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科研动态

Microbiome:晚发性败血症早产儿的肠道菌群与代谢物分析
发布时间:2017-09-15 14:29   点击率:
导读
晚发性败血症(LOS,出生72小时后出现败血症)在早产婴儿中具有很高的发病率(20-40%)和死亡率。已有研究证实肠道菌群与LOS之间的关系,但是对于功能和代谢分析方面欠缺深入研究。本文利用16S扩增子测序和代谢组技术,长期监测LOS患儿与健康群体的肠道菌群,发现患者肠道具有更高含量的LOS致病菌,健康婴儿肠道中优势的双歧杆菌与棉子糖、蔗糖、乙酸等代谢产物呈正相关,益生菌和低聚糖对早产儿肠道具有保护作用。
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文献ID
英文题目:Longitudinal development of the gut microbiome and metabolome in preterm neonates with late onset sepsis and healthy controls
译名:早产儿中晚发性败血症的肠道菌群与代谢物分析
期刊:Microbiome
年份:2017.07.12      IF :8.496
通讯作者:Christopher J. Stewart
单位:贝勒医学院,阿尔凯克宏基因组和微生物研究中心
 
材料与方法
样本
7个LOS婴儿和28个健康婴儿,613份粪便样品
取样时间点
-14day,-7day,0day(确诊日),+7day,+14day。
测序手段及平台
16S V4区,Illumina MiSeq
代谢分析
选取4个LOS婴儿和10个健康婴儿,63份粪便,UPLC-MS分析
 
研究成果
1.对比血液检测与肠道菌群分析结果
已有研究表明LOS婴儿肠道细菌多样性较低,并且血液诊断鉴定的细菌也是肠道中的优势细菌。在本文中,血液样品纯培养分离发现两例金黄色葡萄球菌、两例表皮葡萄球菌、一例粪肠球菌、一例无乳链球菌和一例大肠杆菌。
 
血液样品检测获得的病原菌分别为4个样品中肠道丰度最高的OTU、2个样品中丰度第二的OTU,肠道菌群分析结果与血液样本结果保持一致。在所有病例中,血液鉴定得到的病原菌在LOS确诊之前就已经在肠道中大量生长,例如由无乳链球菌引起的LOS,在确诊的2天前就已经检测到该微生物的生长,经过6天抗生素治疗后,不再检测到该细菌(图1)。

图1:LOS患者肠道菌群随时间动态变化
 
2.不同肠道菌群类型的菌群差异情况
根据肠道中优势菌属的不同,将所有样品分为6种肠道菌群类型(PGCT),分别为克雷伯氏菌属(PGCT 1),克雷伯氏菌属+肠球菌属(PGCT2),葡萄球菌属(PGCT 3),肠球菌属(PGCT 4),大肠杆菌属(PGCT5),双歧杆菌属(PGCT 6,种群较多,且双歧杆菌相对丰度高)。发现葡萄球菌和双歧杆菌在所有LOS样本未确诊前都不存在,葡萄球菌在两例确诊后出现,双歧杆菌在确诊后也不存在。此外,双歧杆菌在对照组样本中具有很高的丰度,43%健康婴儿肠道含有双歧杆菌(图2)。
 
图2:LOS和对照组婴儿肠道菌群特征
 
3.代谢物分析
考虑到肠道中含量丰富的菌为LOS致病菌,进一步对潜在功能差异进行分析,结果表明诊断时和7天后LOS和对照组婴儿间14个代谢产物有差异,对照组有7个代谢产物显著增加,其中与半乳糖代谢相关的蔗糖、棉子糖含量随时间显著增加,而LOS组保持基线水平或诊断前减少。随着诊断治疗,LOS组中相关代谢物含量增加,但是相较于对照组还是保持着较低的增速。综合PCA和箱形图分析发现,在LOS诊断前婴儿中,最重要的一些代谢物改变并延迟了肠道功能发育(图3、图4)。
 
图3:不同时间点代谢物PCA分析
 
图4:不同时间点代谢物箱形图分析
 
4.重要的代谢物和核心微生物相关性分析
如图5和表1所示:
双歧杆菌和链球菌与对照组一系列代谢产物(包括棉子糖、18-羟皮质醇、乙酸等)呈强正相关。
韦永氏球菌属与代谢物维生素K、维生素C显著相关,并且与LOS组代谢物10,11-dihydro-12R-hydroxy-leukotriene E4呈强相关。
葡萄球菌属、拟杆菌属、大肠杆菌属、克雷伯氏菌属、肠球菌属和假单胞菌属与检测的代谢物呈弱相关。
 
图5:代谢物和核心微生物相关性分析
 
表1:诊断日(0day)对照组和LOS婴儿中显著改变的代谢产物
 
 
研究结论
长期检测早产儿肠道菌群类型(PGCT)发现,健康婴儿PGCT数量上升,并且PGCT6(双歧杆菌属为优势)菌仅在健康婴儿中出现。对代谢产物进行分析,发现诊断时(0day)和7天后(+7day)两个时间点LOS组和健康组婴儿代谢产物存在差异,双歧杆菌与健康组代谢产物(棉子糖、蔗糖、乙酸等)正相关。对肠道菌群和代谢物进行分析,发现低聚糖和益生菌含量的增加与早产儿肠道的发育和保护有关,但是需要进一步在更大群体中进行验证。
 
亮点
本研究首次使用超高效液相色谱质谱联用(UPLC-MS)长期检测LOS婴儿代谢物变化,进而分析肠道菌群、代谢物与LOS的关系。