人類自身的數(shù)十萬(wàn)億細(xì)胞所攜帶的遺傳信息，構(gòu)成了人類的“第一基因組”，而每個(gè)個(gè)體攜帶的超過(guò)10 000種、總量數(shù)十億的微生物遺傳信息的總和構(gòu)成了人類“第二基因組”，即人體微生物組。人類第一基因組和第二基因組共同決定了人體疾病與健康狀態(tài)。2007年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（National Institutes of Health，NIH）啟動(dòng)“人類微生物組計(jì)劃”（Human Microbiome Project，HMP），旨在通過(guò)繪制人體五大部位（口腔、鼻腔、陰道、腸道、皮膚）微生物基因組結(jié)構(gòu)，解析微生物菌群結(jié)構(gòu)變化對(duì)人類健康的影響。
人類微生物組計(jì)劃不僅建立了權(quán)威的樣本采集方法和納入排除標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了高通量測(cè)序流程，更獲得了豐富的人類微生物組資源，可為后續(xù)的科學(xué)研究提供重要參考。2015年8月美國(guó)又啟動(dòng)“全民個(gè)體微生物組檢測(cè)項(xiàng)目”，開展大規(guī)模人群微生物群落信息研究，旨在以口腔、皮膚及腸道微生物群落為主要研究靶點(diǎn)，將HMP研究結(jié)果進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化，從“第二基因組”中尋找更加精準(zhǔn)的疾病預(yù)警分子標(biāo)記。自Marshall和Krajden分別相繼從胃和口腔中培養(yǎng)分離出幽門螺桿菌（Helicobacter pylori，H. pylori）后，大量研究發(fā)現(xiàn)牙周組織中幽門螺桿菌的定植是牙周炎發(fā)生的重要原因之一，口腔定植的幽門螺桿菌與胃食管感染密不可分。盡管目前對(duì)口腔幽門螺桿菌感染與胃幽門螺桿菌感染的因果關(guān)系存在爭(zhēng)議，但上述研究結(jié)果提示人體口腔、鼻腔、陰道、腸道、皮膚等五大部位的微生物可能在結(jié)構(gòu)和功能上存在一定重疊，口腔微生物和胃腸道微生物可以交互影響，在疾病過(guò)程中共同發(fā)揮作用。
口腔和腸道是人體消化道的重要組成部分，也是人體最主要的兩大微生物生態(tài)位點(diǎn)，兩者定植微生物群落間的相互關(guān)系已經(jīng)成為近年來(lái)人體微生物組研究的熱點(diǎn)。
1.口腔微生物和腸道微生物群落結(jié)構(gòu)和功能
1.1 口腔微生物群落
作為人體微生物群落的重要組成部分，口腔微生物群落因取材方便、與口腔及全身健康關(guān)系密切，成為HMP及“全民個(gè)體微生物組檢測(cè)項(xiàng)目”的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象?？谇晃⑸锒嘁陨锬ば问浇M成復(fù)雜群落，行使微生物生理學(xué)功能。當(dāng)與宿主處于平衡狀態(tài)時(shí)，口腔微生物群落可阻止外源性致病菌的入侵，發(fā)揮生理性屏障作用；當(dāng)微生物群落與宿主間生態(tài)關(guān)系失衡時(shí)，可誘發(fā)多種口腔慢性感染性疾病，包括齲病、牙周病、牙髓根尖周病、智齒冠周炎、頜骨骨髓炎等，嚴(yán)重危害口腔健康。更為重要的是，口腔微生物可作病灶，與全身系統(tǒng)性疾病關(guān)系密切。近期研究發(fā)現(xiàn)，口腔微生物與口腔癌、糖尿病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病有著密切聯(lián)系，可作為上述疾病的潛在生物學(xué)標(biāo)記。
