“微生物组”一词最早由Joshua Lederberg提出，是存在于人体体内或表面的共生、共栖和致病的微生物群落的总称。最近，美国独立卫生研究院建立“人体微生物组综合项目”，旨在通过不同组学分析来研究微生物组与宿主活动间的相互关系。人类口腔微生物组作为人体最复杂的微生物群落之一，被证实与口腔颌面部疾病的发生发展密切相关，成为人类微生物组项目的研究重点之一。
但是，以往的口腔微生物组研究多集中于对其群落组成的研究，只能给出菌群失调相关分子机制的部分信息，需要一种更全面的方法来研究微生物组与宿主之间的相互作用。随着测序技术的发展，宏转录组学分析开始用于人类微生物组研究，它将微生物组视为一个整体来探究复杂微生物组的分类组成与活性功能，克服了传统群落组成分析的聚合酶链反应扩增等相关问题，而受到广泛的关注。本文将对口腔微生物宏转录组在龋病、牙周病、口腔癌等领域的研究进行综述，以期为口腔颌面部疾病的微生物组学研究提供思路。
1.龋病中的微生物宏转录组
龋病是在以细菌为主的多种因素作用下，牙齿硬组织发生的慢性、进行性破坏的一种疾病。长期以来，以变异链球菌为代表的产酸菌被认为是龋病的主要致病菌。事实上，众多产酸菌属与耐酸菌属如乳酸杆菌属、双歧杆菌属等被证明与龋活跃程度显著相关。而放线菌属、梭杆菌属、卟啉单胞菌属也可能与龋病相关。这表明龋病是由多种微生物组成的复杂群体共同作用的结果，这些发现使得龋病病因学研究由特定致病菌致病转向群落致病。
Simón-Soro等通过对龋损部位微生物的宏转录组分析发现，在龋损部位存在着高转录活性的微生物群落（活性微生物群落），且具有高度多样性。此外，该研究还发现牙釉质龋和牙本质龋中存在不同的微生物活跃群体，结果显示链球菌、罗氏菌、韦荣菌等在牙釉质龋活性微生物群落中丰度较高，而乳酸杆菌、假分歧杆菌、环孢素菌则在牙本质龋中高检出。作为传统致龋菌的变异链球菌虽然存在于龋活跃微生物组中，但在所有样本中的检出率均极低（牙釉质龋为0.73%，开放性牙本质龋为0.48%，隐匿性牙本质龋为0.02%）。
Peterson等发现在龋病病损的龈上菌斑中链球菌属的活性转录表达最为丰富（55%），其次为韦荣菌属和放线菌属（均为11%）。进一步的种水平宏转录组分析发现活性转录表达较高的微生物依次为血球链球菌（16%）、微小链球菌（10%）、细小韦荣菌（9%）、二氧化碳噬纤维菌（9%）。这些发现提示微生物组，尤其是具有高转录活性的微生物组，在龋病致病中具有不可忽视的作用。
除明确疾病状态下的活跃微生物群落外，宏转录组分析还可以给出整体微生物群落功能特征与疾病的相互作用信息。Kressirer等对儿童龋病进行微生物宏转录组分析发现，牙本质龋微生物组相较于冠部龋和无龋对照组拥有更加复杂的基因多样性。其中又以甘油激酶、尿嘧啶DNA糖苷酶和尿素酶基因表达最高。甘油激酶则作为糖酵解途径的一部分参与到了龋病微生物的代谢中。而尿素酶被证实可以通过氨的产生来提升pH，降低龋活跃性。
May等通过对已存在的宏转录组库分析发现细菌代谢子网络包括来自磷酸转移酶系统和果糖/甘露糖代谢途径9个KEGG Orthology组（KO组）与龋病的发生发展密切相关。其中糖磷酸转移酶参与的β葡萄糖苷代谢，是细菌生物膜形成的关键，在细菌定植中起着重要作用。而来自果糖和甘露糖代谢途径的KO组能将山梨醇转化为6-磷酸果糖，这表明在龋病中，山梨醇可能被用作额外的碳源参与细菌代谢。以上结果提示基于群落功能的宏转录组研究方法可以识别潜在的活性表达基因和相关物种，为探究健康或疾病状态下可能的群落活动提供新的依据。
2.牙周炎中的微生物宏转录组
