A széklet és a vér mikrobiota profiljai és az alkoholmentes zsírmájbetegség jelenléte elhízott és sovány alanyoknál

Szerepek Konceptualizálás, adatkezelés, formális elemzés, módszertan, írás - eredeti vázlat, írás - áttekintés és szerkesztés

Jelenlegi cím: Gwanghwamun Medical Study Center, Syntekabio Inc., Szöul, Koreai Köztársaság

Az Ewha Womans Egyetem Biokémiai Tanszéke, Szöul, Koreai Köztársaság

Szerepek Adatkúra, formális elemzés, vizsgálat, módszertan, írás - eredeti vázlat, írás - áttekintés és szerkesztés

Tagsági Orvosi Kutató Intézet, Kangbuk Samsung Kórház, Sungkyunkwan Egyetem Orvostudományi Kar, Szöul, Koreai Köztársaság

Szerepek Adatkúra, formális elemzés, vizsgálat, módszertan, írás - eredeti vázlat, írás - áttekintés és szerkesztés

Az Ewha Womans Egyetem Biokémiai Tanszéke, Szöul, Koreai Köztársaság

Szerepek Adatkúra, formális elemzés, vizsgálat, módszertan, írás - áttekintés és szerkesztés

Kohort-tanulmányi tagsági központ, Total Healthcare Center, Kangbuk Samsung Kórház, Sungkyunkwan Egyetem Orvostudományi Kar, Szöul, Koreai Köztársaság, Foglalkozási és Környezetgyógyászati Tanszék, Kangbuk Samsung Kórház, Sungkyunkwan Egyetem Orvostudományi Kar, Szöul, Koreai Köztársaság

Szerepek Adatkúra, formális elemzés, vizsgálat, módszertan, írás - áttekintés és szerkesztés

Családorvosi osztály, Kangbuk Samsung Kórház, Sungkyunkwan Egyetem Orvostudományi Kar, Szöul, Koreai Köztársaság

Egyformán járult hozzá ehhez a munkához: Hyung-Lae Kim, Hwi Young Kim

Szerepek konceptualizálás, formális elemzés, finanszírozás megszerzése, vizsgálat, módszertan, írás - eredeti vázlat, írás - áttekintés és szerkesztés

Az Ewha Womans Egyetem Biokémiai Tanszéke, Szöul, Koreai Köztársaság

Szerepek Adatmegőrzés, nyomozás, írás - áttekintés és szerkesztés

Az Orvostudományi Főiskola Belgyógyászati Klinikája, Ewha Womans Egyetem, Szöul, Koreai Köztársaság

Szerepek Adatkúra, formális elemzés, vizsgálat, módszertan, írás - áttekintés és szerkesztés

Az Orvostudományi Főiskola Belgyógyászati Klinikája, Ewha Womans Egyetem, Szöul, Koreai Köztársaság

Egyformán járult hozzá ehhez a munkához: Hyung-Lae Kim, Hwi Young Kim

Szerepek konceptualizálás, formális elemzés, finanszírozás megszerzése, vizsgálat, módszertan, írás - eredeti vázlat, írás - áttekintés és szerkesztés

Az Orvostudományi Főiskola Belgyógyászati Klinikája, Ewha Womans Egyetem, Szöul, Koreai Köztársaság

Yeojun Yun,
Han-Na Kim,
Eun-ju Lee,
Seungho Ryu,
Yoosoo Chang,
Hocheol Shin,
Hyung-Lae Kim,
Tae Hun Kim,
Kwon Yoo,
Hwi Young Kim