口腔微生態(tài)系作為僅次于腸道微生態(tài)系的復(fù)雜系統(tǒng)，其不同生態(tài)位點(diǎn)內(nèi)微生物群落物種組成及基因種類均存在顯著差異，這種差異不僅與宿主的健康及疾病狀態(tài)相關(guān)，同時(shí)受到宿主年齡、性別、牙列狀態(tài)、民族、居住區(qū)域等遺傳及環(huán)境因素的影響。課題組通過(guò)各種高通量分析技術(shù)（454焦磷酸測(cè)序，illumina測(cè)序以及GeoChip微生物功能基因組芯片），在宏基因組學(xué)層面對(duì)口腔微生物群落進(jìn)行了初步探索。研究發(fā)現(xiàn)，口腔典型微生態(tài)境內(nèi)細(xì)菌的分布模式存在顯著差異。厚壁菌為唾液及頰黏膜的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門，而變形菌、厚壁菌、擬桿菌及梭桿菌為齦上菌斑優(yōu)勢(shì)菌門；口腔細(xì)菌組成隨著人的年齡及牙列狀態(tài)改變呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，頰黏膜菌群中螺旋體的豐度隨著年齡的增長(zhǎng)而呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。
目前擁有人類口腔細(xì)菌16S rRNA和基因組資源最全的數(shù)據(jù)庫(kù)是由美國(guó)Forsyth研究所和英國(guó)國(guó)王學(xué)院聯(lián)合在NIH牙顱頜面研究所（National Institute of Dental and Craniofacial Research，NIDCR）建立的人類口腔微生物組數(shù)據(jù)庫(kù)（Human Oral Microbiome Database，HOMD；www.HOMD. org）。該數(shù)據(jù)庫(kù)共有13門691種口腔細(xì)菌，其中344種已命名，112種可培養(yǎng)未命名，232種不可培養(yǎng)。
1.2 腸道微生物群落
從胃幽門至肛門的腸道是人體消化道最長(zhǎng)、功能最重要的一段。腸道微生物組成人體最大的微生態(tài)系統(tǒng)，定植細(xì)菌超過(guò)35 000種。腸道細(xì)菌主要由擬桿菌門和厚壁菌門組成，其次是放線菌門和疣微菌門。生理狀態(tài)下，腸道共生菌參與食物消化和藥物代謝，調(diào)控宿主免疫，阻止病原體侵入組織和器官。該生態(tài)平衡一旦被打破，致病菌將占據(jù)主導(dǎo)地位，細(xì)菌毒素和代謝物質(zhì)等有害因素侵襲腸上皮細(xì)胞，可引起炎性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）、應(yīng)激性結(jié)腸綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）、結(jié)腸癌及肥胖和糖尿病等代謝性疾病。腸道微生物群落物種組成及基因種類存在時(shí)空差異。小腸、大腸和直腸作為腸道的三部分，其微生物叢組成和結(jié)構(gòu)具有較大差異，與每部分的生理功能密切相關(guān)。不同個(gè)體中腸道微生物組成差異較大，而單一個(gè)體相對(duì)穩(wěn)定。飲食、抗生素使用或宿主生理狀態(tài)均可能導(dǎo)致腸道微生物的一過(guò)性變化。腸道微生物群落的建立與唾液微生物群落類似，成人平均每天產(chǎn)生>1 000 mL唾液，幾乎全部進(jìn)入胃腸道，因此唾液細(xì)菌有很大機(jī)會(huì)進(jìn)入并定植于腸道，提示唾液微生物群落可在一定程度影響腸道微生物群落結(jié)構(gòu)的發(fā)展。
隨著美國(guó)HMP計(jì)劃和歐洲人體腸道宏基因組計(jì)劃（Metagenomics of the Human Intestinal Tract，MetaHIT）的開展，人類對(duì)腸道微生物的理解更加深入。兩項(xiàng)大規(guī)模人群計(jì)劃從基因的水平系統(tǒng)探索了腸道微生物的結(jié)構(gòu)和功能。發(fā)現(xiàn)腸道微生物群落組成具有很大個(gè)體差異，雙生子腸道中相同的細(xì)菌種類少于50%，相同的病毒序列則更少。遺傳因素在腸道菌群的建立和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，宿主染色體上某些特殊位點(diǎn)可影響微生物群落的組成。在微生物群落功能層面，學(xué)者們對(duì)腸道微生物在疾病發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制有了更加全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)疾病的防治有了新的手段，近期研究發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)益生菌、某些抗糖尿病藥和糞菌移植等手段，改變腸道代謝狀況，從而干預(yù)代謝紊亂性疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸。
