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科研动态

Microbiome等:不同因素导致的腹泻,患者肠道菌群变化相同吗?
发布时间:2017-09-22 10:18   点击率:
腹泻是导致发展中国家儿童死亡的第二大原因,每年都会造成150~250万五岁以下儿童死亡。引发腹泻的原因有多种,如感染、中毒、药物等会导致急性腹泻,一些疾病会导致慢性腹泻。

肠道菌群对维持肠道稳态和宿主的健康起着至关重要的作用,而腹泻的发生会对肠道菌群产生很大影响。随着近年来人体微生物组领域的深入研究,我们对肠道菌群与腹泻的关系有了进一步的了解。

下面我们通过4篇文献,看看在艰难梭菌、大肠杆菌、抗生素、维生素A缺乏等不同因素引起的腹泻人群中,其肠道菌群有什么不同。
 
1. 艰难梭菌引起的腹泻人群
Bloom and bust: intestinal microbiota dynamics in response to hospital exposures and Clostridium difficile colonization or infection(2016)
期刊:Microbiome        IF:8.496
测序策略及平台:16S rDNA,V4区,MiSeq平台

难辨梭状芽孢杆菌感染(CDI)是院内腹泻的主要传染源。由于住院病人经常接受抗生素和其他药物,这会破坏肠道菌群的定植能力,医院环境中的艰难梭菌芽孢易乘虚而入,从而导致住院病人患CDI的风险增加。本文利用全基因组鸟枪法测序,研究了住院治疗的98例患者的肠道菌群多样性和菌群组成。

菌群分析
难辨梭状芽孢杆菌定植患者或感染患者的肠道菌群动态分析结果(图1),显示了微生物类群的相对丰度的变化、整体的微生物多样性、以及住院患者被定植(图1A-D)或感染(图1E-H)艰难梭菌属后细菌和人类DNA的比例关系。

病人住院期间,人类DNA含量和肠道菌群的组成和多样性是高度可变的。相比之下,细菌DNA的比例(在排除人类DNA后测定)更稳定。同时可以检测到微病毒在30号、98号、99号病人体内有明显的增加,念珠菌和明串珠菌在艰难梭菌感染致腹泻病人体内增加。

随着人类测序reads数比例的增加,微病毒相对丰度增加,但是微生物多样性却在下降。


图1 难辨梭状芽孢杆菌定植或感染患者肠道菌群动态
面积图或条形图显示肠道菌群的变化;点划线代表Shannon指数(多样性);虚线表示细菌DNA含量;实线表示感染人群(A-D)或定植人群(E-H)的人DNA含量。

 
2. 大肠杆菌感染引起的腹泻人群
Individual-specific changes in the human gut microbiota after challenge with enterotoxigenic Escherichia coli and subsequent ciprofloxacin treatment(2016)
期刊:BMC Genomics      IF:3.729
测序策略及平台:16S rDNA,V1-V2区,454平台

产肠毒素大肠杆菌是引起腹泻的一大重要因素。肠道菌群对腹泻的发展的影响尚未被清晰阐明,本文招募12名志愿者,让他们感染大肠杆菌(H10407),其中5名引起腹泻反应,7名基本无腹泻症状,后期对腹泻志愿者进行环丙沙星进行治疗,同时利用16S测序对志愿者的肠道菌群变化进行研究。

菌群分析
测序结果表明,腹泻症状与高浓度的大肠杆菌密切相关,在腹泻人群中,肠道内的大肠杆菌数量明显增多且数量较大,而在无腹泻症状的人群中则检测到很少的大肠杆菌(图2)。

另外,从丰度图中还可以看出,腹泻人群中拟杆菌属(Bacteroides)、链球菌属(Streptococcus)、普雷沃菌属(Prevotella)、小杆菌属(Dialister)、Akkermansia、Blautia六个属的变化幅度比无明显症状人群高30%(图3)。

 
 
