【论著】牙周炎对雌激素缺乏小鼠骨组织及肠道色氨酸代谢影响的研究
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作者：魏媛 王南南 王敏 钱俊 聂华 葛叡扬 廖文正 闫福华
通信作者：闫福华
作者单位：南京大学医学院附属口腔医院·南京市口腔医院牙周病科 南京大学口腔医学研究所
引用本文：魏媛, 王南南, 王敏, 等. 牙周炎对雌激素缺乏小鼠骨组织及肠道色氨酸代谢影响的研究[J]. 中华口腔医学杂志, 2024, 59(4): 354-363. DOI: 10.3760/cma.j.cn112144-20231225-00307.
目的
研究雌激素缺乏背景下，牙周炎对骨组织和肠道色氨酸代谢的影响。
方法
将32只雌性C57BL6/J小鼠根据随机数字表法随机分为4组（每组8只）：假手术组（Sham组）；假手术牙周炎组（Sham_Lig组）；去卵巢组（Ovx组）；去卵巢牙周炎组（Ovx_Lig组）。Sham_Lig组与Ovx_Lig组小鼠术后4周，以5-0号丝线结扎双侧上颌第二磨牙诱导牙周炎。丝线结扎8周后对4组小鼠实施安乐死，取材小鼠股骨、胫骨、下颌骨及颅骨样本行显微CT（micro-CT）扫描，并检测样本骨密度、骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）、骨小梁厚度（Tb.Th）和骨小梁分离度（Tb.Sp）。收集4组小鼠盲肠内容物，利用16S rRNA基因测序检测肠道菌群的组成，通过液相色谱-质谱法检测肠道中的色氨酸及其代谢物的含量，并对肠道菌群相对丰度水平与色氨酸代谢物含量行相关性分析。
结果
Ovx_Lig组小鼠股骨骨密度［（82.23±3.97）mg/cm3］、BV/TV［（9.25±1.37）%］和Tb.Th［（70.95±5.70）μm］均显著低于Ovx组［分别为（96.30±3.76）mg/cm3（P=0.004）、（14.45±1.55）%（P=0.022）和（87.58±8.02）μm（P<0.001）］。肠道菌群基于Bray-Curtis距离的β多样性分析显示，Ovx_Lig组小鼠肠道菌群与Ovx组分群明显。线性判别分析效应量显示，另枝菌属为Ovx_Lig组显著差异菌属。Ovx_Lig组另枝菌属的相对丰度［（0.42±0.14）%］显著高于Ovx组［（0.17±0.05）%］（t=4.45，P<0.001）。色氨酸代谢分析显示，Ovx_Lig组小鼠肠道内犬尿酸的含量［（531.12±158.60）ng/g］显著高于Ovx组［（400.42±57.96）ng/g］（t=2.19，P=0.046），吲哚-3-甲醛的含量［（383.37±144.06）ng/g］显著低于Ovx组［（701.72±141.93）ng/g］（t=4.45，P<0.001）。相关性分析显示另枝菌属的相对丰度与犬尿酸呈正相关（r=0.32，P=0.088），与吲哚-3-甲醛呈负相关（r=-0.32，P=0.088）。
结论
小鼠雌激素缺乏背景下，牙周炎可导致小鼠股骨骨质破坏，其机制可能与肠道另枝菌属及色氨酸代谢物犬尿酸和吲哚-3-甲醛有关。
牙周炎和骨质疏松症是普遍存在的炎症相关性骨骼疾病，已经对我国老龄化人口构成重大的公共卫生挑战。我国1990至2019年牙周病的疾病负担及变化趋势分析预测未来25年我国牙周病的发病率仍呈上升趋势，且女性增长速度高于男性［1］。重度牙周炎不仅导致牙齿松动和脱落，且与绝经后骨质疏松症等全身疾病的发生发展密切相关。已有研究证实，绝经后女性牙周炎的严重程度与骨质疏松症之间存在明确的相关性，绝经后骨质疏松症是牙周炎进展的诱发因素［2, 3, 4］。本课题组研究发现，骨质疏松伴牙周炎大鼠骨髓间充质干细胞增殖及分化能力减弱，牙槽骨吸收加重［5］。然而，牙周炎与绝经后骨质疏松症的相互影响以及可能的机制仍有待进一步研究。
肠道菌群是许多全身性疾病的危险因素，其对骨生理性和病理性代谢的调控作用已得到学者们的重视。大量研究表明牙周炎可引起肠道菌群紊乱，影响全身疾病的发生发展。牙周炎导致的肠道菌群紊乱可加重小鼠糖代谢异常、结肠炎和缺血性中风［6, 7, 8］。Jia等［9］发现雌激素缺乏伴牙周炎大鼠肠道菌群紊乱，肠道渗透性和血清内毒素水平显著升高，牙槽骨吸收加重，使用药物控制肠道炎症后，牙槽骨吸收减缓。本课题组前期研究用含牙周炎菌群的唾液对去卵巢后雌激素缺乏大鼠灌胃，发现灌胃后大鼠肠道菌群紊乱，同时股骨骨密度显著下降，骨小梁结构破坏［10］，提示牙周炎唾液菌群介导的肠道菌群紊乱可能是雌激素缺乏大鼠骨代谢失衡的重要因素。
色氨酸是人体必需的芳香族氨基酸，参与体内多种生理功能。色氨酸通过吲哚途径、犬尿氨酸途径以及5-羟色胺途径被代谢成多种代谢物，参与多种疾病的发生发展［11, 12, 13］。Ling等［14］通过大样本临床研究发现，色氨酸代谢与患者股骨胫骨的骨质疏松密切相关。既往研究表明，血清犬尿氨酸水平通过靶向影响骨髓间充质干细胞和破骨细胞引起系统骨代谢紊乱［15, 16］。本课题组前期研究发现牙周炎可影响色氨酸代谢，牙周炎唾液灌胃小鼠后，血清中吲哚表达量显著降低［17］。将牙周炎唾液灌胃雌激素缺乏大鼠后，发现牙周炎唾液菌群可导致肠道色氨酸代谢物硫酸吲哚酚改变［10］，提示牙周炎可能通过影响色氨酸代谢参与系统骨代谢紊乱。因此推测雌激素缺乏背景下，牙周炎对肠道色氨酸代谢的影响可能对系统骨代谢有一定影响。
本研究通过去卵巢和丝线结扎小鼠双侧上颌第二磨牙诱导雌激素缺乏伴牙周炎小鼠模型，研究雌激素缺乏背景下，牙周炎对股骨、胫骨、下颌骨和颅骨骨组织的影响，并对肠道菌群和肠道色氨酸及代谢物进行检测分析，以期明确牙周炎对雌激素缺乏背景下骨组织和色氨酸代谢的影响，为进一步探讨牙周炎与骨质疏松的相互关系提供理论依据。
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（参考文献略）