Ábrák

Absztrakt

A nem alkoholos zsírmájbetegség (NAFLD) különböző fenotípusainak kórélettani háttere még tisztázatlan. A cél a széklet és a vér mikrobiota profiljai és a NAFLD jelenléte közötti összefüggés vizsgálata volt elhízott és sovány alanyokban. A demográfiai és klinikai adatokat 268 állapotfelmérő vizsgált vizsgálták át, akiknek széklet- és vérmintái rendelkezésre álltak mikrobiota elemzéshez. A NAFLD-t ultrahangvizsgálattal diagnosztizálták, és a NAFLD-vel rendelkező alanyokat tovább osztályozták elhízott (testtömeg-index (BMI) ≥25) vagy sovány (BMI 2) egyéneknek, akiknek metabolikus rendellenességeik voltak, például inzulinrezisztencia. [5] Bár a sovány NAFLD elterjedtsége etnikai túlsúlyt mutat, különösen az ázsiaiak, a nyugati népesség körülbelül 10% -ánál is megtalálható volt. [6–8] A NAFLD fenotípusai közötti patogenetikai különbségeket azonban még ki kell deríteni.

Az emberi testben található mikrobiota billió mikroorganizmust tartalmaz, a többség a kolonizációt végzi a bélben. [9] A bél mikrobiota úgy tűnik, hogy az egyik legfontosabb szabályozó az elhízás, a cukorbetegség és a metabolikus szindróma patogenezisében. [10–12] A legújabb tanulmányok szerint a bél mikrobiota részt vesz a NAFLD patogenezisében. [13] Például a bélből származó endogén alkohol szerepet játszott a nem alkoholos steatohepatitis patogenezisében. [14] Ezenkívül a bél mikrobiota összetételének eltolódása relevánsnak tűnt a NAFLD-ben, például a Firmicutes egyes tagjainak csökkenése, [15] vagy a Bacteroidetes mennyisége alkoholmentes steatohepatitisben és a Ruminococcus jelentős fibrózisban [16]. Ezek a vizsgálatok azonban leginkább elhízott alanyokra összpontosítottak. Mivel a BMI lehet a bél mikrobiomjának összetételbeli változásainak egyik fő meghatározója, [17] a mikrobiális jellemzők eltérőek lehetnek a különböző test habitusú NAFLD betegek körében. Egy nemrégiben készült tanulmány beszámolt Firmicutes-szegény mikrobiotáról, valamint a nonobese NAFLD-nél az alacsonyabb általános mikrobiális gazdagságról, valamint a nonobese kontrollhoz képest [18]. A bél dysbiosisát és a NAFLD fenotípusos variációit a test habitus szempontjából összekapcsoló tanulmányok azonban kevések.

Egy nemrégiben végzett kísérleti tanulmány kimutatta, hogy a vér mikrobiotájának változásai elhízott betegek májfibrózisával járnak. [19] A májnak egyedülálló érrendszere van; vérellátásának nagy részét a belekből kapja a portális vénán keresztül. Így a bél immunrendszerének zavarai növelhetik a bél áteresztőképességét és a baktériumok transzlokációját, különféle kóros szekvenciákat kiváltva, beleértve az elhízást, az anyagcsere- és a májbetegségeket. [20] A közelmúltban a vér mikrobiotájának prediktív szerepéről számoltak be az anyagcsere-betegségeknél. [21, 22] Bár a vér mikrobiotájával kapcsolatos tanulmányok figyelemfelkeltéssel várják, hogy potenciálisan nem invazív biomarkerként használják őket, a bél és a vér mikrobiota kapcsolatára és a A NAFLD a különböző test habitusú alanyokban nem elegendő. Ezért célul tűztük ki a széklet és a vér mikrobiota profiljának vizsgálatát elhízott és sovány alanyokban, NAFLD-vel vagy anélkül.

Anyagok és metódusok

Tanulmányi tárgyak

Ezt a tanulmányt a Kangbuk Samsung Kórház Intézményi Felülvizsgálati Testülete (KBSMC 2013-01-245-008, 2013. december 23-án regisztrálták) hagyta jóvá. A vizsgálat minden résztvevője írásos beleegyezését adta a vizsgálatban való részvételhez. A jelen tanulmány az Egészségügyi Világszövetség helsinki nyilatkozatának etikai irányelvei szerint készült.

