生命早期口腔菌群的定植及影响因素

Abstract

Oral cavity, an important component of and the gateway to the digestive system, is also the colonization site and the microecological environment of trillions of microorganisms. The establishment and succession of oral microbiota are of great importance for the development of human immune system, and function as a major determinant of oral and systemic health. Within a few hours after birth, early colonizers such as Streptococcus and Lactobacillus can be detected in an infant’s mouth. The oral microbiota communities mature gradually along with the growth of the host, expanding in their species abundance and diversity. In addition to genetic factors, a number of cross-sectional studies have revealed that the development of oral microecosystems in early life is influenced and tuned by multiple external factors, including maternal health status, mode of delivery, feeding habits, antibiotics use, etc. The dysbiosis of oral microecology in early life is closely related to the pathogenesis and progression of oral and systemic diseases. Therefore, good oral hygiene habits are of vital importance to the early management of oral microbial diseases and their effective prevention and control. Herein, we summarized the colonization and succession of oral microbiota in early life and further discussed the key external factors that affect early life oral microecosystem, as well as the impact of early life oral microbiota on the host's health at a later stage, intending to help providing new insights into and new strategies for the management of the whole lifecycle oral and systemic health.

生命早期，是指从胎儿期（280 d）到婴幼儿2岁（出生后720 d）之间的这1000 d，世界卫生组织认为这一阶段是人类生长发育的“机遇窗口期”，决定了人终生的健康^[1]。生命早期同样被认为是微生物群落定植和发展的关键窗口期，人体免疫系统在微生物的刺激下逐渐发育成熟，而微生物群落的紊乱则可能导致终生甚至代际间生长发育的缺陷，因此生命早期微生物群落的定植和演替对于人体有着重要的生理和病理意义^[2-4]。口腔作为一个高度异质性的生态系统，已有超过250种物种被分离、培养、鉴定并命名，其微生物群落的组成随着年龄增长和外环境刺激不断发生变化^[5]。口腔微生物群落的结构和稳态与宿主的口腔健康息息相关，口腔微生态的失衡不仅会导致龋病、牙周病、口腔黏膜疾病的发生，也与炎性肠病、糖尿病、类风湿性关节炎、心血管疾病等其他系统疾病有着密不可分的关系^[6-8]。了解生命早期口腔微生物群落定植和演替的规律，解析外界因素对于口腔微生态系统的影响，对于全生命周期口腔及全身健康管理有着深远的意义。

1. 生命初期口腔菌群定植及演替的规律

生命初期人体微生物定植时间和途径尚存在争议。传统观点认为胎盘为胎儿提供了无菌的发育环境，人体微生物群落是在新生儿出生接触外界环境后逐渐获得的；然而随着微生物检测技术手段的进步，有临床证据表明胎盘、羊水和胎粪中存在细菌，其在人体的定植可能提前到胎儿期^[9-10]。亦有研究者认为胎儿所处环境中的微生物并不会直接在胎儿身体部位定植，而是训练和调节胎儿的免疫系统，使胎儿建立对母体和周围环境“安全菌群”的耐受，影响出生后菌群的定植^[11]。

对生命早期口腔菌群动态发展的研究发现，婴幼儿口腔菌群的组成和多样性随宿主年龄的增长经历了显著的变化过程，并在2岁左右达到相对稳定的状态^[12]。新生儿刚出生时，口腔菌群的组成与皮肤、鼻腔菌群并没有明显差异，但在外环境的选择下，口腔微生态系统在几周后即表现出了菌群结构和功能的位点独特性^[13-14]。由于在生命初期口腔内具有较高的相对丰度和检出率，链球菌属（Streptococcus）、韦荣球菌属（Veillonella）、乳杆菌属（Lactobacillus）、罗氏菌属（Rothia）及孪生球菌属（Gemella）被认为是口腔先锋定植菌^[15-16]。此外，葡萄球菌属（Staphylococcus）、假单胞菌属（Pseudomonas）和大肠杆菌（Enterococcus coli）等与母亲生殖道、肠道、皮肤相关的菌群也会在口腔内短暂富集^[12-13]。尽管链球菌属是婴幼儿唾液菌群的优势物种，但其丰度水平会随婴幼儿年龄的增长显著下降。随着固体食物的引入和乳牙的萌出，婴幼儿口腔微生态的物种丰富程度和多样性逐渐增加，菌群结构进一步改变，奈瑟氏菌属（Neisseria）、颗粒链球菌属（Granulicatella）、卟啉单胞菌属（Porphyromonas）、嗜血杆菌属（Haemophilus）等物种的丰度水平显著升高^[15-18]，口腔微生态群落逐渐成熟。而健康成年人的口腔微生态系统较为稳定，主要由厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）、梭杆菌门（Fusobacteria）这5个菌门组成，韦荣球菌属、奈瑟氏菌属、链球菌属、普氏菌属（Prevotella）、嗜血杆菌属等物种具有较高的相对丰度，被认为是健康成年人口腔的核心微生物^[19-20]。

