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      痛風患者的腸道菌群結構研究

      發布日期:2020-08-05
      痛風主要是由于嘌呤代謝紊亂和血液中尿酸慢性升高(高尿酸血癥)引發的自發性炎癥。當今社會中,人們對于高蛋白食品的攝入越來越多,這也導致高尿酸癥的患病概率大幅升高,甚至發展成痛風。有證據顯示痛風患者的腸道菌群與健康人群的腸道菌群結構存在差異,故本試驗近一步探究痛風患者腸道菌群的具體結構。

        試驗設計

        共選取83名志愿者參與試驗,共分為三組。第一組為痛風組:由35名重度痛風患者組成;第二組為健康(對照)組:由33名健康人組成;第三組為驗證組:由6名輕度痛風患者和9名健康人組成。對所有受試者的飲食以及基本情況等進行記錄(表1),同時采集志愿者的血液樣本和糞便樣本,采用焦磷酸和Hiseq 2500相結合測序技術,對糞便樣本的微生物多樣性和功能基因組進行分析。

      表1:合格受試者的基本情況詳情
        試驗結果

        1.痛風患者血液指標及腸道菌群變化

        通過對16S rRNA基因進行測序分析,平均每個菌群共鑒定出202個OTU。在痛風組和健康組之間,沒有發現年齡、性別或者BMI等方面的顯著差異,但是在一系列血液指標中,發現兩組之間的尿酸值、總膽紅素谷氨酸-丙酮酸轉氨酶(GPT)、谷氨酸草酰轉氨酶(GOT)和尿素氮等水平存在顯著差異(P<0.001;圖1A)。

        為了檢測腸道菌群的微生物結構是否存在差異,基于屬水平16S rRNA進行了加權UniFrac距離主坐標分析(PCoA),發現與健康組相比,痛風組的腸道菌群α多樣性顯著降低(P<0.01)。此外,痛風組和健康組腸道菌群的組織結構也存在高度不同,形成了兩個簇,分別對應于兩組(圖1B),并且明顯分離。

      圖1:三組志愿者尿酸水平以及主坐標分析詳情

        2.痛風的微生物指標

        探索與痛風相關的微生物,根據基因組學數據從全基因組測序數據中預測微生物基因分為幾類,每一類都被稱為宏基因組種(MGS)。在樣本中共鑒定出41種MGS,有22個富集于健康個體中,例如普氏桿菌、產丁酸梭菌和假雙歧桿菌的MGS。另一方面,痛風患者中有19個MGS富集,包括Bacteroides caccae和Bacteroides xylanisolvens等(圖2)。

        同時基于16S rRNA焦磷酸測序,發現痛風組和健康組之間的細菌分布存在一定的相關性,共有17個屬與痛風疾病相關,其中擬桿菌、Holdemania、Anaerotruncus等與痛風呈正相關,而Faecalibacterium、Coprococcus、Ruminococcus等與痛風呈負相關,與MGS分析確定的生物特征一致。
      圖2:腸道菌群分類學特征:A為痛風患者,B為健康個體

        基于這17個差異菌屬作為生物標記物評估痛風,并得出了“痛風微生物指數”(Mig),在標記物與受試者相關性熱圖顯示,這些生物標記物可以區分健康個體和痛風患者(圖3A)。同時痛風組和健康組之間的Mig明顯不同(圖3B),在ROC曲線中評估Mig模型,確定了Youden指數和Mig的閾值為-2.157,達到此閾值的Mig可能會增加患痛風的風險,這表明Mig可以用于高精度區分痛風個體。

        為了驗證該微生物模型的性能,對驗證組的15名受試者作為試驗對象,這15名受試者的血尿酸值高于對照組,但低于重度痛風患者的血尿酸值,但是血液指標并不是診斷痛風的唯一標準,經過6個月后的回診,證實其中6人為痛風患者,9人為健康個體。對他們的腸道菌群分析顯示,在驗證組中基于Mig預測模型進行診斷的準確率達到88.9%(圖3C),高于基于血尿酸為診斷標準的準確性(71.3%,圖3D)。

      圖3:痛風相關微生物指標分析詳情

        3.痛風相關代謝途徑分析

        對痛風患者的相關功能代謝途徑進行分析發現,有5245個KO和2286個COG與痛風呈相關性,將痛風相關的KOs映射到參考代謝途徑上,痛風患者富含嘌呤、淀粉、蔗糖、鞘脂、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、視黃醇等相關代謝途徑。在嘌呤代謝途徑中,可將嘌呤降解為尿酸,同時生產尿素的尿囊素酶含量較健康人顯著減少,無法進一步降解為尿素,從而導致痛風患者尿素水平的異常積累進而形成痛風。

        試驗結論

        痛風患者在血液指標方面存在異常的同時,在腸道菌群方面也與健康個體之間存在顯著差異,痛風患者的腸道微生物多樣性顯著低于健康個體。痛風患者體內缺少柔嫩梭菌和產丁酸梭菌,卻富含Bacteroides caccae和Bacteroides xylanisolvens等。同時發現了17個屬作為痛風生物標記物,可以高度區分痛風患者,痛風診斷準確率高。痛風患者腸道菌群合成嘌呤的能力減弱,而代謝嘌呤生成尿酸能力加強,同時生產尿素的尿囊素酶含量較健康人顯著降低,最終造成尿酸堆積形成痛風。


      來源:網絡


       
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