图2
a. 腹泻患者样本中前十种最占优势属的丰度
b. 无明显症状志愿者样本中前十种最占优势属的丰度


图3 腹泻组(a)和无腹泻症状组(b)肠道菌群中丰度排前九的细菌属

 
3. 抗生素导致的腹泻人群
Structural modulation of gut microbiota during alleviation of antibiotic-associated diarrhea with herbal formula(2017)
期刊:International journal of biological macromolecules
IF:3.671
测序策略及平台:16S rDNA,V4区,MiSeq平台

抗生素滥用问题日益严重,滥用抗生素会对人体产生多种不良后果,其中之一就是导致腹泻症状。本文主要研究了抗生素(林可霉素)致腹泻的小鼠肠道菌群变化。然后使用中药参苓白术散对腹泻小鼠进行治疗,检测其对抗生素腹泻的治疗效果,以期能够找到对抗生素致腹泻有干预性疗效的传统中草药。

菌群分析
在属水平上,发现萨特氏菌属(Sutterella)在腹泻小鼠中的丰度明显比正常小鼠高。而给腹泻小鼠喂食一段时间的中药参苓白术后,菌群结构趋于正常化,体内萨特氏菌属数量明显下降(图4)。

此外,拟杆菌属(Bacteroides)、Paraprevotell、颤螺菌属(Oscillospira)、Parabacteroid、乳杆菌属(Lactobacillus)、真杆菌属(Eubacterium)等几个属在腹泻小鼠肠道中显著下降,而梭菌属(Clostridium)、Epulopiscium两个属在腹泻小鼠肠道中数量显著增加(表1)。

 


图4 不同处理间样本内主要微生物属水平上相对丰度图
A 不同处理间菌群主要微生物属水平的热图
B不同处理间菌群主要微生物属水平的柱状图

表 1 属水平上具有显著性差异的主要微生物

不同字母间表示具有显著性差异(P < 0.05)

 
4. 维生素A缺乏的腹泻人群
Vitamin A deficiency impacts the structural segregation of gut microbiota in children with persistent diarrhea(2016)
期刊:Journal of clinical biochemistry and nutrition
IF:2.434
测序策略及平台:16S rDNA,MiSeq平台

维生素A缺乏(VAD)是一个重要的营养问题,儿童基金会和世界卫生组织将其定义为全球公共卫生问题。维生素A缺乏被认为和持续性腹泻有关,据调查发现,在VAD儿童中,发生腹泻的概率是普通儿童中的2.37倍。而维生素A(VA)的补充可以降低儿童腹泻的发病率和死亡率。本文主要研究了VA缺乏对持续性腹泻儿童肠道微生物的影响。针对出生1—12个月龄的儿童,共选取59名腹泻儿童,其中有30名VA缺乏儿童,有29名是VA正常的儿童,收集粪便样品进行测序研究肠道菌群的组成结构。

菌群分析
结果显示(图5),VA缺乏组人群的肠道菌群多样性明显低于VA正常组,大肠杆菌和酪酸梭状芽胞杆菌是VA正常组人群肠道中关键菌种,而肠球菌在VA缺乏组中占优势。另外,faecalibacterium菌在VA缺乏组中也明显有所下降。总之,肠道菌群的多样性和关键种在不同VA营养水平腹泻儿童中明显不同。


 

图5 VA缺乏组和VA正常组中具有显著性差异的20个主要的细菌属

 
总 结
通过上面几篇文献可以看出,艰难梭菌、产毒素大肠杆菌、肠球菌等细菌和腹泻的发生密切相关。

不同原因的腹泻所导致的肠道菌群结构变化也不尽相同,菌属水平的变化有明显差异,表明了不同的因素对肠道菌群的影响结果不同,同时也会对人体产生不同的影响。

这也给了我们相应的提醒:针对不同因素导致的感染,可能需要采取不同的治疗措施,这样才能将腹泻对身体的损伤降到最小程度,并让我们更快地恢复健康。