综述：口腔微生物群、口-脑轴与神经退行性变：机制与膳食调节

引言

老龄化相关的认知能力下降和神经退行性疾病，特别是阿尔茨海默病（AD），构成了日益严峻的全球健康挑战。虽然传统上通过以β-淀粉样蛋白（amyloid-β）积累和tau蛋白过度磷酸化为中心的神经元病理学视角来看待AD，但AD越来越被认为是一种受系统性过程影响的多因素疾病，包括慢性炎症、微血管功能障碍以及宿主-微生物组相互作用。在这一新兴框架内，外周生物系统不再被视为被动旁观者，而是脑老化和神经退行性变的积极参与者。人类口腔是人体中最复杂多样的微生物生态系统之一。统称为口腔微生物群，该群落包含数百种细菌以及真菌、古菌、病毒和原生动物，栖息在牙齿、牙龈、舌背、颊黏膜、硬腭和软腭以及唾液等不同生态位中。在生理条件下，口腔微生物群有助于免疫稳态、代谢功能和定植抵抗。然而，这种平衡生态系统的破坏（生态失调），最常见于牙周病，可引发局部和全身性炎症反应，产生深远影响。越来越多的证据表明，口腔微生物生态失调可能超越口腔并影响远处器官，包括血管和中枢神经系统（CNS）。牙周病原体，特别是与慢性牙周炎相关的病原体（如牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌和齿垢密螺旋体），已涉及全身性炎症反应和慢性疾病，包括心血管疾病、糖尿病、类风湿关节炎，以及最近发现的神经退行性疾病。不断积累的实验和临床证据支持口-脑轴的存在，即口腔病原体及其毒力因子通过多种相互关联的机制促进神经退行性过程。这些机制包括细菌和内毒素的血液播散、经由颅神经（如三叉神经通路）的神经传递，以及诱导全身性炎症从而损害血脑屏障（BBB）完整性。一旦进入大脑，这些过程可促进小胶质细胞激活、慢性神经炎症以及AD标志性病变（包括β-淀粉样蛋白斑块和tau聚集体）的积累。值得注意的是，在AD患者的死后大脑中已检测到关键牙周病原体（如牙龈卟啉单胞菌），而其蛋白水解酶（牙龈蛋白酶）在临床前模型中与神经退行性过程有关；然而，这些发现并未在脑组织中存在这些微生物与疾病发生或进展之间建立因果关系。此外，饮食习惯显著调节口腔微生物群的组成和功能，从而影响口腔和大脑健康。富含精制糖和饱和脂肪的饮食促进致病微生物增殖和炎症反应，而富含纤维、多酚和不饱和脂肪的饮食（如地中海饮食）支持生态平衡（eubiosis）的微生物群，并可发挥神经保护作用。纤维和多酚可作为益生元样物质发挥重要作用，促进微生物代谢转化，产生活性代谢物，可能参与认知健康。然而，尽管它们与肠道微生物群的双向关系已被广泛研究，但与口腔微生物群的相互作用仍相对未被充分探索。综上所述，这些观察结果凸显了口腔微生物群-饮食-脑轴这一新兴概念作为神经退行性研究中有前景的框架。鉴于这些汇合的证据，必须探讨口腔微生物组的改变如何影响AD的发生和进展，并评估饮食干预如何调节这种关系。本综述旨在全面概述将口腔微生物群与大脑健康联系起来的现有证据，重点关注痴呆症和与阿尔茨海默病相关的结果。