新生儿出生后不久后链球菌属即在口腔内定植，其通过分解人乳寡糖得到的代谢产物以及对免疫球蛋白A1的裂解作用可极大促进其他微生物在新生儿口腔的定植^[12]。韦荣球菌属以有机酸作为碳源，而乳杆菌属作为另一种重要的乳酸生产者，其代谢产物也促进了韦荣球菌属在口腔内的繁殖^[15]。新生儿出生后第6周口腔菌群的功能与刚出生时相比已经有了较大的扩展，氨基酸合成和代谢已成为了口腔微生物群落的特征性功能^[13]。此外，口腔菌群的氨基酸及碳水化合物代谢、脂质代谢和膜运输、产酶等功能水平在生命早期阶段并不会发生明显的变化，而与细胞死亡、外源性生物降解、多聚糖合成等相关功能水平则随年龄的增长逐渐下降^[21]。

除了细菌，真菌和病毒也是生命早期口腔微生态系统的重要组成部分。念珠菌属（Candida）是生命早期口腔内最常见的真菌，主要通过母亲的阴道传播到新生儿口腔^[22]，可在11%～15%婴幼儿口腔内检出，并在第6个月时稳定定植^[23]。近平滑念珠菌（Candida parapsilosis）和白色念珠菌（Candida albicans）是生命早期口腔中最常见的念珠菌^[24]，而热带念珠菌（Candida tropicalis）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、拟平滑念珠菌（Candida orthopsilosis）和芽枝状枝孢菌（Cladosporium velox）也被证实存在于婴幼儿口腔中^[25]。病毒在某些疾病状态下可从口腔中检出，口腔常见病毒包括人乳头瘤病毒、EB病毒、单纯疱疹病毒等^[26]。目前关于新生儿口腔内病毒的研究较少，有研究发现人类免疫缺陷病毒可通过母乳喂养方式从患艾滋病的母亲传播到新生儿口腔^[27]。

2. 生命早期口腔微生态系统建立的影响因素

人体微生物群落的结构受遗传背景的控制^[28]，但多项横断面研究已证实，母亲的健康状态、婴幼儿的出生方式、喂养方式、药物使用情况等因素对生命早期口腔微生态群落的发展也有着显著的影响，这提示了外界因素在生命早期口腔菌群发育的过程中起到了重要的作用。

2.1. 母亲口腔和全身健康状态

最新研究证实婴幼儿的口腔菌群与其母亲口腔菌群有密切的关系。婴幼儿在2岁左右时口腔菌群的组成仍与其母亲有一定的区别，但已逐渐趋近于成年人的菌群结构模式^{[6, 17]}。婴幼儿在4岁左右时，无论是否患有早期龋，其龈上菌斑的物种组成和多样性与其母亲的龈上菌斑无显著差别^[29]。新生儿刚出生时口腔具有与其母亲显著不同的群落特征，几周后口腔菌群已朝着与母亲相似的菌群结构发展^[13]。这些研究证明，母亲的口腔微生物群落对于婴幼儿口腔微生物群落的发展有着强烈的引导作用，婴幼儿口腔微生物会遗传其母亲口腔微生物特征。白色念珠菌是早期儿童龋的致病菌，早期儿童龋患儿的母亲口腔内也可检出较高丰度的白色念珠菌，提示白色念珠菌在代际之间的垂直传播^[30-31]。围产期母亲的全身健康状况也会在一定程度上影响新生儿口腔菌群特征。与健康产妇相比，患有妊娠期糖尿病产妇所生的新生儿口腔内的特征性物种为Alistipes属、链球菌属和Faecalibacterium属，并伴随着群落氨基酸代谢、维生素代谢、脂多糖合成等功能水平的上调^[32]，而孕期抗生素暴露则会导致新生儿口腔中克雷伯氏菌属（Klebsiella）、罗氏菌属（Roseburia）、丙酸杆菌属（Propionibacterium）等物种丰度的升高，以及脂多糖合成、氨基酸代谢等相关功能的富集^[33]。

