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科研 | Gastroenterology:原發(fā)性硬化性膽管炎中必需營養(yǎng)素的腸道微生物代謝改變

編譯:微科盟北越城主,編輯:微科盟Tracy、江舜堯。

微科盟原創(chuàng)微文,歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載。

導(dǎo)讀
為了研究原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)患者的腸道微生物隨宿主疾病發(fā)展的變化,我們對健康對照(HCs)、炎癥性腸病(IBD)患者、PSC患者腸道的微生物組進(jìn)行遺傳表征。對來自2個隊(duì)列(1組挪威人和1組德國人)的糞便進(jìn)行宏基因組測序,共收集136PSC患者(58%的IBD患者),158HC93例無PSCIBD患者的糞便DNA。結(jié)果顯示與HCs相比,PSC患者的微生物基因更少,同時,PSC患者表現(xiàn)出梭狀芽胞桿菌物種豐度增加和枯萎桿菌和黑瘤球菌的降低。PSC患者在與維生素B6合成和支鏈氨基酸合成相關(guān)的基因豐度上顯示出顯著差異。我們通過一組獨(dú)立的PSC患者和對照組的血漿靶向代謝組學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)PSC中維生素B6和支鏈氨基酸的濃度降低,這與肝移植自由生存期降低密切相關(guān),而在有或沒有IBDPSC患者之間,我們未發(fā)現(xiàn)分類學(xué)或功能差異。PSC患者的腸道微生物組與HCs相比具有很大的功能差異,包括必需營養(yǎng)素的微生物代謝。與疾病進(jìn)程相關(guān)的相關(guān)循環(huán)代謝物的改變,表明微生物功能可能與PSC的疾病過程有關(guān)。

論文ID


原名:Altered Gut Microbial Metabolism of Essential Nutrients in Primary Sclerosing Cholangitis
譯名:原發(fā)性硬化性膽管炎中必需營養(yǎng)素的腸道微生物代謝改變
期刊:Gastroenterology
IF:17.37
發(fā)表時間:2020.12
通訊作者:Johannes R. Hov
通訊作者單位:陸大學(xué)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)


實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在對170億對配對序列進(jìn)行測序和質(zhì)量控制后,我們可從387個個體中進(jìn)行5.5 TB的數(shù)據(jù)分析,這里總共136例PSC,158 HCs和93例IBD對照患者(表1)。

表1 研究隊(duì)列中原發(fā)性硬化性膽管炎和健康對照特征的總結(jié)

注:補(bǔ)充表4提供了IBD對照的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息。HC均未使用任何所述藥物。 連續(xù)數(shù)據(jù)以中位數(shù)(最小到最大值)給出,計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)以n(%)表示。

AB,抗生素;ALP,堿性磷酸酶;ALT,丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶;AST,天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶;BMI,體重指數(shù);G,德國人;GGT,γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶;N,挪威人;不適用,不可用;PPI,質(zhì)子泵抑制劑。德國隊(duì)列中缺少10種HC的aBMI數(shù)據(jù),除非另有說明,否則其他數(shù)據(jù)完整。

1.微生物分類和遺傳多樣性

在合并隊(duì)列中,總體微生物組組成在表型(PSC、HCsIBD)之間有顯著的變化(圖1A),這在單獨(dú)分析每個隊(duì)列時也很明顯(圖1BC)。地理位置也是影響所有表型(包括HC)(圖2A)的總體微生物組組成的重要因素。

HCs相比,PSC患者的微生物基因豐富度(觀察到的基因)顯著降低(圖1D),而且在調(diào)整年齡,性別和體重指數(shù)時,伴隨的IBDPSC患者的基因豐富度沒有影響。

圖1 PSC患者和對照組的總體細(xì)菌分類組成和基因豐富度

(A)PSC患者、健康和IBD對照組的微生物組的不同。(B)德國人群隊(duì)列的腸道微生物變化。(C)挪威人群隊(duì)列的腸道微生物變化。(D)與對照組相比,PSC中觀察到的基因數(shù)量。(A-C)中的所有組質(zhì)心代表排序中各組各自點(diǎn)的算術(shù)平均值。