2.口腔微生物與腸道微生物相互定植及致病作用
口腔細(xì)菌是否可通過(guò)進(jìn)食和唾液吞咽進(jìn)入胃腸道定植，腸道細(xì)菌是否通過(guò)糞-口途徑或者胃鏡檢查定植于口腔？口腔和腸道微生物相互定植后是否影響原來(lái)的生態(tài)平衡而引起相應(yīng)疾?。勘M管針對(duì)上述科學(xué)問題尚無(wú)明確的結(jié)論，但近期大量研究結(jié)果對(duì)深入了解口腔與腸道微生物的交互作用提供重要線索。
2.1 口腔微生物在腸道中定植
牙周病被公認(rèn)為是許多系統(tǒng)性疾病的危險(xiǎn)因素，其主要致病菌牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis）在口腔中的定植可導(dǎo)致腸道微生物群落結(jié)構(gòu)紊亂，桿菌門數(shù)量增加，厚壁菌門數(shù)量減少，血清內(nèi)毒素水平增加，導(dǎo)致腸道炎癥發(fā)生。牙齦卟啉單胞菌還可入侵肝臟，引起相關(guān)疾病。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)肝硬化患者腸道微生物組結(jié)構(gòu)改變主要?dú)w因于大量口腔細(xì)菌入侵腸道。具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum）是牙周病的另一個(gè)重要相關(guān)菌。正常情況下幾乎無(wú)法在腸道中檢測(cè)出，但該細(xì)菌可定植于腸道，在結(jié)直腸腫瘤和炎性腸病中發(fā)揮重要作用。近期研究證實(shí)，具核梭桿菌可抑制T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生，并與結(jié)腸癌的預(yù)后密切相關(guān)。
闌尾是人體微生物的儲(chǔ)備庫(kù)，定植于闌尾的微生物在特定情況下可重新定植于胃腸道。學(xué)者研究了急性闌尾炎患者闌尾的微生物組成，發(fā)現(xiàn)厚壁菌門是主要定植菌，其次是大量變形菌門、擬桿菌門和放線菌門等腸道菌群。同時(shí)檢出了許多口腔常駐細(xì)菌，如雙球菌屬、微單胞菌屬和梭桿菌屬等，且梭桿菌屬與闌尾炎嚴(yán)重程度密切相關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，闌尾炎患者闌尾切除樣本中梭桿菌屬數(shù)量較健康人群顯著增加，擬桿菌屬數(shù)量顯著減少，并檢出卟啉單胞菌屬定植。唾液鏈球菌（Streptococcus salivarius）是口腔早期定植菌，可定植于腸道中，下調(diào)小腸上皮細(xì)胞的核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB），在腸道炎癥反應(yīng)和內(nèi)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。
Zhang等通過(guò)對(duì)肝硬化患者以及肝硬化并發(fā)肝性腦病患者糞便微生物群落16S rRNA序列分析，發(fā)現(xiàn)唾液鏈球菌可移位到肝硬化患者腸道并過(guò)度增殖，是肝硬化以及肝硬化并發(fā)肝性腦病的重要誘因。白色假絲酵母菌在義齒性口炎的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，Sugita等將其接種到無(wú)菌鼠口腔中，在小鼠糞便中檢測(cè)到該菌，發(fā)現(xiàn)它在腸道中的定植與易感人群的食物過(guò)敏密切相關(guān)。有學(xué)者通過(guò)人群?jiǎn)柧碚{(diào)查發(fā)現(xiàn)，不良口腔衛(wèi)生保健行為可改變口腔菌叢，引起腸道微生物失衡，導(dǎo)致IBD的發(fā)生。
