基于单细胞转录组测序对牙周炎小鼠脑膜生物学改变与认知障碍相关性的研究初探

作     者：江旖婷 徐丽娜 赵旭日 沈慧 邱澈 何智妍 周薇 宋忠臣 Jiang Yiting;Xu Lina;Zhao Xuri;Shen Hui;Qiu Che;He Zhiyan;Zhou Wei;Song Zhongchen

作者机构：上海交通大学医学院附属第九人民医院牙周病科上海交通大学口腔医学院国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心上海市口腔医学重点实验室上海市口腔医学研究所上海200011 上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔微生态与系统性疾病实验室上海交通大学口腔医学院国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心上海市口腔医学重点实验室上海市口腔医学研究所上海200011 

出 版 物：《中华口腔医学杂志》 (Chinese Journal of Stomatology)

年 卷 期：2024年第59卷第6期

页      面：595-603页

核心收录：

学科分类：1003[医学-口腔医学] 1002[医学-临床医学] 100302[医学-口腔临床医学] 100205[医学-精神病与精神卫生学] 10[医学] 

基　　金：国家自然科学基金(82270974、82071112) 上海市“科技创新行动计划”自然科学基金(22ZR1437500) 

主　　题：牙周炎 紫单胞菌,龈 认知障碍 神经炎症 单细胞转录组测序 脑膜 

摘      要：目的运用单细胞转录组测序分析牙周炎小鼠脑膜的生物学改变,探讨牙周炎小鼠脑膜生物学改变与认知障碍的相关性。方法将30只C57BL/6小鼠按随机数字表法随机分为2组(每组15只),在对照组小鼠上颌双颊侧局部涂抹不含牙龈卟啉单胞菌(Pg)的2%羧甲基纤维素(CMC),在实验组小鼠上颌双颊侧局部涂抹Pg W83和2%CMC的混合物,3次/周,持续16周。观察对照组和实验组小鼠上颌牙槽骨吸收情况、自主活动能力与认知功能的变化、大脑皮层中小胶质细胞和星形胶质细胞激活情况、检测小鼠脑膜和大脑内紧密连接蛋白Occludin mRNA表达情况。然后使用统一流形逼近与投影(UMAP)算法对单细胞转录组各细胞亚群数据进行降维整合处理。对内皮细胞差异基因进行基因本体(GO)和京都基因和基因组数据库(KEGG)富集分析,进一步采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)验证差异基因转录激活因子3(Atf3)、含载脂蛋白L域1(Apold1)的表达情况。结果亚甲蓝染色实验显示,实验组小鼠上颌颊、腭侧釉质牙骨质界到牙槽嵴顶的距离[分别为(185.60±17.60)、(206.90±13.37)μm]均显著大于对照组[分别为(135.33±9.57)、(163.05±14.98)μm](t=5.02,P=0.002;t=4.37,P=0.005)。旷场实验显示实验组小鼠的总路程和平均速度[(971.88±164.57)cm和(3.25±0.55)cm/s]与对照组[(914.24±278.81)cm和(3.05±0.93)cm/s]相比差异均无统计学意义(t=0.65,P=0.525;t=0.65,P=0.520)。新物体识别实验中实验组小鼠相对辨别指数[(48.02±16.92)%]显著低于对照组[(66.27±17.90)%](t=2.40,P=0.027)。Y迷宫实验显示,实验组小鼠的自发交替率[(50.99±14.17)%]显著低于对照组[(63.56±11.88)%](t=2.33,P=0.030)。免疫组化染色结果显示,实验组小鼠脑内小胶质细胞和星形胶质细胞被激活。RT-qPCR结果显示,实验组小鼠脑膜和大脑中紧密连接蛋白Occludin mRNA的表达(分别为0.61±0.10、0.64±0.20)均显著低于对照组(分别为1.02±0.25、1.04±0.31)(t=3.47,P=0.010;t=2.66,P=0.024)。单细胞转录组测序显示,脑膜存在11种细胞类型,包括内皮细胞、成纤维细胞、免疫细胞等,其中内皮细胞占比最大[对照组为26.47%(1589/6004),实验组为26.26%(807/3073)],是脑膜中最主要的细胞类型;实验组小鼠脑膜组织中粒细胞比例[11.65%(358/3073)]较对照组[5.56%(334/6004)]增加。进一步聚类分析内皮细胞,GO富集分析显示差异基因与血管生成、细胞黏附、细胞凋亡等有关;KEGG分析显示差异基因与白细胞介素-17信号通路、松弛素信号通路等相关。RT-qPCR显示,实验组小鼠脑膜组织中Atf3和Apold1 mRNA表达(分别为0.42±0.24、0.54±0.27)均显著低于对照组(分别为1.03±0.26、1.02±0.23)(t=3.88,P=0.005;t=3.02,P=0.017)。结论Pg W83慢性感染的牙周炎小鼠认知能力下降,存在神经炎症,屏障功能改变;单细胞转录组测序发现脑膜组织存在免疫细胞浸润,Atf3和Apold1基因表达下调,提示脑膜免疫和屏障功能的改变在牙周炎导致的认知障碍中发挥作用。