2.個體差異

經(jīng)過質(zhì)量控制和過濾后,整個數(shù)據(jù)集中共鑒定出413個類群(種群到菌株水平)。對于每個國家,我們分析了樣本中零分類率小于80%的單個分類單元,也分析了分布的變化(mu)和零豐度的差異(nu)。該分析確定了與HC相比,PSC中的Clostridiumasparagiforme和未分類的埃希氏菌屬物種豐度顯著增加,以及幾種物種顯著減少,包括:RuminococcusobeumEubacteriumsiraeumReceuticaleutale;此外,有9個物種顯示顯著增加并且我們發(fā)現(xiàn)與HCs相比,PSC患者中5個物種顯示顯著降低(圖2B)。盡管幾種細(xì)菌在IBD中表現(xiàn)出相似的模式,但IBDHCs之間的物種如Ruminococcusobeum, Bacteroides intestinalis和幾種梭菌都沒有差異。

先前的研究發(fā)現(xiàn)PSCVeillonella屬的含量增加。與HCs相比,PSC患者體內(nèi)的Veillonellaatypica,Veillonellaparvula,未分類的Veillonella呈上升趨勢。與PSC相關(guān)的其他物種包括除變形桿菌(Proteusmirabilis)和雞腸球菌(Enterococcusgallinarum)之外的肺炎克雷伯氏菌(K.pneumoniae),這些細(xì)菌以前與PSC的腸屏障功能和免疫反應(yīng)有關(guān)。由于挪威隊(duì)列中的豐度低,我們最初的分析未包括肺炎克雷伯氏菌。一項(xiàng)有針對性的分析表明在25%的PSC患者的微生物組中能夠檢測到肺炎克雷伯菌,但在HC中僅為4.4%,而在IBD對照組微生物組中有45.2%檢測到肺炎克雷伯菌,僅在少數(shù)患者中檢出了雞膽小球菌和奇異瘧原蟲。當(dāng)對一部分德國樣品進(jìn)行物種特異性實(shí)時聚合酶鏈反應(yīng)時,肺炎克雷伯氏菌在PSC,IBDHCs中的流行率相似,而在少數(shù)樣品中檢測到了雞膽小球菌和奇異瘧原蟲。

為了進(jìn)一步描述表型之間的結(jié)構(gòu)微生物組差異,我們使用SparCC生成了細(xì)菌物種豐度互相關(guān)網(wǎng)絡(luò),HC中的網(wǎng)絡(luò)由幾個大的和小的簇組成(圖2C)。當(dāng)覆蓋在PSC中觀察到的協(xié)相關(guān)時,PSC患者的HCs中的網(wǎng)絡(luò)被破壞,損失了幾個簇,而其他簇則較少(圖2D)。與HC相比,沒有PSCIBD對照品也顯示出網(wǎng)絡(luò)破裂,但與PSC中觀察到的明顯不同。

圖2 PSC與HCs物種組成的差異

(A)在PSC和HCs中豐富度不同的物種和(B)差異不同的物種。物種通過門屬關(guān)系著色。(C)HCs和(D)PSC患者的細(xì)菌豐度相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。在(A)和(B)中,森林圖中的三角形/條表示對數(shù)(奇數(shù)比)/SE。(C)和(D)中的紅線和藍(lán)線分別表示物種之間的正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。結(jié)節(jié)的大小反映了每種表型的平方根變換后的中位數(shù)相對豐度,而包圍的結(jié)節(jié)標(biāo)記了關(guān)節(jié)點(diǎn)。僅顯示r>0.4的相關(guān)性,而相關(guān)系數(shù)的增加則通過增加線寬來反映。

3.在原發(fā)性硬化性膽管炎中微生物組的遺傳環(huán)境中的廣泛變化,突出顯示氨基酸和B維生素的生物合成變化

總體而言,過濾后我們檢測到兩個隊(duì)列中均存在121個代謝途徑和424個酶家族。除106個酶家族外,我們還發(fā)現(xiàn)與HCs相比,PSC患者的微生物群中53種代謝途徑差異性豐富。