2.2 腸道微生物在口腔中定植
腸道微生物幾乎不能在口腔定植。He等在小鼠口內(nèi)成功建立了一個(gè)包含10種以上細(xì)菌的穩(wěn)定微生物群落，該群落可識(shí)別大腸埃希菌表面脂多糖，產(chǎn)生H2O2抵御小鼠腸道來(lái)源大腸埃希菌或外源接種的大腸埃希菌標(biāo)準(zhǔn)株在口腔的定植。盡管如此，腸道微生物可間接影響口腔微生物群落結(jié)構(gòu)。IBD被公認(rèn)為是腸道菌群紊亂引起宿主免疫反應(yīng)改變，進(jìn)而引起的炎癥反應(yīng)。IBD患者常伴有唾液微生物組成變化和相應(yīng)的口腔癥狀，提示病理狀態(tài)下腸道微生物可能通過(guò)影響宿主免疫，直接或間接影響口腔微生物群落組成。
3口腔微生物和腸道微生物與系統(tǒng)性疾病的相關(guān)性
隨著基因組學(xué)和生物信息學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到微生物在系統(tǒng)性疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用?？谇晃⑸锖湍c道微生物可單獨(dú)引起一系列系統(tǒng)性疾病，但兩者是否同時(shí)參與系統(tǒng)性疾病的發(fā)生發(fā)展，并在疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中各自扮演怎樣的角色，亟待深入系統(tǒng)的研究。
3.1 心血管疾病
心血管疾病，又稱循環(huán)系統(tǒng)疾病，指發(fā)生在人體運(yùn)送血液的器官和組織，包括心臟、血管（動(dòng)脈、靜脈、微血管）等疾病的總稱。牙周致病菌（尤其是牙周“紅色復(fù)合體”）、牙菌斑微生物所導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)、生態(tài)失衡和膽固醇水平變化與心血管疾病的發(fā)生密切相關(guān)。另一方面，腸道微生物可通過(guò)調(diào)控肥胖、胰島素抗性、血脂濃度等心血管疾病的高危因素，參與該類疾病的發(fā)生發(fā)展。Armingohar等發(fā)現(xiàn)伴有牙周炎的血管疾病患者中細(xì)菌數(shù)量和多樣性比不伴有牙周炎的血管疾病患者多，樣本中不僅存在大量口腔共生菌，還頻繁檢測(cè)出腸桿菌，提示腸道微生物和口腔微生物均可能參與到血管疾病的發(fā)生。動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis）是發(fā)病率和死亡率極高的一類常見心血管疾病，發(fā)病機(jī)制上屬于代謝和炎性疾病，患者血漿膽固醇水平升高，動(dòng)脈壁巨噬細(xì)胞富集。目前已有大量研究證實(shí)牙周微生物與該病發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，近期有學(xué)者發(fā)現(xiàn)腸道微生物也參與其中。Koren等發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化患者的動(dòng)脈硬化斑塊中存在細(xì)菌，細(xì)菌DNA的量與斑塊中白細(xì)胞的量相關(guān)。
運(yùn)用細(xì)菌16S rRNA測(cè)序深入分析斑塊中細(xì)菌的組成，發(fā)現(xiàn)所有斑塊中均存在金色單胞菌屬（Chryseomonas），大部分斑塊中存在韋榮球菌屬（Veillonella）和鏈球菌屬（Streptococcus），兩者的豐度與其在口腔中的豐度密切相關(guān)。動(dòng)脈粥樣斑塊中另外幾種常見細(xì)菌種型也在同一個(gè)體口腔或腸道樣本中檢出，說(shuō)明斑塊中細(xì)菌來(lái)源除口腔外，還有腸道。口腔和腸道中某些細(xì)菌門類與患者血漿膽固醇水平相關(guān)，提示口腔和腸道微生物群落與動(dòng)脈粥樣硬化的生物標(biāo)志物具有一定關(guān)聯(lián)。
