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文献分享 | 慢性阻塞性肺病患者相关肠道菌群和代谢组学变化

分类:行业资讯   发布时间 2020-12-30   阅读: 137


慢性阻塞性肺病(COPD)是全球第三大死亡原因,每年有超过300万人因COPD丧生。COPD表现为持续的肺部炎症,尚缺乏有效治疗方案。已有大量研究报道肺部菌群能加剧疾病的发展,但肠道菌群的作用仍不清楚。近日,悉尼科技大学百年纪念中心主任菲尔·汉斯布洛教授等研究人员开展了COPD与肠道菌群的研究,在这项研究中,他们比较了COPD患者和健康个体粪便样品的微生物组和代谢组,揭示了两组之间的显著差异。

代谢组学

文章标题:Disease-associated gut microbiome and metabolome changes in patients with chronic obstructive pulmonary disease

发表期刊:Nature Communications

发表时间:2020-11-18

影响因子:IF=12.121

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研究背景

慢性阻塞性肺病(COPD)是一种异质性疾病,其具有肺部病理学症状,包括慢性支气管炎、气道重塑和肺气肿,会损害肺的功能。它也有很多并发症,如心血管疾病、结肠炎和骨质疏松症等。作为全球第三大死亡原因,COPD的主要危险因素包括吸入香烟烟雾、空气污染以及其他有害颗粒。据报道,只有20-25%的吸烟者患上了COPD,尽管目前的研究已经发现了一些遗传风险因素,但如炎症和免疫反应等因素对该疾病的发病机理也有很大贡献。以往研究表明,肺部微生物群能够导致COPD的发生发展,但关于肠道菌群的功能作用目前仍不清楚。 

2
16S rRNA基因测序

为了比较慢性阻塞性肺病患者和健康人肠道细菌群落组成,研究人员首先进行了16S rRNA基因测序。通过对28名COPD患者和29名健康对照组的粪便微生物组进行分析,发现两组之间的菌落组成呈显著性差异(Fig.1)。

代谢组学
Fig.1. 16S rRNA基因测序区分COPD患者(28例)和健康对照组(29例)的粪便微生物群


3
宏基因组学研究

在使用16S rRNA基因测序鉴定出不同的COPD相关粪便分类群后,研究人员又对相同样本进行宏基因组的研究,发现两组之间有146个菌种差异明显。而其中的一部分菌种,包括链球菌sp000187445、前庭链球菌以及毛螺菌科的多个成员,均与肺功能减退密切相关(Fig.2)。

代谢组学
Fig.2. 宏基因组测序区分COPD患者(28例)和健康对照组(29例)的粪便微生物群

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非靶代谢组学研究

随后,研究人员进行了非靶代谢组学的研究(Fig.3),发现在COPD患者和健康人群的肠道菌群差异代谢物中,46%来源于脂质, 20%来源于氨基酸,20%来源于异生物质。这表明脂质代谢在COPD中可能发生改变。在使用线性模型调整协变量(年龄、性别和体重指数)后,确定了包括N-乙酰谷氨酸及其类似物N-氨基甲酰基谷氨酸等16种 (均来自脂质、氨基酸或异生物质)慢性阻塞性肺病和健康样本之间的显著差异代谢物。

代谢组学
Fig.3. 非靶代谢组区分COPD患者(n=28)健康对照组(n =29)

5
关联分析

此外,研究人员对上述鉴定的菌种和这些代谢物之间进行了关联性分析(Fig.4),绘制出副溶血链球菌B与N-乙酰谷氨酸等13种COPD相关代谢产物的疾病相关网络图,明确了3个不同的微生物群/代谢物群,揭示了253种重要的关联关系,这些关联关系中有许多涉及COPD富含的物种。最后,研究人员还进行了一项含38个样本的队列验证,再次证实了COPD相关肠道菌群中链球菌科的富集。

代谢组学
Fig.4. 肠道菌群和代谢组的关联性分析

6
小结

该研究对COPD患者的肠道菌群及其代谢产物进行了宏基因组学和非靶代谢组学的检测和关联分析,发现患者和健康人的肠道菌群差异显著:COPD患者肠道菌群丰度显著低于健康人群,同时,链球菌科在COPD患者中显著富集,并找到了与其密切关联的N-乙酰谷氨酸等13种代谢产物。该研究首次揭示了肠道菌群对于COPD疾病的发生发展具有一定的贡献,因此有助于诊断COPD及寻找疾病相关的生物标志物。

文献原文下载链接:
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代谢组学