HCs相比,PSC患者的微生物組顯示,與支鏈氨基酸(BCAA)異亮氨酸生物合成相關(guān)的代謝途徑顯著減少(圖3),以及與BCAA異亮氨酸,纈氨酸和亮氨酸相關(guān)的幾種酶家族水平也顯著降低(圖4A-C),IBD患者的水平與PSC中的水平相似。與芳族氨基酸生物合成相關(guān)的代謝途徑也存在差異,但不一致,某些途徑富含PSCL-苯丙氨酸生物合成的PWY6628超級途徑),而其他途徑則被耗盡,例如,芳香氨基酸生物合成的COMPLETEARO-PWY超級途徑,如圖3所示。與HC相比,PSC7種最富集的代謝途徑中有4種與其他2種氨基酸,即精氨酸和鳥氨酸的生物合成有關(guān)(圖3)。這4種途徑在PSCIBD中的水平相似,但直接比較中,與HC相比,這些途徑中只有2種在IBD中顯著富集。

HC相比,PSC患者顯示出與硫胺素(維生素B1)的生物合成有關(guān)的代謝途徑水平更高(例如,硫胺素二磷酸生物合成的THISYN-PWY超途徑I,圖3)。該途徑在PSCIBD中顯示出相似的水平,而IBD患者顯示出比HCs高的水平;然而,生物合成硫胺素(維生素B1)的關(guān)鍵中間體5′-磷酸核糖基-5-氨基咪唑(PWY6122,PWY6277PWY6121)的3種代謝途徑在PSC中都被消耗掉了(圖3)。此外,與幾個與維生素B6代謝相關(guān)的酶家族的HC相比,PSC患者表現(xiàn)出顯著差異,最突出的是EC4.3.3.6吡哆醛-5磷酸合酶的顯著消耗(圖4D),這是一種單獨(dú)構(gòu)成吡哆醛5'-磷酸生物合成II和從頭合成活性形式維生素B6,吡哆醛5'-磷酸(PLP)和EC2.6.1.52磷酸絲氨酸代謝途徑的酶。后者是構(gòu)成代謝途徑PYRIDOXSYN-PWY:吡哆醛50-磷酸生物合成I7個酶家族中的1個,與HCs相比,PSC中的酶家族增加(圖3)。至于該代謝途徑中的最后6個酶家族,與HC相比,PSC中富集了1個(EC1.1.1.290),其中3個表現(xiàn)出相似的水平(EC2.6.99.2、1.1.1.2622.2.1.7),并且,后2個(EC1.2.1.721.4.3.5)未通過我們的初始過濾,共有84個物種參與了數(shù)據(jù)集中的EC4.3.3.6吡哆醛-5-磷酸合酶。在薈萃分析中,與HCs相比,在PSCE.talealEubacterium.siraeum的豐度顯著降低(見圖2A),同時這兩個物種也是促成該酶豐度最高的5個物種之一。有28個物種構(gòu)成了PYRIDOXSYNPWY:吡哆醛5'-磷酸的生物合成I,但在元分析中檢測到的所有貢獻(xiàn)物種均未顯示PSCHCs之間存在差異。

關(guān)于其他B族維生素,還減少了兩種酶,分別是EC2.7.1.26核黃素激酶和EC2.7.7.2黃素腺嘌呤二核苷酸合成酶,這些酶負(fù)責(zé)合成維生素B2的活性形式。在PSC中(圖4EF),核黃素合酶(EC2.5.1.9)負(fù)責(zé)導(dǎo)致核黃素和5-氨基-6-D-核糖基氨基尿嘧啶合成的反應(yīng),在PSC中富集(圖4G);此外,PSC患者的微生物組顯示出與氨產(chǎn)生有關(guān)的酶家族豐富(圖4HI)。與HCs相比,PSC還豐富了與抗生素抗性相關(guān)的酶家族(如EC3.5.2.6內(nèi)酰胺酶)(圖4J)。

圖3 PSC微生物組中代謝途徑的改變

熱圖和森林圖顯示了來自各個隊(duì)列(熱圖中的左2列)和薈萃分析(熱圖和森林中的右列)的PSC和HC之間的微生物組代謝途徑。森林圖中的三角形/條表示對數(shù)(比值)/SE。

圖4 PSC患者腸道微生物組的遺傳潛力

點(diǎn)狀圖顯示了與BCAA微生物代謝相關(guān)的酶家族(EC等級為4級)的相對豐富度(A)纈氨酸,(B)亮氨酸和(C)異亮氨酸,(D)維生素B6(PLP)的活性形式(E)維生素B2,黃素單核苷酸(FMN)和(F)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的活性形式,以及(G)核黃素(維生素B2)和相關(guān)代謝產(chǎn)物的合成,(H,I)氨的產(chǎn)生,以及(J)抗生素耐藥性。紅色條形表示中位數(shù)。

