分析盲肠内容物与血清代谢物，锁定色氨酸代谢及 ILA；体外培养小鼠骨髓源巨噬细胞诱导破骨细胞，检测 ILA 对破骨分化的影响；在体进行 ILA 灌胃干预，评估其对骨丢失的改善作用；全程采用多样本统计检验、LEfSe、随机森林等方法分析数据。

牙周炎患者唾液菌群多样性显著升高，拟杆菌门、梭杆菌门富集，变形菌门减少，致病菌丰度上升；灌胃牙周炎唾液菌群的去卵巢小鼠骨密度、骨体积分数等显著下降，破骨细胞数量增加，骨破坏加重；该处理可重塑小鼠肠道菌群，降低有益菌丰度、富集促炎菌；粪菌移植可重现上述骨破坏表型，证实肠道菌群的核心介导作用；代谢组学显示处理组色氨酸代谢被显著抑制，血清 ILA 水平大幅降低；体外实验证实 ILA 呈剂量依赖性抑制破骨分化及相关基因表达；在体补充 ILA 可恢复骨微结构、减少破骨细胞，完全逆转牙周炎唾液菌群引发的骨损伤。

Figure 1 牙周炎显著改变唾液菌群的多样性与组成结构

这张图通过对健康人群和牙周炎患者唾液样本的 16S rRNA 测序分析，清晰揭示牙周炎会独立引发唾液菌群的显著生态改变，其中 α 多样性分析显示牙周炎患者的菌群丰富度、多样性及观测物种数均显著高于健康人群，即便校正年龄因素后差异依然存在，主坐标分析则直观呈现出两组人群唾液菌群群落结构存在清晰的分离聚类，说明牙周炎会重塑整体菌群构成，在门水平上，牙周炎组拟杆菌门、梭杆菌门、螺旋体门丰度显著升高，变形菌门丰度降低，厚壁菌门 / 拟杆菌门比值也明显下降，属水平上牙周炎组以普雷沃氏菌属占优势，健康组则以奈瑟菌属为主，线性判别分析效应量还进一步筛选出牙周炎患者唾液中富集的牙周致病菌科，健康人群则富集共生的变形菌门与乳杆菌目相关菌群，完整证明牙周炎会导致唾液菌群多样性上升、致病菌富集且共生菌群网络被破坏。

Figure 2 牙周炎患者唾液菌群可促进去卵巢小鼠骨丢失并增强破骨细胞生成

该图围绕去卵巢小鼠模型展开实验验证，先通过实验设计对术后小鼠分别灌胃健康人群与牙周炎患者唾液菌群，再利用显微 CT、组织学染色等手段检测骨相关指标，结果显示灌胃牙周炎患者唾液菌群的小鼠骨矿物质密度显著降低，胫骨骨小梁体积分数、骨小梁数量、骨小梁厚度均明显下降，骨小梁模式因子升高，骨微结构出现严重恶化，H&E 染色可见骨小梁稀疏、断裂且形态不规则，TRAP 染色则发现骨小梁及生长板区域的破骨细胞数量大幅增加，充分说明牙周炎患者的唾液菌群能够在去卵巢小鼠体内促进破骨细胞生成，进而加重骨质疏松相关的骨破坏。

Figure 3 牙周炎相关唾液菌群会改变去卵巢小鼠的肠道菌群组成

这张图聚焦唾液菌群对肠道菌群的调控作用，首先对灌胃不同唾液菌群的去卵巢小鼠肠道菌群进行测序分析，发现两组小鼠肠道菌群 α 多样性无显著差异，但 β 多样性存在明显的聚类分离，表明肠道菌群整体结构被显著重塑，随机森林分析筛选出两组间差异显著的关键菌属，灌胃牙周炎唾液菌群的小鼠肠道中毛螺菌科_NK4A136 群、脱硫弧菌科等菌属富集，健康唾液菌群组则富集罗斯氏菌、另枝菌属等有益菌属，且这些差异菌属并非典型牙周致病菌，提示唾液菌群通过间接途径影响肠道菌群，随后的粪菌移植实验成功构建受体小鼠模型，受体小鼠肠道菌群结构与供体高度一致，差异菌属丰度变化也与供体匹配，验证了牙周炎相关唾液菌群可直接诱导肠道菌群失调。