口腔微生物群：组成与功能

在栖息于口腔的细菌类群中，链球菌属（Streptococcus）是最丰富且在功能上最重要的属。早期定植菌如戈登链球菌、口腔链球菌、血链球菌、变异链球菌和表兄链球菌在启动牙菌斑生物膜形成中起核心作用。这些细菌通过分子力（包括氢键、静电相互作用和疏水效应）的组合粘附到唾液获得性膜（覆盖牙面的富含糖蛋白的薄膜）。这种初始定植建立了有利于次级定植菌（包括Granulicatella属、Gemella属和Rothia属物种）粘附和生长的小环境。这些多微生物相互作用产生了成熟生物膜，其特征为复杂的合作与拮抗关系、群体感应、代谢协同和空间结构。口腔微生物群构成人体微生物组的关键组成部分，执行多种生理和免疫功能，其影响超越口腔。在稳态条件下，这种微生物群落通过定植抵抗机制提供基本保护功能，即共生生物抑制致病和机会性微生物的粘附、增殖和入侵。这种保护性屏障功能防止微生物易位、微生物毒素渗透和外源性物质的全身播散，从而有助于口腔和全身免疫防御。除此之外，口腔微生物群还参与广泛的代谢、结构和免疫调节活动。这些包括调节宿主腔内的气体成分、对上皮组织形态动力学的影响，以及产生一系列参与蛋白质、碳水化合物、脂质和核酸代谢的酶。共生微生物还已知合成生物活性物质，如维生素、短链脂肪酸、抗菌肽和其他可影响宿主生理和免疫的代谢物。此外，口腔微生物组充当微生物遗传物质的储存库，包括质粒和染色体基因，这可能影响水平基因转移和微生物适应性。唾液在维持口腔微生物群的生态稳定性中发挥核心作用，作为氨基酸、蛋白质、糖蛋白、肽和维生素的持续来源。除唾液外，龈沟液（gingival crevicular fluid, GCF）是一种来源于牙周组织的渗出液，通过提供宿主来源的营养物质进一步支持微生物生长，特别是在龈下环境中维持微生物活性。这些液体构成口腔微生物的主要营养来源，考虑到食物与口腔接触是短暂且间歇性的。虽然咀嚼可刺激唾液流动并调节口腔pH值，但常驻微生物的营养需求主要由内源性来源而非食物本身满足。链球菌，特别是早期定植菌如戈登链球菌和口腔链球菌，高度适应利用唾液中的糖蛋白作为糖残基的来源，从而在营养获取和生物膜发展中起关键作用。尽管饮食可能对口腔细菌短期增殖产生直接即时效应的证据有限，但这并不排除其对口腔微生物生态系统的长期影响。重复和持续饮食暴露并非通过细菌生长的急性变化起作用，而是通过改变营养物质和底物可用性、唾液成分、局部pH值、宿主免疫功能和炎症反应施加累积的生态压力。随着时间的推移，这些间接机制可以塑造口腔微生物群的组成、代谢活动和生态平衡，从而促进微生物适应和口腔健康结局。由于口腔微生物群在维持口腔和全身稳态中起重要作用，因此保持其生态平衡至关重要，因为它容易受到破坏。其组成的改变可导致生态失调，并产生局部和全身性后果。新出现的证据表明，这些改变可能超越口腔，潜在地影响神经和大脑健康。

