JCI insight：牙周病和克罗恩病之间潜在的致病关联

编译：微科盟听雪斋，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

炎症性肠病（IBD）患者的口腔状况相对较常见。然而，口腔疾病对肠道炎症的作用仍有待探索。在此，我们调查牙周炎对IBD患者的疾病表型的影响。共招募了60名IBD患者（42名溃疡性结肠炎[UC]和18名克罗恩病[CD]）和45名非IBD健康对照者（HCs）参与本次临床研究。研究了早期牙周炎对口腔和肠道微生物群、IBD特征的影响。此外，在登记后12个月内对患者进行前瞻性监测。我们发现在UC和CD患者中，肠道微生物组与口腔微生物组的相似性明显高于HCs，这表明IBD患者中口腔细菌肠道异位定植增加。早期牙周炎并没有进一步增强口腔细菌在肠道的定植。早期牙周炎的存在对UC和CD患者的临床结果没有显著影响。然而，患有早期牙周炎的CD患者的短克罗恩病活动指数增加，而在研究期间，没有牙周炎的患者的短克罗恩病活动指数下降或不变。因此，在某些CD患者中，早期牙周炎可能与更严重的临床症状相关。

 论文ID

 原名：A potential pathogenic association between periodontal disease and Crohn's disease

译名：牙周病和克罗恩病之间潜在的致病关联

期刊：JCI insight

IF：8.315

发表时间：2021.10.28

通讯作者：Hitoshi Ichikawa，Nobuhiko Kamada

通讯作者单位：日本庆应大学医学院预防医学中心，美国密西根大学内科

DOI号：10.1172/jci.insight.148543

实验设计

结果

1 临床特征

患者纳入标准和研究流程图如图1所示。共有69名IBD患者（48名UC和21名CD）和50名非IBD健康对照者（HC）入选。在所有参与者中，5名健康对照者、3名CD患者和6名UC患者因无法提供唾液或粪便样本而被排除在外。本研究分析了其余60例IBD患者（42例UC和18例CD）和45例健康对照者的基线临床特征以及口腔和肠道微生物组。此外，对发病时病情静止的IBD患者（31例UC和16例CD）进行为期12个月的前瞻性疾病复发监测。患者人口统计数据如表1和补充表1所示。我们首先关注研究参与者的年龄和吸烟习惯，因为这些是与牙周炎风险相关的重要因素。CD患者的平均年龄略低于健康对照组（表1和补充表1）。然而，由于所有入选的参与者年龄在16至39岁之间，与年龄相关的牙周炎的影响被认为是可以忽略的。三个研究组的吸烟习惯相似（表1和补充表1）。接下来，我们调查了所有研究参与者的口腔状况。三组中探诊出血（BOP）部位的百分比没有差异（表1和补充表1）。在这项研究中，患者的平均年龄是年轻的，考虑到IBD是在相对较早的年龄发展起来的，这是可以理解的。此外，它还解释了为什么没有IBD患者，也没有健康人群，

对照组表现为严重的牙周炎，这在年轻人中很少见。因此，我们将一个或多个深度超过4 mm的牙周袋定义为早期牙周炎。与之前的研究不同，健康对照组和IBD（UC和CD）患者之间的早期牙周炎患病率没有差异（表1和补充表1）。UC和CD患者的牙齿数量高于健康对照组（补充表1）。在CD患者中，患有早期牙周炎[Perio（+）]的患者的牙齿总数高于没有牙周炎[Perio（-）]的患者（补充表1）。健康对照组和UC患者均未观察到这种差异（补充表1）。三组之间的龋齿数量没有显著差异。只有CD患者Perio（+）的龋齿数量高于Perio（-）患者（补充表1）。健康对照组和IBD患者（UC和CD）的口腔湿度无显著差异（补充表1）。

图1. 参与者纳入和排除标准及研究流程图。

表1. 患者人口统计。

BOP，探查时出血；*早期牙周炎定义为存在一个或多个>4mm的牙周袋。1单因素方差分析和Bonferroni的事后检验。N.S.表示无显著性差异。2卡方检验。N.S.表示无显著性差异。3student t检验。N.S.表示无显著性差异。