Figure 4 牙周炎唾液菌群引发的肠道菌群失调会加重去卵巢小鼠骨丢失

该图通过粪菌移植实验明确肠道菌群在骨破坏中的介导作用，将接受不同唾液菌群灌胃的供体小鼠粪菌移植到肠道菌群清除的受体小鼠体内，结果显示移植牙周炎相关粪菌的受体小鼠，骨矿物质密度、骨小梁体积分数、骨小梁数量显著降低，骨小梁模式因子升高，骨微结构破坏程度与供体小鼠一致，H&E 染色可见骨小梁稀疏狭窄，TRAP 染色显示生长板区域破骨细胞数量显著增多，直接证明牙周炎相关唾液菌群是通过引发肠道菌群失调，进而加剧去卵巢小鼠的骨丢失与破骨细胞生成，确立了肠道菌群在口腔 - 骨轴中的关键介导地位。

Figure 5 牙周炎相关唾液菌群降低色氨酸代谢产物吲哚 - 3 - 乳酸（ILA）水平

这张图从代谢组学角度解析菌群影响骨代谢的分子机制，首先对小鼠盲肠内容物非靶向代谢组学分析发现，两组小鼠代谢物差异显著，且色氨酸代谢通路是最主要的富集通路，血清色氨酸代谢靶向分析的正交偏最小二乘判别分析显示，供体与受体小鼠中健康组和牙周炎相关组的色氨酸代谢谱均存在明显区分，热图则证实牙周炎相关唾液菌群会使小鼠血清色氨酸及其代谢物水平整体降低，其中吲哚 - 3 - 乳酸（ILA）的受体操作特征曲线下面积均超过 0.9，具备极高的诊断敏感性与特异性，且 ILA 水平与去卵巢手术本身无关，充分说明牙周炎相关唾液菌群会特异性抑制色氨酸代谢，导致关键代谢物 ILA 含量下降，这一变化与骨质疏松加重密切相关。

Figure 6 吲哚 - 3 - 乳酸（ILA）可在体外抑制破骨细胞分化

该图通过体外细胞实验验证 ILA 对破骨细胞的直接作用，先从小鼠骨髓中分离培养巨噬细胞，经鉴定细胞纯度达标且低浓度 ILA 对细胞无毒性，具备良好生物相容性，在 RANKL 诱导破骨细胞分化的体系中加入不同浓度 ILA 后，TRAP 染色显示 ILA 能剂量依赖性减少破骨细胞数量，Western blot 检测到破骨细胞关键功能蛋白 MMP-9、TRAP 表达降低，实时荧光定量 PCR 也证实 ILA 显著下调破骨细胞特异性基因 Nfatc1、降钙素受体、Mmp-9、Trap、Ctsk 的表达，从细胞和分子层面明确 ILA 可直接抑制破骨细胞的分化与功能发挥。

Figure 7 补充吲哚 - 3 - 乳酸（ILA）可缓解牙周炎唾液菌群诱导的去卵巢小鼠骨破坏

这张图通过体内干预实验验证 ILA 的治疗潜力，对灌胃牙周炎唾液菌群的去卵巢小鼠同时补充 ILA，显微 CT 与 H&E 染色结果显示，补充 ILA 后小鼠骨密度、骨小梁结构得到显著恢复，骨小梁由稀疏断裂的杆状变回致密板状，骨微结构参数接近健康菌群灌胃组，骨小梁体积分数、数量显著提升，骨小梁模式因子降低，TRAP 染色则显示破骨细胞数量较未补充 ILA 组减少约 52%，充分证明补充 ILA 能够通过抑制破骨细胞生成，有效逆转牙周炎相关唾液菌群对去卵巢小鼠全身骨骼造成的损伤，发挥骨保护作用。

牙周炎患者唾液菌群存在显著紊乱，多样性与致病菌丰度升高；该菌群可通过口 - 肠 - 骨轴引发肠道菌群失调，抑制色氨酸代谢并降低 ILA 水平，进而促进破骨细胞生成、加剧去卵巢小鼠全身骨丢失；ILA 是调控该过程的关键效应分子，可直接抑制破骨细胞分化与功能，补充 ILA 能有效缓解牙周炎相关骨破坏。本研究明确了口 - 肠 - 骨轴在牙周炎与骨质疏松关联中的核心作用，为牙周炎合并骨质疏松的防治提供了全新代谢干预策略。

局限性：临床样本量有限，仅用 16S 测序未做宏基因组，未探索 ILA 免疫调控与 AhR 通路机制。展望：扩大临床队列，深入解析 ILA 分子通路，开发基于 ILA / 益生菌的干预方案。