口腔微生物群生态失调与大脑健康

在健康条件下，口腔微生物群作为一个动态但平衡的群落发挥作用，有助于免疫调节、营养代谢和病原体限制。这种防御能力的一个关键组分是定植抵抗，这是维持口腔微生物稳态所必需的。它指的是常驻微生物群提供的生态稳定性和特异性，其作用是防止外源或致病性物种的建立和增殖。当定植抵抗因口腔卫生不良、全身性疾病、免疫抑制或抗生素使用等因素受损时，微生物组成会发生显著转变。这种生态失调通常以有益的核心共生分类群减少和潜在致病生物同时增加为特征。这种微生物失衡可促进病原体易位至深层组织和体循环，可能引发局部或全身性炎症反应。口腔生态失调最常见的表现包括龋齿和牙周病（periodontal disease, PD），两者均与微生物失衡和慢性炎症相关。除了局部影响外，这些状况可能具有更广泛的系统性意义，因为不良的口腔健康与全身性炎症和认知障碍（尤其是老年人）有关。牙周炎是一种渐进性、多因素的炎症性疾病，以牙周韧带和牙槽骨破坏为特征。它由微生物从共生群落向致病群落（特别是革兰氏阴性厌氧菌，如牙龈卟啉单胞菌、福赛坦纳菌和伴放线聚集杆菌）的转变驱动。这些病原体表达毒力因子，促进组织侵袭、免疫逃避以及促炎细胞因子（如白细胞介素-1α、IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α和前列腺素）的诱导。炎症环境进一步由基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）维持，其降解细胞外基质成分，导致PD的临床标志：牙龈退缩、牙周袋形成，最终牙齿脱落。牙周病原体及其炎症产物并不局限于口腔。越来越多的证据表明，它们可进入体循环并到达远处器官，包括大脑。菌血症可由日常活动（如刷牙、使用牙线和牙科操作）诱发，特别是在口腔屏障受损的个体中。一旦进入血流，这些微生物或其组分（如脂多糖、牙龈蛋白酶）可穿过血脑屏障（BBB）或利用替代性神经通路进入CNS。在第一种情况下，从牙周部位释放的炎性细胞因子和细菌内毒素可通过破坏内皮紧密连接以及激活内皮细胞和胶质细胞来增加BBB通透性。不健康饮食和年龄相关的BBB完整性变化（如紧密连接表达减少、转运体功能改变和氧化应激增加——体内过量自由基与不足抗氧化剂之间的失衡）进一步加剧了老年个体的这种脆弱性。除直接血液途径外，口腔微生物可利用神经通路。三叉神经为口腔和颌面区域提供感觉神经支配并直接连接到脑干，代表了病原体上升至CNS的通道。在三叉神经节内，胶质细胞识别并处理细菌抗原，分泌细胞因子，并可能通过囊泡运输促进病原体沿轴突运输。某些胞内病原体能够逃避吞噬破坏并在宿主细胞内持续存在，促进其迁移到神经组织。口腔病原体及其炎症副产物进入CNS被认为会启动或加重神经炎症，这是AD发病机制的核心过程。神经炎症的特征是小胶质细胞和星形胶质细胞的激活，以及促炎介质（如IL-1β、IL-6、TNF-α、趋化因子如CCL5和CXCL10、一氧化氮、前列腺素和活性氧）的释放。虽然神经炎症最初可能具有保护功能，但胶质细胞的慢性激活会导致突触丢失、神经元功能障碍以及AD神经病理学标志物（包括β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块和过度磷酸化tau缠结）的积累。Aβ以及其他淀粉样肽的异常聚集已与众多疾病相关联。最近的研究表明，口腔病原体可能直接影响淀粉样蛋白生成。与此一致，在AD患者死后脑组织中已检测到牙龈卟啉单胞菌及其牙龈蛋白酶，并且已在小鼠模型中证明可促进Aβ聚集和tau病变。同时，Aβ肽本身——长期以来与AD病理生理学相关——已被提议作为先天免疫系统内的抗微生物肽，这表明AD中其过度产生可能是对慢性微生物损伤的免疫反应。口腔微生物生态失调似乎与AD严重程度相关。比较微生物组分析显示，AD患者的口腔微生物组成与认知健康的对照组相比存在显著改变。具体而言，在轻度至中度AD患者中报道了厚壁菌门（Firmicutes）（韦荣球菌科和链球菌科）和梭杆菌门（Fusobacteria）（纤毛菌科）的丰度增加。相比之下，变形菌门（Proteobacteria）分类群在AD中减少，尤其是在其更晚期阶段，这表明疾病进展可能伴随着向促炎口腔微生物群的转变。除分类学变化外，AD患者的口腔微生物多样性降低，反映了生态不稳定性和潜在的功能缺陷。研究还注意到，AD患者往往有更多的牙菌斑堆积、更多缺牙数和更差的口腔整体卫生，这些因素导致微生物生态失调和炎症。值得注意的是，在AD患者中检测到针对牙周病原体的血清抗体滴度升高，支持全身性微生物暴露和免疫激活的概念。实验研究进一步支持口腔微生物群在AD发病机制中的潜在因果作用。在小鼠模型中，口服牙龈卟啉单胞菌或牙龈蛋白酶已被证明可诱导经典的AD样特征，包括神经炎症、小胶质细胞增生、星形胶质细胞增生和Aβ斑块形成。类似地，暴露于从牙周炎患者收集的唾液微生物群的转基因AD小鼠表现出加速的认知能力下降、脑Aβ积累增加和神经炎症标志物升高。这些发现表明，口腔生态失调可能不仅是神经退行性疾病的后果，也是其发生和进展的贡献因素，并且越来越多地关注可改变因素（如饮食）。