  2 IBD患者的口腔和肠道微生物组分析

接下来，我们分析了IBD患者和健康对照组的口腔和肠道微生物组。分离唾液和粪便样本，并通过16S rRNA测序评估微生物组成。2名CD患者（CD-07和CD-14）因唾液微生物组样本的16S rRNA文库质量导致分析失败而被排除在外（注意，这些患者也被排除在肠道微生物组分析之外）。如前所述，与健康对照组相比，IBD患者（UC和CD）的口腔微生物成分发生了改变（图2和补充图1）。与健康对照组相比，一些已知与口腔疾病相关的细菌分类群，如紫单胞菌科OTU0100、卟啉单胞菌OTU0018和纤毛菌 OTU0037在UC患者中富集（补充图1）。然而，同一家族的不同种类和菌株（即不同的OTU）在健康对照中占据过高的比例（卟啉单胞菌科OTU0031和OTU0162)（补充图1）。因此，口腔致病菌的积累可能不是UC患者观察到的特异性变化。与健康对照组相比，可能导致口腔疾病的患者、梭杆菌OTU0043和链球菌OTU0002显著富集（补充图1）。另一方面，其他潜在的口腔致病菌，如肠杆菌科和弯曲杆菌，在健康对照组中略高于CD患者（补充图1）。在粪便样本中，与之前的报告一致，我们观察到与健康对照组相比，IBD患者肠道中积累了一些与假定的口腔致病菌相关的分类群（例如，UC患者中的普雷沃氏菌、紫单胞菌科、奈瑟菌和韦荣氏球菌和CD患者中的普雷沃氏菌、紫单胞菌科和Atopobium（补充图1）。

为了解决早期牙周炎对口腔微生物组组成的影响，我们鉴定了牙周炎时富集的细菌分类群。与先前的研究相一致，牙周炎改变了健康对照组的口腔微生物组，如与口腔疾病相关的分类群（如普雷沃氏菌）的积累所示。在IBD患者的Perio（-）与Perio（+）比较中，发现在Perio（+）健康对照组中未富集的细菌类群累积（例如，UC中的巴斯德氏菌、奈瑟菌、韦荣氏球菌和CD中的紫单胞菌科、Alistipes、肠杆菌科）（补充图2）。因此，健康对照组和IBD患者在基线和牙周炎发展后的口腔微生物组可能略有不同。然而，在IBD患者中未观察到特异性的致病性变化。与口腔微生物组相比，深袋的存在对肠道微生物组的影响很小。在健康对照组中，Perio（-）和Perio（+）个体之间未观察到差异（补充图2）。在CD患者中，与Perio（-）个体相比，Alistipes在Perio（+）中富集（补充图2）。在Perio（+）UC患者中未检测到明显的细菌富集（补充图2）。

由于科和属级别的分类分辨率限制了对细菌致病潜力的预测，我们检查了口腔细菌IgA涂层的状态。鉴于潜在致病菌具有强大的免疫原性，因此IgA被高度包裹，细菌IgA包衣可用于识别致病菌。在这方面，我们测量了健康对照组和IBD患者唾液中被IgA高度包裹的口腔细菌的丰度。如补充图3所示，大量口腔细菌涂有IgA。然而，健康对照组和IBD患者唾液中IgA包被细菌的丰度没有差异。与健康对照组相比，CD患者的肠道微生物群中IgA包衣细菌显著富集（补充图3）。在该数据集中，我们没有观察到UC患者肠道中IgA包衣细菌的富集（补充图3）。

图2. 口腔和肠道微生物组特征。通过16S rRNA测序分析健康对照组（HC）和患有和未患有早期牙周炎的IBD患者（UC和CD）唾液和粪便的微生物组成，显示了细菌家族的相对丰度。（A） 口腔微生物群（唾液）。（B） 肠道微生物群（粪便）。

3 IBD患者口腔细菌异位肠道定植增加

为了验证IBD患者肠道细菌异位定植的程度，我们评估了配对患者的口腔和肠道微生物群共有的细菌种类。使用Jaccard相似性，相当于肠道和口腔微生物群之间共享的16S rRNA V4区域序列变异部分，我们发现UC和CD患者的肠道微生物群与口腔微生物群的相似性明显高于健康对照组（图3A）。无论患者是否患有牙周炎，无论疾病状态如何，这一点都是正确的（图3B）。因此，IBD患者口腔细菌异位肠道定植的增加可能是由于肠道生态失调所致。与已知的牙周炎动物模型——结肠炎不同，牙周炎不会进一步增强口腔细菌在肠道的定植。

图3. 口腔和肠道微生物组之间的相似性。使用Jaccard相似性分析个体患者唾液和粪便中细菌类群的相似性。（A） HC、UC和CD的口腔和肠道细菌相似性。（B） 患有或不患有早期牙周炎的HC和IBD患者的口腔和肠道细菌相似性。采用student t检验的P值**P<0.01；****P<0.0001；N.S.表示无显著性差异。