4.原發(fā)性硬化性膽管炎患者微生物組中的代謝途徑減弱,血漿中相關(guān)代謝物水平降低

由于最初的微生物組分析確定了BCAAB維生素在細(xì)菌代謝中的潛在變化,而腸道微生物組可能是這些代謝產(chǎn)物的重要來源,我們從血漿中選擇了維生素BBCAA代謝物進(jìn)行了研究,其中有191PSC患者的隊(duì)列研究(在宏基因組研究隊(duì)列中也招募了27名患者)和48HCs,與HCs相比,PSC患者血漿中維生素B6PLPBCAAs異亮氨酸,亮氨酸和纈氨酸的主要活性形式明顯減少(圖5AD);與對照組相比,PSC中的其他維生素B6代謝產(chǎn)物(即吡哆醛和4-吡啶氧酸)含量也較低。此外,維生素B2(核黃素)代謝物黃素單核苷酸的PSC水平降低,相當(dāng)于EC2.7.1.26的降低,而維生素B2本身沒有差異。對于維生素B1,與對照組相比,PSC患者的硫胺素相似,而PSC中的硫胺素單磷酸鹽減少。在有微生物組和代謝組學(xué)數(shù)據(jù)可用的27名患者中,這些B維生素的血漿水平與相關(guān)代謝途徑或酶家族的相對豐度不相關(guān),這可能是由于糞便和血漿采樣之間的間隔長;與HCs相比,PSC患者的必需氨基酸組氨酸減少了;在其他測定的氨基酸中,只有鳥氨酸在PSC中有所增加。

因?yàn)?/span>BCAAs的循環(huán)水平與腸道微生物群將這些氨基酸運(yùn)輸?shù)郊?xì)菌中的潛在能力有關(guān),我們專門研究了5個與BCAA向細(xì)菌內(nèi)向運(yùn)輸有關(guān)的基因和基因組。在薈萃分析中,這些基因組的PSC豐度顯著高于HC,IBD的水平與PSC相似。

微生物代謝物可能會改變疾病的嚴(yán)重程度,因此,我們調(diào)查了代謝產(chǎn)物與PSC無肝移植生存之間的關(guān)系。達(dá)到臨床終點(diǎn)的患者的血漿PLPBCAA(即異亮氨酸,亮氨酸和纈氨酸)的濃度均低于未達(dá)到臨床終點(diǎn)的患者。當(dāng)將血漿濃度分成四分位數(shù)時,這些代謝物的低水平都強(qiáng)烈預(yù)示著無肝移植的存活率降低(圖5EH)。對于PLP而言,效果似乎特別強(qiáng)(圖5AE),這與Cox回歸模型中的肝移植或死亡風(fēng)險(xiǎn)降低相關(guān),而與Mayo風(fēng)險(xiǎn)評分和肝纖維化評分無關(guān)。PLP還與肝移植或死亡風(fēng)險(xiǎn)降低相關(guān),而與其他風(fēng)險(xiǎn)評分無關(guān)。PLP可能被堿性磷酸酶代謝,兩者呈中度負(fù)相關(guān),但添加到模型后,堿性磷酸酶與存活率并不是獨(dú)立相關(guān)。校正Mayo風(fēng)險(xiǎn)評分后,異亮氨酸,亮氨酸和纈氨酸與肝移植的無生存期無關(guān)。

圖5 微生物群系相關(guān)血漿代謝產(chǎn)物與肝移植術(shù)后生存期

(A)與hc相比,PSC患者血漿中活性維生素B6代謝物PLP,(B)異亮氨酸,(C)亮氨酸和(D)纈氨酸,(E)PLP、(F)異亮氨酸、(G)亮氨酸和(H)纈氨酸的低水平均與PSC中肝移植存活的減少有關(guān)。

5.微生物組作為原發(fā)性硬化性膽管炎疾病表型和臨床特征的生物標(biāo)記物

當(dāng)在物種數(shù)據(jù)上應(yīng)用隨機(jī)森林模型時,我們能夠以較高的預(yù)測能力從HC中鑒別出PSC,并且從IBD鑒別出PSC(圖6B),同時將PSCHCsIBD分開具有類似的預(yù)測能力。添加人體測量學(xué)信息(即年齡,性別和體重指數(shù))對PSCHCs的預(yù)測影響很小,并且通常使用物種數(shù)據(jù)表現(xiàn)優(yōu)于酶家族和代謝途徑來分離表型。