2.2. 婴幼儿出生情况

新生儿的出生方式影响其口腔菌群的组成和多样性，但由于分娩仅关系到短暂的母婴菌群传递过程，其影响效应主要体现在生命最初的几个月。在菌群多样性方面，顺产新生儿有着更高的口腔微生物多样性^[34-35]。在物种组成方面，顺产新生儿刚出生时口腔菌群组成更接近于其母亲的阴道菌群，表现为较高水平的乳杆菌属和普氏菌属，而剖宫产新生儿口腔内则富集了更高水平的皮肤相关菌群，如葡萄球菌属、丙酸杆菌属和棒状杆菌属（Corynebacterium）^{[13- 14]}。生命早期的口腔菌群也在一定程度上受到胎龄的影响。早产儿刚出生时，其口腔拭子无法检测到可培养的微生物；在第1周时，部分新生儿的口腔中可检出耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA），且其检出率在第6周时显著增高；而口腔内较早定植常见共生菌的新生儿，其MRSA的检出率则明显较低，在一定程度上说明医院环境对新生儿口腔生态系统的影响以及正常口腔微生态系统对于机会性致病菌的抵抗作用^[36]。由于吮吸、吞咽和呼吸动作间的协调在胎儿第32至34周时才形成，早产儿出生短期内无法直接从母亲的乳房接受哺乳，阻碍了菌群在母婴之间的传播，这可能是导致早产儿与健康新生儿生命初期口腔菌群差异的重要原因^[37]。

2.3. 喂养方式

母乳作为婴儿主要的食物来源，对于生命早期的口腔菌群有着重要的塑造作用。链球菌是母乳中的优势物种，12月龄仍接受母乳喂养的婴幼儿口腔内链球菌属丰度显著高于已停止母乳喂养的婴幼儿^[15]。普氏菌属和卟啉单胞菌属被认为是口腔内的有害物种，与接受配方奶喂养的婴幼儿相比，接受母乳喂养的婴幼儿口腔菌群表现出更低水平的韦荣球菌属、普氏菌属、颗粒链球菌属和卟啉单胞菌属^{[15, 17]}。变异链球菌（Streptococcus mutans）也被发现会更早地定植于非母乳喂养的婴幼儿^[38]，均提示母乳对婴幼儿口腔健康有潜在保护作用。生命早期纯母乳喂养与3～4岁婴幼儿龋失补（decayed, missing and filled teeth, dmft）指数呈负相关^[39]。早产儿开始接受母乳喂养，其口腔菌群逐渐开始具备足月健康新生儿的特征，进一步强调了母乳喂养对于健康口腔微生态的促进作用^[37]。出生后6个月左右，婴幼儿开始逐渐接受固体食物，口腔菌群的组成和多样性发生剧烈的变化，逐渐向成年人模式发展^[16]。

2.4. 药物使用

多项研究证明生命早期抗生素的使用会显著影响肠道菌群的结构，而物种组成的改变同样也出现在婴幼儿口腔，表现为奈瑟氏菌科（Neisseriaceae）、普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）、放线菌属（Actinomyces）、梭杆菌属（Fusobacterium）等部分物种相对丰度的改变^{[6, 15]}。DZIDIC等^[15]发现尽管抗生素的使用对于生命初期口腔菌群演替无明显影响，但对2～7岁时口腔菌群结构存在显著影响，提示抗生素使用可能对菌群发展具有潜在的长期效应。值得注意的是，由抗生素引起的菌群结构改变可在一定程度上被母乳喂养所矫正，从另一方面提示母乳对于生命早期口腔菌群健康发展的重要作用^[15]。益生菌作为一种常见的菌群调节剂，已被广泛应用于新生儿的健康管理，可有效降低早产儿的死亡率和坏死性结肠炎的发生率^[40]，但现有的研究显示益生菌的使用并不会显著改变婴幼儿口腔微生物群落结构^[21]。