  4 早期牙周炎与临床结果

为了研究早期牙周炎对IBD患者肠道受累的可能影响，我们评估了伴有和不伴有牙周炎的IBD患者的临床状况。在UC患者中，Perio（-）和Perio（+）之间的年龄和疾病持续时间无显著差异（图4A和补充表2）。大多数UC患者被诊断为广泛性（E3）结肠炎，一些患者患有左侧（E2）结肠炎或直肠炎（E1）（图4B和补充表2）。两组患者病情缓解的百分比（定义为部分Mayo评分≤2）相似（图4C和补充表2）。19例Perio（-）患者中有5例，23例Perio（+）UC患者中有6例患有EIMs（图4D和补充表2）。Perio（-）组和Perio（+）组之间类固醇依赖性和难治性患者的比例相似（图4E和补充表2）。抗肿瘤坏死因子药物和硫嘌呤——单药治疗或联合治疗——通常用于中重度疾病的诱导治疗和维持治疗。Perio（-）和Perio（+）UC患者接受此类治疗的患者比例相似（图4F和补充表2）。因此，牙周炎的存在可能不会影响UC患者肠道炎症的严重程度。

在CD患者中，Perio（+）患者的病程明显短于Perio（-）患者，尽管Perio（-）和Perio（+）患者的平均年龄没有差异（图5A和补充表1和2）。大多数患者患有孤立性结肠（L2）疾病（图5B和补充表2）。两组之间复杂CD（B2[结构]或B3[穿透]疾病）患者的比例相似（图5C和补充表2）。本研究登记的大多数CD患者病情缓解（定义为短CDAI）≤ 4） ，除2名无牙周炎的患者外（图5D和补充表2）。7例Perio（-）患者中有2例和11例Perio（+）患者中有2例患有EIM（图5E和补充表2）。虽然对生物制剂的反应良好，但Perio（+）组需要生物制剂或硫嘌呤来控制疾病的患者比例高于Perio（-）组（图5、F和G以及补充表2）。在日本，生物制剂通常用于治疗对硫嘌呤不敏感的疾病。因此，Perio（+）患者的病程较短，但生物制剂的使用相对较高，这一事实可能意味着Perio（+）患者可能更难控制疾病。

图4. 有或无早期牙周炎患者的UC特征。（A）入境时的年龄和疾病持续时间。（B） 诊断时疾病范围：E1，直肠炎；E2，左侧；E3，广泛的。（C） 疾病活动。（D） 肠外表现（EIM）。（E） 对类固醇治疗的反应：SR，类固醇难治性；SD，激素依赖性；SF，不含类固醇。（F） 接受硫嘌呤或抗TNF治疗的患者人数。（A） 结果显示为平均值±标准差。点表示个体参与者。显示了通过Mann-Whitney U检验（A）或Fisher精确检验（B-F）得出的P值。

  图5.有或无早期牙周炎患者的CD特征。 （ A ） 入境时的年龄和疾病持续时间。（ B ） 诊断时疾病部位： L1 ，回肠末端； L2 ；冒号 L3 ，回结肠。（ C ） 疾病行为： B1 ，不狭窄，不穿透； B2 ，狭窄； B3 ，穿透。（ D ） 疾病活动。（ E ） 肠外表现（ EIM ）。（ F ） 对生物疗法的抵抗（ RE ）。（ G ） 接受硫嘌呤或抗 TNF 治疗的患者人数。显示了通过 Mann-Whitney U 检验（ A ）或 Fisher 精确检验（ B-G ）得出的 P 值。 

5 早期牙周炎可能对CD的病程有一定影响

为了确定牙周炎的存在是否是CD的预后因素，我们计算了Perio（+）和Perio（-）组的复发风险。在31例非活跃UC患者中，14例为Perio（-），17例为Perio（+）（补充表2）。在16例非活跃CD患者中，5例为Perio（+），11例为Perio（+）（补充表2）。在UC Perio（-）组中，4名患者在12个月内（进入研究后30、57、64、134天）出现疾病复发（图6A和补充表2）。在Perio（+）组中，3名UC患者在12个月内（研究开始后56、113、125天）复发（图6A和补充表2）。在Perio（+）CD患者中，约30%（11例中的3例）出现疾病复发（进入研究后15、69、120天），而所有Perio（-）CD患者（5例中的5例）在12个月内保持病情缓解（图6A和补充表2）。虽然这些结果总体上没有统计学意义，但它们表明早期牙周炎可能对CD患者的复发风险有一定影响。