口腔微生物群与脑功能：饮食的潜在作用

饮食在塑造口腔微生物群的组成、结构和功能中发挥关键作用。随着人类饮食模式从富含纤维植物材料且低发酵碳水化合物的狩猎采集饮食演变为富含精制糖的加工食品的现代饮食，观察到口腔微生物群落的显著变化。这些变化不仅反映了口腔微生物可用的营养底物，也反映了饮食施加的选择压力，有利于那些最适应利用特定营养素或在频繁糖暴露产生的条件下茁壮成长的分类群的生长。口腔微生物群的主要营养支持并非来自饮食本身（因为食物在口腔中停留时间很短），而是来自宿主来源的液体，如唾液和龈沟液（GCF）。然而，频繁摄入富含糖的食物和饮料会破坏这种平衡。简单糖作为产酸和耐酸微生物（如变异链球菌）的底物，导致酸产生、牙釉质脱矿以及随后龋齿的发展。此外，富含多酚食物（如茶、葡萄酒、咖啡和蔓越莓）的饮食可能产生抗菌作用，可抵消致病微生物活性并抑制毒力因子。对口腔微生物群治疗性调节的兴趣日益增长，促使人们探索饮食成分（包括益生元和植物化学物质）以及益生菌作为预防口腔疾病和影响全身状况（包括AD等神经退行性疾病）的潜在策略。这些干预措施背后的基本原理在于它们能够恢复或维持微生物生态平衡并减少全身性炎症（AD病理生理学的已知贡献者）。然而，目前的证据主要来自临床前研究，可用的临床研究相对较少，无法调查其在人类中的疗效和转化潜力。益生元是不能被消化的食物成分，可选择性刺激有益细菌的生长或活性，已被提议作为益生菌的辅助手段来管理口腔和全身健康。虽然在肠道中已被广泛研究，但口腔特异性益生元研究有限。传统的益生元（如菊粉、低聚果糖和低聚半乳糖）在肠道中有效，但它们在口腔中的适用性和疗效仍不明确。尽管如此，阿拉伯糖、木糖和木糖醇等化合物在体外模型中作为口腔益生元显示出前景，通过抑制白色念珠菌和牙龈卟啉单胞菌的生长。鉴定选择性促进健康相关口腔细菌（如加氏乳杆菌、唾液乳杆菌、发酵乳杆菌和各种双歧杆菌物种）的益生元可能为促进牙周健康提供新途径。在饮食成分中，多酚因其抗菌、抗炎和抗氧化特性而受到极大关注。这些生物活性化合物存在于茶、浆果、红葡萄酒和某些草药中，可抑制致龋和牙周病原体的生长和毒力。例如，绿茶和红茶中的儿茶素已被证明可抑制变异链球菌和表兄链球菌的生物膜形成和细胞活力。蔓越莓原花青素已被证明可抑制葡萄糖基转移酶活性，从而减少胞外多糖（extracellular polysaccharide, EPS）合成，这对生物膜稳定性和致龋潜力至关重要。多酚（包括绿原酸、茶黄素和黄芩素）已显示出针对牙周病原体（包括牙龈卟啉单胞菌、伴放线聚集杆菌、具核梭杆菌、缓症链球菌和金黄色葡萄球菌）的抗菌活性。它们的效应包括抑制细菌粘附、干扰代谢酶和抑制炎症介质。此外，多酚可调节EPS基质的结构和功能。除局部口腔效应外，多酚和其他功能性饮食成分可能具有系统性意义。通过减少口腔炎症和病原体负荷，这些化合物可降低菌血症和全身免疫激活的风险，这两者都涉及AD的发病机制。与此同时，益生菌（定义为当给予足够量时对宿主产生健康益处的活微生物）在口腔健康应用中显示出前景。在口腔中，益生菌必须粘附到牙齿等非脱落表面，整合到现有生物膜中，并理想地避免糖发酵以防止龋齿发展。