2.5. 遗传因素与环境因素

遗传因素对于生命早期口腔微生物群落的影响尚有争议。PAPAPOSTOLOU等^[41]研究同卵和异卵双生子，发现两类双生子的口腔菌群特征无显著差异；GOMEZ等^[42]发现口腔微生物组的相似性随着宿主共享基因型的增加而增加。健康儿童与患龋儿童口腔的差异物种也显示出较高的遗传特性^[43]。通过比较同卵和异卵双生子模型研究遗传背景对于菌群的决定作用，一项关于代际间菌群传递的研究发现，被收养婴幼儿的口腔菌群组成与其养母也有着高度的相似性，且相似性随着年龄增长而增加^[44]，提示环境对于生命早期口腔微生态也有着显著的塑造作用。

3. 生命早期口腔菌群对于口腔和全身健康的影响

生命早期被联合国营养执行委员会认定为防治成年慢性疾病的关键窗口期^{[45- 46]}，而以龋病、牙周病为代表的口腔细菌性疾病作为主要的口腔慢性病，已被纳入《中国防治慢性病中长期规划（2017–2025年）》^[47]。口腔致病菌早在乳牙萌出前就已经在口腔内出现并定植。变异链球菌和乳酸杆菌（Lactobacillus sp.）作为与龋病发生发展密切相关的物种，在出生后第34天的婴儿口腔内即可被检出，并与母亲口腔内对应物种的丰度水平密切相关^[48]。目前已有大量研究证明口腔内变异链球菌的水平与早期儿童龋的发生发展有密切关系，并可作为微生物标志物有效筛选高龋风险人群^[49-51]。龋病的发生限制了婴幼儿“口腔菌群年龄”的增长，而在患龋儿童的唾液和菌斑生物膜中大量富集的普氏菌属也可作为预测早期儿童龋的重要指标^[52]。牙周重要致病菌——伴放线聚集杆菌（Aggregatibacter actinomycetemcomitans）和具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）也被发现存在于6个月尚无乳牙的婴儿口腔内，其丰度在之后的6个月内出现明显增长^[53]。白色念珠菌作为口腔内的机会致病菌，可导致新生儿鹅口疮^[54]，并可改变口腔内菌群组成，富集牙菌斑内变异链球菌丰度，上调菌斑产酸能力和耐酸能力，促进早期儿童龋的发生^{[29, 31]}。

成年人口腔菌群与全身健康息息相关^[55-56]，近期研究证实生命早期口腔微生物与全身系统疾病间也存在密切关系。LANGE等^[57]发现幼年特发性关节炎患儿体内具有更高水平的牙龈卟啉单胞菌抗体，并伴有更严重的牙周病表现。DOCKTOR等^[58]发现罹患克罗恩病的儿童其口腔微生物多样性显著降低，梭杆菌门和厚壁菌门丰度显著降低。因此，对于生命早期口腔菌群的评估有望为疾病的预测和早期诊断提供新的思路。

4. 总结与展望

生命早期是人类生长发育的机遇窗口期，也是人体微生物定植和演替的重要窗口期，微生物在新生儿出生几个小时后即已开始定植于口腔，随宿主年龄的增长不断变化，并受到多种外界因素的影响。生命早期口腔的微生态平衡与口腔乃至全身健康有着密切联系，早期健康口腔菌群的建立和管理具有重要意义。目前关于生命早期口腔微生物的探索主要集中在小样本横断面研究或病例对照研究，尚需更多大样本临床列队研究提供更充分的证据。尽管生命的头3个月是人体微生物定植的关键时期，目前大多数研究的样本采集间隔时间较长，其得到的结果难以持续性、精确性地反映口腔微生物群落在生命早期口腔中的演替规律。除了细菌，口腔内还存在上百种真菌和病毒，然而目前的研究主要集中在细菌和常见的致病性真菌（如白色念珠菌）。近年来口腔细菌-真菌的跨界交互作用逐渐成为微生态领域的研究热点，但罕有研究将细菌、真菌和病毒作为整体来探究生命早期口腔微生态群落的发展规律，或探究细菌、真菌、病毒在婴幼儿口腔内的相互关系。此外，目前大部分关于婴幼儿口腔微生物的研究主要基于16S rRNA扩增子测序技术的群落多样性研究，尚需宏基因组、宏转录组及宏代谢组等多组学技术进一步解析口腔微生物群落的功能特点、微生物与宿主间的相互作用和致病机制，更精确地阐明生命早期口腔微生态系统的发展规律及其对人体健康的深远影响，推动全生命周期口腔健康管理的实施。

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利益冲突 　所有作者均声明不存在利益冲突

Funding Statement

国家自然科学基金（No. 81870754、No. 81670978）资助