最后,我們合并了兩個微生物組隊(duì)列,以分析PSC患者臨床個體之間的差異。比較有和沒有IBDPSC患者,我們無法檢測到基因豐富度,種類,代謝途徑或酶家族的任何差異。在患有和不患有IBDPSC患者之間,總體細(xì)菌組成均沒有顯著變化。PSC中的微生物基因豐富度與疾病持續(xù)時間或Mayo風(fēng)險(xiǎn)評分之間沒有相關(guān)性。在一部分可以進(jìn)行肝硬度測量(通過瞬時彈性成像法測量)的德國PSC患者中,肝硬度與基因豐富度沒有顯著相關(guān)性。在測試肝硬度與酶家族以及與維生素B6BCAA合成相關(guān)的代謝途徑之間的關(guān)聯(lián)時,肝硬度增加與EC6.1.1.4亮氨酸轉(zhuǎn)移RNA連接酶水平降低之間存在弱關(guān)聯(lián),但不適用于任何其他已測試的功能。

PSC患者中使用熊去氧膽酸(UDCA)與Erectale水平升高有關(guān),PSC中的HC含量較薈萃中的HCs減少(圖2A)。UDCA的使用還與Veillonelladispar的豐度降低有關(guān);此外,UDCA使用者和非使用者之間的β多樣性(Bray-Curtis)發(fā)生了細(xì)微的變化。我們沒有發(fā)現(xiàn)美沙拉敏對任何物種有任何顯著影響,美沙拉敏和UDCA的使用均與酶家族或代謝途徑的差異無關(guān)。值得注意的是,UDCA僅在挪威PSC患者隊(duì)列中進(jìn)行分析,因?yàn)?/span>94%的德國PSC患者在取樣時使用了UDCA。

圖6 應(yīng)用隨機(jī)森林分類技術(shù)分離臨床表型

(A)PSC vs HC和(B) PSC vs IBD。使用所有可用物種(紅線)或僅使用重要物種(藍(lán)線)的結(jié)果。

討論

在本研究中,我們分析了挪威和德國受試者的2個隊(duì)列中的糞便微生物組,其中包括PSC,IBDHCs患者。在第三組獨(dú)立的挪威PSCHC患者中,我們使用高分辨率鳥槍宏基因組測序和靶向代謝組學(xué)研究方法,發(fā)現(xiàn)了一個與PSC相關(guān)的微生物組,它具有低基因計(jì)數(shù)和多樣性,不受并發(fā)IBD的影響,現(xiàn)在可以在物種水平上鑒定;PSC微生物組中與例如維生素B6合成和BCAA合成有關(guān)的基因功能的顯著改變; PSC中維生素B6BCAAs的血漿濃度降低,以及這些代謝物的低濃度與無肝移植生存率的降低密切相關(guān),表明研究微生物代謝改變可能有助于查明與PSC病程有關(guān)的生物學(xué)變化。