从机制上讲，它们通过竞争排斥病原体、分泌细菌素和其他抑制物质、调节免疫反应以及增强上皮屏障功能来发挥作用。特定的益生菌菌株（包括唾液链球菌、鼠李糖乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、副干酪乳杆菌、干酪乳杆菌、动物双歧杆菌和两歧双歧杆菌）已被评估其减少致龋细菌负荷和预防龋齿的功效。例如，已证明儿童补充鼠李糖乳杆菌GG可减少变异链球菌数量并减少龋齿病变。然而，其他研究报告了不一致的结果。所用菌株、治疗持续时间、给药方法（单菌株与多菌株）、随访时间和测量终点（如微生物计数与临床结果）等因素导致了这种变异性。值得注意的是，观察到的变异链球菌水平降低并不一定与龋齿发病率降低相关，这凸显了评估口腔益生菌功效的复杂性。此外，某些益生菌和饮食干预已显示出直接的认知益处；然而，目前的证据并不支持这些效应是通过直接调节口腔微生物群介导的结论。一项涉及AD老年人的随机临床试验报告，每天补充益生菌（包括嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、发酵乳杆菌和两歧双歧杆菌）12周显著改善了简易精神状态检查（Mini-Mental State Examination, MMSE）评分，降低了血清氧化应激标志物（丙二醛），并减少了炎症生物标志物（高敏C反应蛋白）。随后在AD中进行的一项随机双盲试验发现，多菌株益生菌和硒联合补充12周同样改善了MMSE评分，并有 favorable 地修饰了代谢和遗传标志物。除了阿尔茨海默病痴呆外，几项针对有记忆主诉或轻度认知障碍（mild cognitive impairment, MCI）老年人的研究显示，补充短双歧杆菌（Bifidobacterium breve）菌株可增强特定认知域，并在某些情况下减缓神经退行性变。短双歧杆菌A1改善了有主观记忆主诉和疑似MCI老年人的记忆相关测试表现，而对疑似MCI患者进行24周的短双歧杆菌MCC1274试验则减轻了磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）上脑萎缩的进展，并改善了选定的认知子量表。富含多酚的饮食模式似乎也发挥神经保护作用。在PREDIMED随机试验中，补充特级初榨橄榄油或坚果的地中海饮食在大约四年内导致比低脂对照饮食更好的整体认知表现。靶向多酚干预，例如在轻中度AD中的高剂量白藜芦醇，已证明可改变AD相关的脑脊液生物标志物和脑容量损失，尽管对整体认知的影响有限。类似地，每天摄入或补充绿茶儿茶素或抹茶与中年和老年人主观认知下降或MCI的特定认知域的适度改善相关。总体而言，关于认知障碍中益生菌补充的最新荟萃分析报告了不确定的结果：虽然一些研究表明有适度的认知益处，但其他研究（特别是在AD和MCI人群中）未显示对整体认知结果的显著影响。然而，必须强调的是，大多数可用研究是横断面的且方法学异质性大，阻碍了因果推断，并限制了跨采样和测序方法的可重复性。机制数据主要依赖于不能充分反映人类口-神经生理的动物模型，而临床干预仍然效力不足、持续时间短且侧重于替代结果。

