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科研动态

Cell Host & Microbe:阴道菌群中的普氏菌受宿主遗传和肥胖的影响
发布时间:2018-02-13 17:28   点击率:
导读
阴道微生物群的组成对女性健康至关重要,菌群失调可能会引起早产、低体重婴儿以及感染各种疾病。乳酸杆菌是人体阴道中占主导地位的微生物。它通过产生乳酸和其他杀菌化合物,抑制病原微生物来保护宿主。之前报道的四种乳酸杆菌亚型与种族有关,这暗示阴道微生物可能与遗传有关。
 
许多研究表明,肥胖对妇女的健康有不利的影响,如月经周期紊乱、无排卵和成人怀孕减少,以及年轻肥胖女孩早期初潮。最近报道肥胖女性阴道乳酸杆菌属比例有所变化。
 
虽然阴道生态系统通过宿主和阴道细菌之间的相互关系来维持,但宿主遗传因素对阴道微生物群的影响尚未得到很好的表征。 在这里,作者调查了542名韩国女性双胞胎及其家属,通过遗传力分析和候选基因方法来确定宿主遗传对阴道微生物群组成的影响。
 
 
文献ID
题目:Prevotella as a Hub for Vaginal Microbiota under the Influence of Host Genetics and Their Association with Obesity 
译名:阴道菌群中的普氏菌受宿主遗传和肥胖的影响
期刊:Cell Host & Microbe      
发表时间:2017年1月               IF:14.946    
通讯作者:GwangPyo Ko
通讯单位:韩国首尔国立大学
 
 
材料与方法
试验设计
研究对象:韩国女性(222名同卵双胞胎,56名异卵双胞胎,102名双胞胎的家族成员<母亲和姐妹>,38名非双胞胎姐妹,42名母女和82名任意女性)
 
样本类型:宫颈阴道样本
 
测序区域及平台
16S V4区测序,Illumina Miseq测序平台
 
 
研究成果
不同宿主健康状况下阴道微生物的多样性
从韩国孪生家族中,选取了542名受试者的阴道样本,包括222名同卵双胞胎,56名异卵双胞胎,102名双胞胎的家族成员(母亲和姐妹),80名相关女性和82名不相关女性。 
 
在绝经前妇女中的五个主要分类群是乳酸杆菌(64.4%)、加德纳菌(6.9%)、纤毛菌(5.6%)、普氏菌(5.4%)和芽孢杆菌(4.3% ;图1A);绝经后,菌群组成类似,但是普氏菌的比例大大提高(11.4%),拟杆菌比例降低(24.4%)。接受激素治疗后,绝经妇女的拟杆菌大幅提高。
 
细菌性阴道炎患者的菌群也有很大不同,而宫颈炎并没有影响菌群组成,感染了人乳头瘤病毒(HPV)的患者绝经前后菌群变化很大,主要是普氏菌相对丰度提高。年轻肥胖女性的阴道菌群与绝经前妇女相当,绝经后的妇女乳酸杆菌含量降低。


图1A. 丰度前10 的菌属比例 (Pre:绝经前;Pro:绝经后;BV:细菌性阴道炎;Cerviticis:宫颈炎)
 
NMDS分析显示,绝经、细菌性阴道炎(BV)和身体质量指数(BMI)显著影响了阴道菌群的组成。多样性分析显示,不管是绝经前还是绝经后, 肥胖均引起了菌群多样性的增加。


图1B. 基于宿主健康状态的阴道菌群NMDS分析;图1C. 不同BMI值的菌群多样性分析
 
宿主遗传对阴道菌群和炎症标记物的影响
使用加权和未加权的UniFrac距离比较双胞胎与其母亲之间的微生物群,结果显示双胞胎的阴道菌群比其他家庭成员或无关个人更相似(图2A)。
 
在双胞胎之间分析遗传与菌群的相关性,对同卵和异卵双胞胎的每个分类群和OTU的内部相关系数进行评估,结果表明同卵双胞胎中的相关系数值显着高于异卵双胞胎(图2B)。

图2. 宿主遗传对菌群的影响.A.双胞胎之间,双胞胎与姐妹,双胞胎与母亲之间阴道菌群未加权的unifrac距离。(MZ:同卵双胞胎。DZ:异卵双胞胎);B.菌群相关系数
 
分别对超过85%和50%的受试者中发现的分类群和OTU进行遗传力评估,将分类群和OTUs结合起来,结果表明普氏菌是最容易传播的菌属,其次是动弯杆菌属(图2C),最不容易遗传的是双岐杆菌和动球菌科。
 