Klinikai, laboratóriumi és radiológiai vizsgálatok

A magasságot és a súlyt képzett nővérek mérték, a résztvevők könnyű, kórházi ruhát viseltek, cipő nélkül. Röviden, a magasságot 0,1 cm pontossággal mértük egy sztadiométer segítségével, a résztvevők mezítláb állva. A súlyt 0,1 kg pontossággal mértük bioimpedancia analizátorral (InBody 3.0 és InBody 720, Biospace Co., Szöul, Korea). A BMI-t a kilogrammban kifejezett tömeg és a négyzetméterben kifejezett magasság hányadosa szerint számítottuk. A vizsgálati alanyokat a BMI alapján kategorizálták az ázsiai populációkra megállapított kritériumok alapján: alsúly, BMI 2; normál súly, BMI 18,5–23 kg/m 2; túlsúly, BMI 23–25 kg/m 2; és elhízott, BMI ≥25 kg/m 2. [24] Az inzulinrezisztenciát az inzulinrezisztencia-egyenlet homeosztázis-modelljének értékelésével értékeltük az alábbiak szerint: éhomi vérinzulin (μU/ml) × éhomi vércukorszint (mmol/l)/22,5 [25] A zsírmáj ultrahangdiagnosztikája a máj parenchima echogenicitásának diffúz növekedésének jelenléte volt a vese vagy a léphez képest. [26, 27] A zsírmáj diagnosztizálásának intra- és megfigyelői megbízhatósága megfelelő magas (a kappa statisztikája 0,94, illetve 0,74, ill.). [28]

DNS-kivonás és szekvencia-adatok előállítása

A székletmintákat a gyűjtés után azonnal lefagyasztották. A vérmintákhoz főleg leukocitákból álló Buffy-bevonatot használtak. A 16S rRNS géneket a MO-BIO PowerSoil DNS Isolation Kit (MO-BIO Laboratories, Carlsbad, CA) alkalmazásával extraháltuk és amplifikáltuk a mintákból a gyártó utasításainak megfelelően. Az amplifikációt és a szekvenálást ugyanabban a tételben hajtottuk végre, mint amit a baktériumok közösségének elemzésére korábban leírtunk. A genomi DNS-t fúziós primerek segítségével amplifikáltuk, amely 16S V3-V4 rRNS gént célzott indexelő vonalkódokkal. Az összes mintát az Illumina Miseq platformon szekvenálás céljából összegyűjtöttük a gyártó specifikációinak megfelelően. [29]

Szekvenciaelemzés

Statisztikai analízis

A metagenomeSeq 1.14.2 verzió [32] nulla felfújt Gauss-keverék (fitZIG) modelljét használták a CSS normalizált számadatok (mint függő változók) és a kontroll és a NAFLD (mint független kategorikus változók) közötti korrelációelemzésre. Az életkor, a nem és a BMI kovariánsait a regresszióanalízishez igazítottuk. Minden taxonszintet, amely minden elemzési készletben bőséges volt (mintánként 50 normalizált szám volt) és elterjedt (jelen volt a minták 10% -ában), a Bonferroni-féle többszörös korrekcióval (korrigált P érték 2, n = 195), a NAFLD-vel rendelkező alanyok (azaz „sovány NAFLD”; n = 27, 13,8%) szintén szignifikánsan magasabb biometrikus és laboratóriumi értékeket mutattak, kivéve a hemoglobin A1c-t és az aszpartát-aminotranszferázt, mint a sovány kontrollok (2. táblázat). Ellenkezőleg, az elhízott alanyok (n = 73) kevésbé megkülönböztető alapjellemzőket mutattak az (elhízott NAFLD-vel; n = 49, 67,1%) és a NAFLD nélküli betegek között, különösen az életkor, a nem, a vérnyomás, lipid profilok és a vesefunkció.