口腔微生物群研究的未来展望

口腔微生物群的研究近年来经历了深刻变革，超越了传统口腔疾病的范围，涵盖了其全身影响，包括在AD等神经退行性疾病中的新兴作用。尽管取得了这些进展，仍有几个关键领域尚未充分探索，需要在未来几年集中研究。首先，迫切需要纵向、大规模队列研究，以更好地了解口腔微生物群组成在整个生命周期中以及对衰老、饮食、药物和全身疾病等外部影响的动态变化。目前大多数研究是横截面的，限制了对口腔生态失调与神经退行性过程之间因果关系的洞察。确定微生物改变是否先于或跟随认知能力下降对于确定其与AD的病因相关性至关重要。其次，多组学方法（包括宏基因组学、宏转录组学、蛋白质组学和代谢组学）的开发和应用提供了前所未有的机会来阐明口腔微生物组的功能属性。功能分析可揭示参与全身性炎症、免疫调节和神经信号的微生物代谢途径和毒力因子，从而识别潜在的生物标志物或治疗靶点。将口腔微生物组数据与宿主遗传学、免疫参数和神经影像发现整合有助于建立疾病易感性和进展的预测模型。另一个有前景的方向是评估微生物群调节策略（如益生菌、益生元、饮食干预和口腔卫生优化）在预防或减轻认知能力下降方面的有效性的干预性研究。虽然初步证据支持这些干预对口腔和全身健康的影响，但它们影响口-脑轴的能力在人类临床试验中基本上未经检验。应特别注意选择具有明确作用机制的微生物菌株或化合物，以及干预的持续时间、剂量和递送方法。此外，微生物易位的神经通路（如三叉神经通路）需要更深入的探索，以阐明其在CNS入侵和炎症中的作用。了解微生物组分如何绕过或损害血脑屏障对于设计阻断或减轻这些过程的策略至关重要。最后，应将口腔微生物组整合到一个更广泛的系统生物学框架中，该框架考虑其与肠道微生物组、免疫系统和内分泌通路的相互作用。口腔和肠道微生物群不是孤立的隔室，而是通过免疫和代谢信号进行通信，形成一个可影响大脑健康的复杂双向网络。未来的研究必须考虑这些相互关联的生态系统，以全面捕捉神经退行性疾病的病理生理学景观。随着分析工具、计算建模和人工智能的不断发展，它们将增强我们解释复杂微生物组数据并发现新关联的能力。最终，推进我们对口腔微生物群在全身和神经系统健康中作用的理解，对于开发个性化、非侵入性和预防性策略来对抗阿尔茨海默病等病症具有巨大前景。

结论

本综述强调了口腔微生物群作为脑老化和神经退行性过程的潜在重要贡献者的新兴作用。除了其在口腔和全身健康中的既定功能外，口腔微生物组可能通过沿着口-脑轴运作的相互关联的炎症、血管和神经免疫机制影响认知能力下降。在此背景下，慢性口腔生态失调（最突出地与牙周病相关）可促进持续的全身性炎症，促进微生物易位，并损害血脑屏障完整性，从而为神经炎症和神经退行性变创造许可性环境。这些过程汇聚于阿尔茨海默病的关键病理特征，包括小胶质细胞激活、β-淀粉样蛋白积累和tau病变。总的来说，这一观点扩展了神经退行性变传统的以神经元为中心的视角，强调了外周生物系统和慢性低度炎症作为疾病进展核心驱动因素的作用。基于这些见解，口腔微生物群是人类健康不可或缺的一部分，不仅作为口腔稳态的主要决定因素，而且作为延伸到CNS的全身过程的介质。越来越多的证据支持口腔微生物生态失调与阿尔茨海默病之间的多方面关系，可能由炎症通路、通过血流和神经回路的微生物易位以及血脑屏障破坏所介导。饮食作为塑造口腔微生物群落的关键可改变因素出现，进而通过扩展影响神经炎症和认知结果。功能性食品、益生菌、益生元和生物活性化合物（如（聚）酚类）提供了有前景的途径来调节口腔微生物群并恢复微生物生态平衡，对大脑健康具有潜在的下游益处。然而，目前的证据主要仍是观察性和机制性的，并且存在重要空白。大多数可用研究是横截面的或源自实验模型，限制了因果推断和转化适用性。未来的研究应优先考虑纵向人体研究、标准化的微生物组和认知评估，以及针对口腔微生物群的精心设计的临床试验，以确定调节该生态系统是否可以有意义地改变认知能力下降的轨迹。总之，口腔微生物群、饮食和大脑健康之间的相互作用代表了一个快速发展的领域，对神经退行性疾病的早期检测和预防具有重要意义。随着我们理解的加深，口腔可能不仅成为全身健康的指标，而且成为旨在保留认知功能和促进健康老龄化的干预的可靶向界面。