为了进一步研究早期牙周炎对IBD疾病预后的影响，我们回顾性分析了患者的临床病程（补充表3）。在UC患者中，Perio（+）组和Perio（-）组的两次随访时间没有差异(图6B)。此外，Perio（+）组和Perio（-）组在初次就诊（研究开始）和最后一次就诊（DpMayo）之间的部分Mayo评分变化没有差异（图6C）。除了这些分析，我们还开发了部分Mayo评分增加的复合结果，以确定牙周炎是否与UC的临床病程相关。有无牙周炎之间没有显著差异（图6D）。

在CD患者中，Perio（+）患者的随访时间明显短于Perio（-）患者（图6E）。在研究期间，Perio（+）CD患者的sCDAI增加，但Perio（-）CD患者的sCDAI下降（图6F）。关于综合结果，Perio（-）组有2名患者达到sCDAI增加或发作的综合终点，而Perio（+）组有6名患者出现sCDAI发作（n=3）或增加（n=3）。因此，在研究期间，Perio（+）组有更活跃疾病的趋势（P=0.37），尽管与Perio（-）组相比，随访间隔有缩短的趋势。

为了确定复发患者肠道内累积的特定口腔细菌种类，我们分析了有无复发的IBD患者的口腔和肠道微生物组之间的相似性。由于在12个月的随访期内很少有患者出现疾病复发，我们将UC和CD患者数据结合起来进行分析。有趣的是，尽管有或无牙周炎以及有或无复发的患者肠道和口腔微生物组之间的重叠程度相似，但肠道和口腔微生物组之间共享的特定微生物种类似乎因复发而不同。同样，由于数量有限，几乎所有观察到的IBD复发患者的肠道和口腔微生物群中都存在副流感嗜血杆菌、副溶血链球菌和S. odontolytica。同样，几乎所有复发和患有牙周炎的患者的肠道和口腔微生物群中都存在小韦荣球菌和Gemella spp. （补充图4）。

图6. 早期牙周炎对IBD的影响。（A）IBD缓解患者（即pMayo评分≤ 2例UC病例和sCDAI≤ 4例CD患者）在研究开始时进行了长达12个月的前瞻性疾病复发监测（31例UC和16例CD）。显示了维持病情缓解的患者百分比。（B） 坎特伯雷大学的随访间隔（即，从首次就诊开始的天数）。（C） UC中从首次就诊到最后一次就诊的pMayo得分变化（ΔpMayo）。（D） 复合（+）UC患者的百分比。（E） CD中的随访间隔（即从首次就诊开始的天数）。（F） CD中从初次就诊到最后一次就诊的sCDAI得分变化（ΔsCDAI）。（G） 复合（+）CD患者的百分比。（B，C，E，F）结果显示为平均值±标准差。点表示个体参与者。图中显示了对数秩检验（A）、Bonferroni检验（B，E）、Student t检验（C，F）或Fisher精确检验（D，G）的P值。

讨论

在这项研究中，我们证明与健康对照组相比，UC和CD患者的肠道细菌定植增加。虽然早期牙周炎不会加速口腔细菌的异位肠道定植，但早期牙周炎可能对CD患者的肠道疾病有一定影响。在CD患者中，在研究期间，Perio（+）患者的sCDAI增加，Perio 5（-）患者的sCDAI减少（ΔsCDAI）。此外，Perio（+）患者的随访时间明显短于Perio（-）患者。鉴于所有患者都在一个中心接受治疗，与大型机构、多中心或公共与私人中心相比，所有患者在获得生物制剂方面都有类似的治疗途径，这是合理的，因为预计这些机构、多中心或公共与私人中心在生物制剂处方模式方面会有更大的差异。此外，在2018-2019年的研究期间，日本没有批准新的反TNF。因此，在研究开始和结束之间，没有大量新的或更有效的药物可用。考虑到这些因素，患者可能接受了一致的治疗。因此，较短的随访间隔和增加的ΔsCDAI可能意味着更难控制疾病。然而，需要进一步的研究以及更大的样本量才能得出一个更明确的结论，即牙周炎会影响CD的临床结果。