通過使用鳥槍宏基因組測序,我們在研究PSC的微生物組研究中取得了重大的飛躍,提供了編碼酶和代謝途徑的微生物基因的詳細(xì)功能分析。與HCs相比,PSC患者與幾種必需營養(yǎng)素如BCAAs和維生素B6(例如PLP)的細(xì)菌合成相關(guān)的基因顯示出明顯的變化。PLP是維生素B6的活性形式,是許多代謝反應(yīng)的重要輔助因子,有助于腸道免疫調(diào)節(jié)和淋巴細(xì)胞向腸道的運(yùn)輸。PLP可以通過2個獨(dú)立途徑從頭產(chǎn)生,大多數(shù)能夠生產(chǎn)PLP的生物體使用的主要途徑是通過單一酶(EC4.3.3.6),該酶在PSC中顯著耗竭。PSC中不那么豐富的多酶途徑PYRIDOXSYN-PWY:吡哆醛5’磷酸的生物合成增加??偟膩碚f,宏基因組學(xué)數(shù)據(jù)表明PSC患者中合成PLP的遺傳潛力降低,需要進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)?zāi)P拖到y(tǒng)中進(jìn)行評估。據(jù)估計(jì),腸道細(xì)菌合成維生素B6的能力滿足每日推薦攝入量的86%,暗示腸道微生物組的改變可能會極大地影響飲食需求。在血漿中進(jìn)行的靶標(biāo)代謝物分析表明,PLP和其他B6種類(吡哆醛和4-吡啶氧酸)的濃度均降低,這表明PSC中存在真正的維生素B6缺乏癥。值得注意的是,已知PLP在不同程度的終末期肝病中會降低,不僅與自身缺乏有關(guān),而且還歸因于PLP對吡哆醛的分解代謝增加,例如在慢性炎癥的情況下通過堿性磷酸酶或其他機(jī)制引起的。盡管如此,獨(dú)立于Mayo風(fēng)險(xiǎn)評分的預(yù)測效果仍可能指出了PLP在終末期肝病之外的PSC中的作用。綜上所述,細(xì)菌功能改變的鑒定為我們指出了重要的生物學(xué),該生物學(xué)也被系統(tǒng)地改變了。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,我們的研究結(jié)果沒有顯示出腸道和血液之間的直接聯(lián)系,但是其他研究應(yīng)該調(diào)查這種聯(lián)系,以及PLP是代表PSC中疾病活動性和嚴(yán)重性的機(jī)制還是僅是疾病活動性和嚴(yán)重性的標(biāo)志物。

關(guān)于微生物合成和飲食需求的類似考慮與BCAAs有關(guān)。已知肝硬化患者中循環(huán)BCAA會減少,但包括PSC在內(nèi)的晚期肝臟疾病也會減少。與此相反,胰島素抵抗患者的循環(huán)BCAA水平升高,與微生物組的合成能力提高相關(guān),同時將這些BCAA轉(zhuǎn)移到細(xì)菌中代謝的能力降低。在PSC中,我們發(fā)現(xiàn)了相反的情況,即細(xì)菌合成的減少和對細(xì)菌的進(jìn)口能力的提高,這需要考慮腸道微生物組是否有助于在PSC中觀察到血漿BCAA濃度降低。在我們的研究中,血漿BCAA的低濃度預(yù)示著肝移植的存活率降低,但與Mayo風(fēng)險(xiǎn)評分無關(guān),這表明BCAA的改變可能與疾病階段有關(guān)。關(guān)于這些代謝物在人中PSC中的作用的確切結(jié)論需要進(jìn)行干預(yù)試驗(yàn),例如補(bǔ)充治療,而維生素B6BCAAs作為PSC中預(yù)測性生物標(biāo)志物的潛在臨床價值則需要進(jìn)行獨(dú)立的驗(yàn)證研究。值得注意的是,由于在幾種病因的肝病中均觀察到維生素B6BCAA的缺乏,因此在其他肝病中也可能會觀察到相似的腸道微生物組相關(guān)調(diào)節(jié)因子作用。

對于其他測定的代謝物,腸道微生物組與血漿水平之間的關(guān)系不太明顯。對于硫胺素和核黃素,這可能是由于腸道微生物的潛在貢獻(xiàn)較低,據(jù)估計(jì)僅能滿足每日推薦攝入量的2-3%。然而,在PSC中與核黃素代謝相關(guān)的細(xì)菌基因的改變可能是有趣的,因?yàn)檫@些改變是細(xì)菌核黃素代謝產(chǎn)物的來源,細(xì)菌核黃素代謝產(chǎn)物是激活在粘膜相關(guān)恒定T細(xì)胞必需的,而這些T細(xì)胞是與PSC相關(guān)的在肝臟中豐富的先天性T細(xì)胞。

