口腔细菌在粪便中相对丰度增加源于肠道菌群耗竭并与患者结局相关

本研究系统验证了粪便中口腔细菌相对丰度增加的“标记物”假说：即其并非由于口腔细菌在肠道内绝对数量的扩增，而是反映了肠道常驻菌群的耗竭。通过对小鼠模型及多种患者队列（包括异基因造血细胞移植受者和炎症性肠病患者）的分析，研究发现抗生素等因素导致肠道细菌总量显著下降时，粪便中口腔细菌的相对比例随之上升，但其绝对数量并未增加。这一口腔细菌比例可作为肠道菌群损伤的定量指标，与粪便性状改变、真菌过度生长、血流感染风险及患者总体生存率等临床结局显著相关。本研究为解读微生物组组成数据提供了关键框架，并提示在相关疾病中，治疗重点应是重建肠道菌群而非针对口腔细菌。 

在粪便样本中检测到口腔细菌与炎症和多种肠道疾病相关。对于此现象存在两种竞争性假说：“扩张”假说认为口腔细菌侵入并定植于肠道导致其数量增加；“标记物”假说则认为口腔细菌仅是过客，其相对丰度增加是肠道常驻细菌减少所致。区分这两种假说对于正确解读微生物组数据及其对人类健康的影响至关重要。本研究通过小鼠实验和人类患者数据分析，证实粪便中口腔细菌的相对富集主要遵循“标记物”假说，反映了肠道菌群的耗竭状态，并与不良患者结局相关。

 图1 |粪便中口腔细菌的相对富集有两种相互矛盾的解释。某些疾病和医学治疗会导致粪便样本中口腔细菌的富集。这种现象有两种合理的解释。在“扩张”假说（以红色突出显示）中，口腔细菌比例的增加是由绝对数量的类似增加引起的。另一方面，“标记物”假说（以蓝色突出显示）将这一现象归因于肠道细菌的减少。而“扩张”假说表明肠道环境对口腔细菌更有利，“标记”假说则提出肠道驻留细菌的数量有所减少。因此，只是通过的口腔细菌在粪便中的比例增加。区分这两种假设对于通过粪便样本的成分分析来解释微生物组种群动态至关重要。

抗生素处理小鼠支持“标记物”假说

在小鼠模型中，广谱抗生素处理导致粪便总细菌载量急剧下降，同时口腔细菌的相对丰度显著上升。然而，口腔细菌的绝对数量并未增加。相反，肠道细菌的绝对丰度下降了超过1000倍。线性回归分析显示，口腔细菌比例与总细菌载量在对数尺度上呈显著负相关（斜率 ≈ -0.97），强烈支持“标记物”假说。相比之下，使用DSS（葡聚糖硫酸钠）诱导肠道炎症虽改变了菌群组成，但未降低总细菌载量，也未引起口腔细菌的比例性富集。

 图2|给小鼠服用抗生素会耗尽肠道细菌，增加粪便样本中口腔细菌的相对丰度。a、实验设计。该实验包括三个研究组：未经治疗的对照组（n=5）、服用氨苄青霉素、万古霉素和新霉素的抗生素混合物的小鼠（n=8）和接受DSS治疗的小鼠（=5）。在三个时间点收集配对的粪便和口腔样本：治疗开始前的同一天（前）、治疗开始后的3天（d3）和治疗开始后1周（w1）。读数<1000的样本被排除在分析之外，未在b-g中显示。b-d，抗生素治疗组（b）、无治疗组（c）和DSS治疗组（d）小鼠粪便样本中口腔细菌的相对丰度。e，f，抗生素处理小鼠粪便样本中口腔（e）和肠道（f）细菌的绝对丰度。在b-f中，每个圆圈代表一个粪便样本。条形高度表示平均值，误差条形表示95%置信区间。P值是使用单侧Wilcoxon符号库检验计算的。g，log10-log10量表中口腔细菌分数与总细菌载量之间的线性回归。预处理（预）和后处理（d3，w1）样品分别用圆圈和叉表示。黑线和阴影表示95%置信区间。口腔细菌分数为零的样本未显示，因此被排除在线性回归分析之外。

人类患者队列数据验证“标记物”假说

研究团队建立了从人类粪便样本中识别和量化口腔来源细菌的方法。在包含大量异基因造血细胞移植（allo-HCT）患者的队列中，抗生素预防的启动与粪便中口腔细菌相对丰度的显著上升在时间上吻合。然而，这种相对富集同样并非源于口腔细菌绝对数量的增加，而是归因于肠道细菌绝对丰度的显著降低。对克罗恩病患者的分析也显示，其粪便中口腔细菌比例较高，且与较低的微生物总载量呈负相关。

口腔细菌比例具有临床预测价值

研究进一步探讨了口腔细菌比例作为肠道菌群耗竭标志物的临床意义。在allo-HCT患者中，较高的口腔细菌比例与较低的粪便稠度（稀便）、更高的真菌检出率、特定的血流感染风险变化以及更高的全因死亡率和移植物抗宿主病相关死亡率显著相关。这表明，粪便中的口腔细菌比例可以作为一种评估肠道微生物组损伤程度并预测患者预后的便捷生物标志物。

研究启示与展望

本研究证实，在抗生素治疗、allo-HCT及炎症性肠病等多种导致肠道菌群紊乱的情况下，粪便中口腔细菌的相对富集主要反映了肠道常驻菌群的耗竭（“标记物”假说）。这一发现指导了微生物组组成数据的解读，提示在某些临床情况下，治疗重点应转向重建受损的肠道菌群生态系统，而非仅仅针对检测到的口腔过路菌。测量粪便中的口腔细菌比例为评估抗生素等对肠道微生态的附带损害提供了有价值的方法。

文献链接：https://doi.org/10.1038/s41564-024-01680-3