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科研动态

Microbiome : 生命早期的肠道菌群轨迹或可预测乳糜泻的发展
发布时间:2018-03-13 10:46   点击率:
导读
乳糜泻(celiac disease,CD)是一种免疫性疾病,具有遗传倾向性。该疾病与表达为抗原呈递细胞(APC)中表面异源二聚体的人类白细胞抗原HLA-DQA1和HLA-DQB1基因强烈相关。 麸质摄入是CD的唯一环境触发因素。 APCs识别面筋肽并激活固有层浸润T淋巴细胞,这导致了促炎细胞因子,主要是干扰素IFN-γ和IL-15的释放,以及细胞毒性T细胞的激活和深度组织损伤。本研究旨在调查具有CD遗传风险的儿童,早期的肠道菌群和免疫标志物的改变是否早于CD的发病, 揭示CD发展过程中环境因素与可遗传因素之间的相互作用,以期帮助进行一级预防。

 
文献ID

题目:Gut microbiota trajectory in early life may predict development of celiac disease 
译名:生命早期的肠道菌群轨迹或可预测乳糜泻的发展
期刊:microbiome        IF=8.496
发表时间:2018年
通讯作者:Marta Olivares 
通讯单位:西班牙国家研究委员会农业化学与食品技术研究所微生物生态学,营养与健康研究室
 

材料与方法
实验设计
研究对象:前瞻性队列研究,健康足月新生儿(> 200例),其中至少有一名亲属是CD患者。本研究包括CD病例组(n = 10)和对照组(n = 10),对照组在5年随访后没有发展为CD。分别分析两组对象在4个月和6个月时期的肠道菌群。
 
样本类型: 婴儿粪便样本
 
测序区域及平台
测序平台:16S V1-V2 区 Illumina MiSeq platform(2X250bp)
 
 
研究成果
1. 与乳糜泻相关的肠道微生物群的早期进化发展
基于Jaccard聚类分析显示,不同疾病状态的早期微生物群几乎没有明显的聚集。
 
图1. 科水平的菌群Jaccard树状图
对照组4个月:深蓝色;对照组6个月:浅蓝色,
CD组4个月:粉红色; CD组6个月:红色。
 
物种组成显示样品含有8个门,其中四个门超过了总reads的1%。图2显示了拟杆菌门,变形菌门,厚壁菌门和放线菌门在CD组和对照组的相对丰度。
 
4个月时,后来患CD的孩童相较于健康的孩童, 厚壁菌门丰度更高,变形杆菌和拟杆菌比例降低。在6个月时,在两组婴儿之间没有观察到门的水平差异。CD组和对照组肠道中,厚壁菌门显示出了不同的变化过程。在对照组中,厚壁菌门比例从4至6个月龄的统计学显着增加(p = 0.011),而在CD组中,随时间未检测到差异(图2)。
图2. 健康组和CD组在婴儿4个月和6个月时门水平的菌群组成
 
作者还评估了协变量对肠道微生物群成分的可能影响,这可能会影响生命后期保持健康的儿童和发育为CD的儿童之间的比较结果。多重校正差异分析显示,HLA-DQ基因型和哺乳类型,6个月时的抗生素摄入无差异。
 
在4个月和6个月,两组儿童在肠道菌群的科水平和属水平无差异。考虑到随着时间的推移组内肠道微生物群的发展,保持健康的对照组儿童在4至6个月龄时肠球菌科(p = 0.030)和消化链球菌科(p = 0.020)(图3)出现成比例增加,这些现象并没有在CD组出现。
 

图3. 健康组和CD组儿童4个月和6个月时出现显著差异的科水平的物种
 
 
2. 丰度分析和多样性分析
通过观察到的OTU数量(p = 0.024),香农多样性指数(p = 0.009)和反辛普森多样性指数(p = 0.013))测量,保持健康的对照组在研究期间的丰富度和多样性上均显示出统计学上的显著增加(图4)。 相比之下,在研究期间,CD组微生物多样性没有显著增加(OTU数量,p = 0.155;Shannon,p = 0.193;反Simpson指数,p = 0.407)。
 

图4. 不同组之间的Obs指数,香农尔指数和反辛普森指数分析
 
 
3. 免疫标记物的量化
后期发展为CD的儿童粪便中sIgA水平从4个月到6个月显著降低, 而对照组的降低并未达到统计学水平。两组内的钙卫蛋白水平在研究期间没有明显差异,个体间钙卫蛋白水平则有很大变化,在CD组中更为明显。
 

图5. 分泌型免疫球蛋白sIgA和钙卫蛋白在不同组的水平
 
关于细胞因子的差异,四个月时,CD组的白介素-6(IL-6)水平高于健康组,在6个月时,差异消失。在对照组中,TNF-α浓度随着时间的推移而增加(p = 0.051;图6b),这可能与肠道微生物群的成熟和其多样性增加有关。各组之间的比较还显示,对照组在6个月时显示比CD组更高的TNF-α水平(p = 0.028)(图6b)。在组间或组内IL-1β或IFN-γ水平没有观察到差异(图6c; 图6d)。
 
 
图6. 不同组生化指标测定
 
在4个月时,sIgA浓度与拟杆菌科(r = 0.778,p = 0.017)和肠杆菌科(r = 0.733,p = 0.031)呈正相关;与毛螺菌科(r = − 0.895, p = 0.002) 和科氏杆菌科(r = -0.712,p = 0.037)呈负相关。此外,厚壁菌门和钙卫蛋白呈正相关(r = 0.857,p = 0.024)。在6个月时的对照组中,双歧杆菌科和TNF-α之间呈正相关(r = 0.730,p = 0.020),而“未分类的毛螺菌科”与IFN-γ之间(r = - 0.644,p = 0.049),以及拟杆菌科 和IFN-γ之间 (r = − 0.831, p = 0.005)呈负相关。
 
 
研究结论
健康婴儿随着时间的推移,其肠道菌群的多样性增加,特征在于厚壁菌门丰度升高,而发展为CD的儿童分泌型免疫球蛋白sIgA随时间降低。另外, 在保持健康的儿童中,与双歧杆菌属相关的肿瘤坏死因子TNF-α增加。研究发现长双歧杆菌相对丰度增加与婴儿保持健康有关,短双歧杆菌和肠球菌属比例增加与CD发生有关。综合研究结果表明,CD风险儿童的肠道微生物群改变可能影响免疫成熟过程并导致易患CD。
 
 
亮点
前瞻性队列研究,历时五年,纵向研究早期肠道菌群和免疫指标对乳糜泻发展的的影响。


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