尽管先前的研究报告表明IBD患者的口腔疾病（包括牙周炎）患病率较高，但我们在队列中并未观察到这种趋势。这可能是因为我们的研究人群相对年轻。健康对照组和IBD（UC和CD）患者的大多数口腔状况，如BOP%、龋齿数量和口腔湿润程度，没有显著差异。有趣的是，UC和CD患者的牙齿数量明显高于健康对照组，这是由于剩余智齿的数量。导致第三颗牙齿（29颗，31颗）和第三颗牙齿（29颗，31颗）错位的通常是牙周问题。拔除智齿被认为是维持口腔健康的临床选择。尽管目前还完全不清楚为什么只有少数IBD患者（至少在这一队列中）经历过智齿拔除，但因保留第三组磨牙而引起的牙周问题可能会影响IBD的肠道受累。值得注意的是，智齿通常出现在17至25岁之间，这与IBD发病的主要高峰年龄重叠。因此，尽管需要进一步的研究来证明这种精确的联系，但智齿的存在可能有助于IBD的发病机制。

据报道，与健康对照组相比，更多的IBD患者出现口腔生态失调。我们一致地观察到健康对照组和IBD患者之间唾液微生物群组成的差异。牙周炎的存在丰富了健康对照组的口腔病理学。与健康对照组相比，牙周炎对IBD患者口腔微生物群的影响更为显著。值得注意的是，与未患牙周炎的CD患者相比，患有牙周炎的CD患者的肠杆菌科细菌显著丰富。鉴于口腔内积聚的肠杆菌科细菌与小鼠结肠炎易感性增加有关，这些细菌也可能导致人类患CD的风险。然而，还需要进一步的研究来检验富集的细菌种类和菌株在多大程度上具有人类大肠杆菌的能力。同样，值得注意的是，我们没有在牙周炎患者和健康对照组中观察到经典牙周病菌的扩展，这可能与患者选择有关，因为本研究的参与者相对较年轻，因此仅发生了轻度（即早期）牙周炎。唾液样本的微生物成分也可能与牙周袋不同。

我们发现在UC和CD患者中，口腔和肠道微生物群之间的相似性明显高于健康对照组。这一结果表明IBD患者口腔细菌的异位肠道定植增加。由于大多数IBD患者在收集口腔和肠道微生物组样本时都处于感染状态，因此IBD患者易于被口腔细菌定植，而不管是否存在可能破坏肠道微生物组的活动性疾病。与动物牙周炎-结肠炎模型不同，早期牙周炎的存在不会进一步增强IBD患者口腔细菌的肠道定植。然而，早期牙周炎可能会对IBD的临床进程产生负面影响，尤其是CD。这意味着牙周炎可能会影响宿主的免疫激活，进而导致肠道疾病。在这方面，我们报道了IBD动物模型中口腔和肠道粘膜之间的免疫联系。在小鼠牙周炎-结肠炎模型中，牙周炎导致口腔中出现致病性Th17细胞。这些从头产生的致病性Th17细胞转移到肠道粘膜，在那里它们对异位定植的口腔致病菌产生反应，并导致肠道炎症。因此，免疫细胞，如Th17细胞，可能在牙周炎期间出现，并与IBD患者的口腔病理学共同导致肠道炎症。然而，直接评估人类口腔T细胞向肠道的迁移是困难的。或者，分析循环中的Th17细胞对口腔病原菌的反应性可以部分解决这个问题。如果牙周炎像小鼠一样诱导人类肠道致病菌T细胞分化，那么抗整合素治疗可能对患有牙周炎的IBD患者更有效。因此，牙周炎的存在可确定对某些IBD治疗（如抗整合素治疗）有反应的患者亚群。

然而，这项研究有局限性。一个限制是样本量小，尤其是亚组，例如复发患者的数量。事实上，由于样本量的原因，本研究中评估的大多数IBD结果在统计学上并不显著。此外，用于牙周病诊断的标准代表了考虑IBD条件所需的年轻人群的早期形式。因此，该人群不属于典型的患有更严重疾病的人群，这些疾病在以后几十年的生活中都有表现。这可能是我们没有在牙周炎患者中观察到经典牙周病理学扩展的原因。因此，需要进行进一步的研究，以确定本研究中的观察结果是否具有可重复性和统计学意义，使用更同质的患者队列（例如，治疗初期患者或正在开始新治疗的活动性疾病患者），以及更大的样本量。尽管一些临床参数，如DsCDAI，显示了早期牙周炎对CD患者肠道炎症的潜在影响，但鉴于上述局限性，早期牙周炎的存在并未产生显著影响。本研究中UC和CD患者的临床结果（样本量小、患者异质性和轻度牙周炎）尽管存在局限性，但本研究显示UC和CD患者的微生物特征比其他报道的研究更全面，因此，作为概念证明，本研究提供了有价值的见解，以了解牙周炎症和口腔失调在IBD临床过程中的可能作用。