腸道微生物組的功能方面很重要,但特定細(xì)菌物種的作用也很重要。我們觀察到經(jīng)典潛在病原體埃希氏菌的增加,以及通常被歸類為短鏈脂肪酸丁酸酯生產(chǎn)者的物種的減少。先前的工作強(qiáng)調(diào)了PSCVeillonella屬的相對豐度增加在Nakamoto等人的一項(xiàng)研究中,從PSC患者中分離出的12 K肺炎病毒株對小鼠肝膽損傷的敏感性增加,并且細(xì)菌易位。根據(jù)Nakamoto等人的研究,在本研究的宏基因組學(xué)測序數(shù)據(jù)中,肺炎克雷伯氏菌在PSC患者中的發(fā)生率比HCs高。使用更敏感的方法(定量聚合酶鏈反應(yīng))在德國隊(duì)列的一小部分中,與鳥彈槍測序數(shù)據(jù)相比,PSC患者中發(fā)現(xiàn)的肺炎克雷伯菌序列比例更高,但在PSCHCs中的流行率相似。肺炎克雷伯氏菌等非常低的豐富類群的臨床相關(guān)性值得懷疑,而且肺炎克雷伯菌在人PSC中的作用尚不明確。正如Nakamoto等人的文章的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所暗示的,只有肺炎克雷伯氏菌種的特定菌株才有可能誘導(dǎo)肝膽損傷,這突出了在進(jìn)一步的微生物組研究中提高分辨率的必要性。有趣的是,最近關(guān)于酒精性肝炎患者的研究中也提出了類似的概念,他們糞便中糞腸球菌的豐度也很高。糞腸球菌E菌株具有產(chǎn)生外毒素胞溶素的能力與更嚴(yán)重的疾病相關(guān)??傮w而言,似乎單個微生物和微生物的集體代謝能力都發(fā)生了變化。腸道微生物組可能會改變?nèi)祟惣膊?,而不一定是觸發(fā)事件,這樣的機(jī)制可能指向新的治療機(jī)會。

一個重要的觀察結(jié)果是,無論是否在微生物物種和功能水平上,患有或不患有IBDPSC患者的微生物組之間都具有驚人的相似性。與之前的數(shù)據(jù)一致,沒有肝病的IBD中的總體微生物組組成與PSC患者不同;然而,PSC患者和沒有PSCIBD患者之間幾乎沒有任何物種和功能差異,這表明PSCIBD的區(qū)別與多個物種或功能的變化有關(guān)。這是可能的研究挑戰(zhàn),找到適當(dāng)匹配的有和沒有PSCIBD患者用于對照病例研究是非常困難的。

地理位置的差異帶來了另一個挑戰(zhàn),但也可能是病例對照研究中的重要因素。此外,在挪威和德國隊(duì)列中,采樣和DNA提取的方式有所不同。在某些研究中,地理位置確實(shí)是微生物組組成的最強(qiáng)預(yù)測因子,突顯了在多隊(duì)列國際研究中確定和驗(yàn)證核心特征以定義真實(shí)疾病特征的必要性。但是,在目前的研究中,不可能研究確定挪威和德國之間地理或處理方法上的差異。

這項(xiàng)研究的主要優(yōu)勢是使用了兩個來自不同國家的獨(dú)立病例對照隊(duì)列,并使用了最新測序方法。盡管據(jù)我們所知,這項(xiàng)研究是迄今為止使用全基因組測序?qū)?/span>PSC患者中的微生物組進(jìn)行研究的最大隊(duì)列,但通過納入更多患者以及肝病對照,結(jié)果的可靠性可能會進(jìn)一步提高。值得注意的是,到目前為止,我們發(fā)現(xiàn)微生物組變化與代謝物差異和預(yù)后之間的聯(lián)系是顯著關(guān)聯(lián)的。如果要進(jìn)一步探索這些聯(lián)系,時間和受試者匹配的血液和糞便樣本在進(jìn)一步的研究中也很重要。肝移植終點(diǎn)在不同的國家可能有所不同,可能使其作為臨床考慮因素較小。另一個限制是飲食數(shù)據(jù)只能通過標(biāo)準(zhǔn)問卷進(jìn)行粗略的調(diào)查,因此飲食因素可能會影響我們的研究結(jié)果。此外,由于采用橫斷設(shè)計(jì),我們無法辨別檢測到的變化是否在疾病發(fā)作之前或之后,這限制了得出因果關(guān)系結(jié)論的可能性。由于PSC是一種罕見的疾病,因此很難描述發(fā)病期間的微生物群信息。但是,應(yīng)該建立起更大的國際隨訪資料庫,以幫助解決這些限制因素。

結(jié)論

總之,與HCs相比,PSC患者的腸道微生物組表現(xiàn)出較大的功能差異,包括必需營養(yǎng)素的微生物代謝,而這些差異與IBD無關(guān)。與肝移植生存相關(guān)的相關(guān)循環(huán)代謝產(chǎn)物的改變表明,總體微生物功能可能與PSC的疾病進(jìn)程有關(guān)。

原文鏈接:  
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33387530/


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