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科研动态

Microbiome:宏基因组揭示肌痛性脑脊髓炎/慢性疲劳综合征患者的肠道菌群图谱
发布时间:2017-05-22 17:02   点击率:
导读
肌痛性脑脊髓炎/慢性疲劳综合征(ME/CFS)的典型特征是持续疲劳,多伴随认知紊乱、睡眠障碍、直立耐受不能、发热、淋巴结肿大以及肠易激综合征(IBS)。严重的ME/CFS会影响患者的工作、学习和日常生活。目前人们仍不明确胃肠道微生物和外周炎症与ME/CFS之间的相关程度。本研究对50名ME/CFS病人和50名健康人进行严格的临床数据记录、肠道菌群宏基因组测序以及血浆免疫分子分析。

材料与方法
选择50名ME/CFS患者和50名健康人作为研究对象,健康人的年龄、性别、种族、居住地、临床表现和取样时间均与患者相似。取样之前,需记录两类人群的临床指标,包括年龄、性别、种族、样本收集季节、是否有IBS共病、BMI以及ME/CFS持续时间。

 

分别收集所有研究对象的粪便和血浆样本,提取粪便中的微生物DNA,进行宏基因组测序;基于磁珠的61-plex免疫分析被用来检测血浆中免疫分子浓度。获得的宏基因组数据、血浆免疫图谱及健康症状严重性评估得分被整合,通过AYASDI平台进行拓扑学数据分析(TDA)。


测序平台:Illumina Hiseq 4000
测序策略:PE100
平均数据量:7G / 样本

研究成果
1. 图1展示了健康人群、ME/CFS+IBS患者以及ME/CFS w/o IBS患者三组人群宏基因组数据的拓扑网络图。从中可以看出,ME/CFS患者的拓扑网络图显著区别于健康人群,而IBS共病是导致这种差异的最强有力的驱动因素。三组人群在肠道菌群组成、代谢通路方面存在差异。在种水平,包括Faecalibacterium prausnitziiFaecalibacterium cf.、Roseburia inulinivorans等在内的12种微生物的相对丰度在ME/CFS患者和健康人群中显著不同。在代谢通路上,血红素生物合成、羧化物、氨基酸和多胺代谢也存在组间差异。

 

图1. ME/CFS宏基因组图谱的拓扑数据分析
 
2. 热图分析表明ME/CFS和健康人群中最主要的两种门水平物种分别是拟杆菌门和厚壁菌门(图2a)。PCoA分析结果显示ME/CFS患者和健康人群在肠道菌群组成上有相似之处,但在第一、第二主成分上仍有差异(图2b,c)。总的来说,ME/CFS患者肠道菌群变异性要大于健康人群(图2d)。

 
图2. ME/CFS与对照组的肠道菌群热图分析
 
3. 为了进一步寻找组间差异物种,文中采用LEfSe分析进行筛选,发现22种微生物在ME/CFS患者中富集,另外27种微生物在健康人群中富集(图3)。其中,F. prausnitziiAlistipes putredinisFaecalibacterium cf.、R. inulinivorans等菌在患病人群中显著降低,Pseudoflavonifractor capillosusClostridium bolteaeRuminococcus gnavus和unclassified Bacteroides等菌在患病人群中显著增加。


图3. ME/CFS和ME/CFS亚组(ME/CFS+IBS, ME/CFS w/o IBS)与对照组的菌群组成差异
 
4. 根据是否存在IBS共病,将2组ME/CFS患病组样品与健康组进行PCoA分析,发现任意两组样品之间都存在重叠现象,说明肠道菌群组成有一定相似性,但又存在差异。研究发现,健康组与ME/CFS + IBS组之间的差异以及ME/CFS w/o IBS组与ME/CFS + IBS组之间的差异都要高于健康组与ME/CFS w/o IBS组之间的差异;ME/CFS + IBS组具有最大的集群变异(图4)。

 
图4. ME/CFS+IBS和ME/CFS w/o IBS与对照组之间的微生物图谱
 
5. 功能注释结果显示,ME/CFS组在维生素B6生物合成、嘧啶核糖核苷酸降解、阿特拉津降解等通路上显著富集,而健康组在精氨酸、聚胺、不饱和脂肪酸以及霉菌酸酯生物合成等通路上显著富集(图5a)。ME/CFS + IBS组在海藻糖、鼠李糖、阿特拉津降解以及L-苏氨酸生物合成等代谢通路上富集,ME/CFS w/o IBS组在微生物B6生物合成、嘧啶核糖核苷酸、阿特拉津、丙三醇降解等代谢通路上富集(图5b,c)。

 
图5. 对照组与ME/CFS及2个ME/CFS亚组间的差异代谢通路
 
6. 对61种细胞因子浓度进行检测及组间比较,均未发现显著差异现象。

研究结论
ME/CFS与菌群失调及代谢紊乱有关,而这可能影响疾病的严重程度。然而,本研究表明与单独的ME/CFS相关联的功能紊乱特征可能被ME/CFS中的共病——IBS干扰所掩盖。这些研究结果可以帮助人们对疾病进行更准确的诊断并促进ME/CFS子群特定治疗策略的发展。

亮点
1. 首次通过拓扑结构分析疾病、肠道菌群、身体质量指数以及代谢通路之间的关系,思路独特;

2. 增加细胞因子浓度检测等理化指标作为研究辅助手段。