牙周炎是由牙菌斑及其代谢产物引起牙周支持组织丧失的慢性炎症性疾病。众多研究证实牙周袋内存在“红色复合体”（牙龈卟啉单胞菌、福赛坦氏菌和齿垢密螺旋体），其相对丰度与牙周炎的发生发展密切相关。但我们对这些微生物的功能活性的了解依然有限。Duran-Pinedo等通过对牙周炎患者与正常人群的龈下菌斑微生物宏转录组分析发现牙周炎患者龈下菌斑的“红色复合体”高表达金属蛋白酶和铁代谢相关蛋白。而无论是具有溶解作用的金属蛋白酶或是与毒力因子表达密切相关的铁代谢相关蛋白的上调均证实“红色复合体”在牙周炎破坏中不可或缺的作用。此外，该研究还发现以前的非牙周致病菌也表达着大量的毒力因子，如马曲克氏锥虫、齿状腺葡萄球菌、细小细脉杆菌和干燥奈瑟菌等。这与Relman提出的“群落致病”的观点一致，认为疾病是由微生物群落各部分的综合作用而并非单一或少数细菌所导致的。
在微生物群落的功能特征方面，肖炜卓等发现慢性牙周炎患者龈下菌斑中单糖代谢相关酶活性表达活跃，而多糖代谢相关酶表达缺失。说明成熟的菌斑群落必须依靠宿主口腔内的多糖酶将多糖水解为单糖之后才能加以利用。值得注意的是，Jorth等通过比较分析正常与牙周炎状态下的微生物群落基因表达发现，尽管不同患者间疾病相关群落组成差异很大，但却拥有相对保守的代谢谱，包括赖氨酸发酵为丁酸、组氨酸分解代谢、核苷酸生物合成和丙酮酸发酵等。以上提示我们在研究微生物群落与疾病关系时应该考虑整个群落的行为变化，而不是仅着眼于一种或多种特定病原体的活动。
牙周炎的另一个研究热点在于疾病不同阶段的微生物组研究。研究表明，进展性病变和非进展性病变的微生物群落组成存在相当多的重叠，表明不能仅通过研究龈下微生物组成差异来解释病损部位的牙周状态差异。Yost等通过对牙周炎不同阶段的宏转录组分析发现，相较于基线，进展期的钾和氨基酸运输、肽聚糖分解代谢、类异戊二烯生物合成、多糖生物合成和蛋白激酶C活化相关G蛋白耦联受体信号转导途径表达降低。而非进展期微生物群落功能相较于其基线并未发生显著变化。由此可见，微生物组群体功能改变与牙周炎疾病进展状态密切相关。
3.口腔癌中的微生物宏转录组
口腔癌是口腔颌面部最常见的恶性疾病之一，也是全球常见恶性肿瘤之一，其中90%以上是口腔黏膜来源的鳞状细胞癌。研究表明，慢性感染可能诱发癌变，约18%的恶性肿瘤与慢性感染直接相关。慢性感染、氧化应激与癌症之间的相互作用关系已被广泛证实。因此，口腔微生物组与口腔癌的发生发展受到了高度关注。在肿瘤组织样本中或肿瘤周围组织样本中，大量不同的微生物表达丰度上调，包括梭杆菌、卟啉单胞菌、链球菌和普雷沃特氏菌等。但尚未发现微生物群落组成与口腔癌之间有明确的联系。
Yost等通过15个样本的微生物宏转录组学研究发现，相较于健康受试者匹配部位，口腔鳞状细胞癌患者肿瘤部位的活性微生物群落发生了显著改变。梭杆菌属、硒单胞菌属、二氧化碳噬纤维菌属、小杆菌属和约翰森氏菌属在肿瘤部位丰度明显上调。此外，在功能方面，铁离子结合、色氨酸酶活性、谷氨酸脱氢酶（GDH）活性、淀粉合成酶活性和超氧化物歧化酶（SOD）的活性在肿瘤部位明显高表达。
与上述研究类似，Stashenko等通过小鼠体内实验证明无论个体间群落组成如何改变，与口腔鳞状细胞癌相关的微生物组代谢特征均呈现出相似的表达变化，包括氮运输、应激反应以及氨基酸和脂质的生物合成等基因表达上调。值得注意的是，Yost等也指出微生物组在肿瘤部位的代谢特征是保守的，这与Jorth等在牙周炎中观察到的现象一致，进一步验证了整体群落的功能变化与疾病发生发展密切相关。
4.总结与展望
综上所述，微生物组的宏转录组学分析已成为探究微生物与疾病状态间相互关系的重要手段之一。转录组是识别关键环境信号的起点，这些信号转变会改变群落的行为，可能导致正常微生物群落失调。宏转录组分析不仅可以让学者更直观地了解疾病相关活跃微生物，也能够帮助学者更深入地探究微生物组功能行为的变化。
但是，迄今为止，口腔微生物组转录组学研究仅针对龋病、牙周炎、口腔癌等少数几类疾病，其他口腔疾病也需要此类研究。口腔微生物组真菌级别的宏转录组也鲜见报道，这也可能是影响整个微生物组动态的重要因素之一。此外，宏转录组不一定代表微生物群落的最终代谢产物。蛋白质组学和代谢组学分析可以更明确地反映微生物组在不同条件下产生的功能蛋白和代谢产物情况。因此，将宏转录组学、蛋白质组学与代谢组学分析整合，是值得未来研究采取的方法。