3.2 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）
RA是一類自身免疫性疾病，在全球范圍內(nèi)影響數(shù)千萬(wàn)人，并由于心腦血管等全身性并發(fā)癥導(dǎo)致大量患者死亡。微生物因素作為該疾病的激發(fā)因子之一，在疾病發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用。近期一項(xiàng)研究利用宏基因組鳥槍法測(cè)序（metagenomic shot gun sequencing）和元基因組關(guān)聯(lián)分析（metagenome wide association study，MGWAS）檢測(cè)RA患者和健康對(duì)照組糞便、牙齒、唾液樣本中微生物群落的組成和功能。研究發(fā)現(xiàn)口腔微生物組和腸道微生物組在豐度和功能上存在重疊。
兩者的改變可將RA患者區(qū)分于健康人群。這些微生物特異性改變包括患者口腔和腸道中嗜血菌屬（Haemophilus）減少，唾液乳桿菌（Lactobacillus salivarius）數(shù)量增加，兩個(gè)位點(diǎn)微生物群落中鐵、硫、鋅等離子和精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)/代謝發(fā)生改變。RA經(jīng)過(guò)治療后，微生物組成在一定程度上恢復(fù)正常，提示口腔和腸道微生物群落的特異性改變可以作為預(yù)測(cè)和診斷RA的潛在手段?？谇晃⑸镏醒例l卟啉單胞菌與RA的發(fā)生密切相關(guān)。牙齦卟啉單胞菌可以產(chǎn)生肽精氨酸脫亞胺酶（peptidylarginine deiminase），使精氨酸轉(zhuǎn)化為瓜氨酸，許多黏膜蛋白被瓜氨酸化后可使體內(nèi)產(chǎn)生抗瓜氨酸化蛋白抗體（anti-citriullinated protein antibodies，ACPA），后者是RA的特異性生物標(biāo)志物。腸道微生物主要通過(guò)大量革蘭陰性菌的代謝毒物進(jìn)入血液循環(huán)，進(jìn)而影響RA的發(fā)生、發(fā)展。
目前尚不能斷定腸道菌群生態(tài)紊亂是RA的直接致病因素，還是其通過(guò)導(dǎo)致局部或全身炎癥而間接誘發(fā)RA。此外，RA患者腸道菌群改變所導(dǎo)致的酶效應(yīng)和代謝改變?nèi)源钊胙芯俊?br />
3.3 肝硬化
肝硬化（hepatic sclerosis）是臨床常見的慢性進(jìn)行性肝病，由一種或多種病因長(zhǎng)期或反復(fù)作用形成的彌漫性肝損害，肝性腦病是肝硬化的常見并發(fā)癥，是肝硬化患者死亡的主要原因之一。研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物變化可作為肝硬化發(fā)病標(biāo)志。李蘭娟院士課題組比較了肝硬化患者和健康人群糞便微生物組成，發(fā)現(xiàn)肝硬化患者擬桿菌門豐度顯著下降，變形菌門和梭桿菌門顯著上升。在細(xì)菌科水平，肝硬化患者腸桿菌科、韋榮球菌科及鏈球菌科檢出率顯著增高，毛螺旋菌科豐度下降，這4個(gè)細(xì)菌科水平的變化與肝硬化診斷及預(yù)后密切相關(guān)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)肝硬化患者豐度較高的腸道微生物中有54%來(lái)源于口腔，其中優(yōu)勢(shì)菌主要是口腔唾液鏈球菌和韋榮菌屬，提示口腔細(xì)菌移殖到腸道在肝硬化發(fā)病過(guò)程中起到重要作用，唾液鏈球菌和韋榮菌屬可作為診斷肝硬化的微生物標(biāo)記。Patel等也發(fā)現(xiàn)口腔唾液鏈球菌是肝硬化及并發(fā)肝性腦病患者早期監(jiān)測(cè)和后期療效評(píng)估的重要微生物標(biāo)記。此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)肝硬化患者唾液和糞便中土著菌豐度降低，腸桿菌和腸球菌數(shù)量增加，提示肝硬化發(fā)生、發(fā)展與口腔和腸道微生物群落結(jié)構(gòu)變化密切相關(guān)。