 阴道菌群占主要地位的乳酸杆菌,也具有很高的遗传性(卷曲乳杆菌和惰性乳杆菌的比例分别为31.9%和41.2%)。


图2C .对阴道微生物的遗传估计
 
作者调查了宿主遗传影响下的菌群与炎症之间的关联,结果显示高敏C反应蛋白(hsCRP)、BMI和白细胞(WBC)浓度具有高度的遗传性(图2D)。

 

图2D. 宿主生理的遗传力估计; 图2E. 白细胞介素IL-5与 P. melaninogenica和白细胞的关联
 
阴道菌群与候选基因炎症因子的遗传关联
目前研究报道,与免疫调节子(白细胞介素IL)和toll样受体(TLR)有关的基因,其多态性改变了阴道菌群的组成,因此作者关注了ILs和TLRs与微生物之间的相互作用。分析结果显示,白细胞介素-5(IL-5)基因中的标志物rs2069812与Prevotella melaninogenica的关联最强,等位基因C的携带者,该菌的丰度最高。
 
IL-5是嗜酸性粒细胞发育和分化的关键介质(Clutterbuck等,1989; O'Byrne等,2001),作者评估了宿主基因型是否改变了白细胞(WBC)的水平。结果显示不同宿主基因型组之间的WBC浓度显著不同(Kruskal-Wallis检验,p = 0.003),在纯合CC基因型的宿主中,WBC显著增加(图2E),功能预测显示涉及脂多糖生物合成蛋白的菌属也更为活跃。
 
普氏菌是与宿主相关的关键阴道微生物
使用单变量和多变量分析对与宿主相关的阴道微生物进行了逐步分析。单变量LefSe分析显示,绝经、BV和HPV样本中,普氏菌LDA值最高。
 
以双胞胎为重点的多因素分析,结果证实了绝经、BV、宫颈炎、HPV、BMI和激素治疗对特定阴道细菌的显著影响。 普氏菌属与BV、BMI显著相关,这些细菌与HPV和激素相关,但并不显著,表明了对宿主健康的重要性。




图3. 宿主健康和菌群的关联
 
为了评估肥胖对阴道微生物群的附加影响,雌性小鼠连续12周保持高脂饮食(HFD)或对照饮食(CTD)(图4A)。肥胖小鼠中阴道菌群多样性增加。小鼠阴道微生物群的单变量分析鉴定出高脂饮食组的潜在病原性阴道细菌,包括PrevotellaSneathia(图4D)。HFD组阴道微生物群转移至CTD组导致CTD组血浆脂多糖(LPS)浓度显着增加(Wilcoxon秩和检验; p = 0.036;图4E)。


图4. 小鼠阴道微生物在高脂饮食中的表征及其与肥胖的相互作用
 
人类阴道菌群的独特模块
绝经前后阴道菌群的共生分析显示了类似的细菌集群模式,但是两者强度有所不同(图5)。不管是绝经前还是绝经后,普氏菌和乳酸杆菌负相关。有趣的是,普氏菌的共生网络关系根据宿主的绝经状态而改变。
 
绝经前,普氏菌与纤毛菌属、巨型球菌属、梭菌属和加德纳菌聚成一个簇,相关系数大于0.45;而绝经后,普氏菌与Peptoniphilus、卟啉单胞菌属、弯曲杆菌和Anaerococcus密切相关(r2 ≥ 0.435)。利用遗传力估计观察共发生网络,结果显示,绝经前妇女的普氏菌模块由可遗传的阴道菌组成,绝经后妇女与普式菌共同发生的细菌包括非遗传性的细菌。


图5 阴道菌群的网络分析(A.绝经前 B.绝经后)
 
 
研究结论
该研究中作者检测了与肥胖有关的542名韩国女性的阴道菌群,包含222名同卵双胞胎和56名异卵双胞胎,结果显示阴道菌群根据宿主绝经状态和细菌性阴道病而发生显著变化。与细菌性阴道炎相关的乳酸杆菌(有益菌)和普氏菌(机会致病菌)可以遗传。关联分析显示白细胞介素-5的突变与普氏菌显著相关,宿主肥胖增加了与普氏菌相关的菌群,该研究揭示了阴道菌群的遗传特点以及对患病的影响。
 
 
亮点
1. 迄今为止纳入双胞胎女性最多的阴道菌群研究;
2. 研究揭示了宿主遗传影响阴道菌群的组成;
3. 普氏菌的含量与宿主健康状态有关,IL-5基因的突变以及肥胖影响阴道中菌群中普氏菌的丰度。

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