A széklet és a vér mikrobiota mikrobiális sokfélesége a NAFLD csoportban

Az alfa sokféleség a közösségen belüli sokszínűséget méri. Különböző mérőszámokat dolgoztak ki az alfa sokféleség mérésére, különös hangsúlyt fektetve a közösségi szerkezet különböző aspektusaira. A 3. táblázatban az összes vér mikrobiotájának nagyobb volt a gazdagsága (Chao1), de kevesebb volt a PD-je, mint a széklet mikrobiotájának. A széklet adataiban a NAFLD csoport valamivel alacsonyabb biológiai sokféleséget mutatott, mint a kontroll csoport, de statisztikailag szignifikánsan csak a teljes NAFLD székletmikrobiális PD-jében volt (Bonferroni korrigált P = 0,011). A NAFLD csoport biológiai sokfélesége szintén alacsonyabb tendenciákat mutatott, mint a kontroll csoporté a vér mikrobiotájában.

Béta változatosságot mérve a közösségi tagság változásait a különböző csoportok között, a csoportok közötti differenciálás bizonyítására OTU-bőség és súlyozott Unifrac-mutatók alkalmazásával, a taxonok közötti filogenetikai kapcsolatokkal rendelkező fajdúsítások súlyozásával. A széklet és a vér mikrobiota fő koordináta-analízisének ábráin csak a sovány NAFLD mutatta a NAFLD csoport csoportosulását (1. ábra). Amikor a távolsági mutatók statisztikai szignifikanciáját vizsgálták, a vér mikrobiota permutációs ANOVA-ja nem mutatott szignifikáns eredményt. A székletmikrobiota permutációs ANOVA-ja azonban az elhízott NAFLD kivételével nagyon szignifikáns különbséget mutatott a NAFLD és a kontroll csoport között (4. táblázat). Ezért a nagyon szignifikáns különbség a NAFLD és a kontroll csoport között elsősorban a sovány NAFLD különbségének tudható be (pszeudo-F = 3.021, P = 0.001).

JEGYZET. Nem alkoholos zsírmájbetegség (fekete négyzetek) és kontrollcsoport (szürke körök) az összes (A [széklet], D [vér]), sovány (B [széklet], E [vér]) és elhízott (C [széklet]) csoportokból, F [vér]) minták.

Rendszertani összehasonlítás a széklet mikrobiotájában

A mikrobiális komponensek kiemelt változásának eléréséhez nulla felfújt Gauss-keveréket használtunk egy OTU-táblázat normalizált számlálási adatai alapján. Az 5. táblázat a szignifikáns differenciális bakteriális taxonok összefoglalását mutatja (Bonferroni korrigálta P-t. 5. táblázat. A széklet mikrobiotájában a NAFLD csoportokkal kapcsolatos szignifikáns taxonok regressziós analízissel.

Rendszertani összehasonlítás a vér mikrobiotájában

A széklet adatokkal ellentétben a teljes NAFLD vér mikrobiotája jobban megoszlott az elhízott NAFLD mintázatával, de az elhízott NAFLD csoport egyedülállóbb eredményeket mutatott (6. táblázat). Különösen a Leuconostocaceae család negatívan társult az elhízott NAFLD-vel a vérben és a széklet mikrobiotájában. A Leuconostocaceae nemzetség azonban Leuconostoc volt, nem pedig Weissella. A társult baktériumok, köztük a Deinococcus-Thermus és a Deferribacteres phyla, a vérben sokkal változatosabbak voltak, mint a székletben. A Deferribacteriales incertae sedis csökkenése nagymértékben összefüggött az elhízott NAFLD-vel, amely ellentétben volt a sovány NAFLD-vel. Az Anaerobiospirillum és családja, a Succinivibrionaceae negatívan társult a sovány NAFLD-hez, de nagyon pozitívan az elhízott NAFLD-hez. A rhizobialis Beijerinckiaceae és az archealis Methanosarcinaceae csökkenése erősen korrelált az elhízott NAFLD-vel.

Vita

A jelen tanulmány eredményei azt mutatták, hogy a sovány alanyoknak a vér mikrobiotájában különböző tulajdonságai voltak a NAFLD jelenlétét tekintve. Ezenkívül a NAFLD-vel rendelkező sovány alanyok különböző tulajdonságokat mutattak a vér és a bél mikrobiotájában, mint a NAFLD-vel rendelkező elhízott alanyok. Ezek az adatok azt sugallják, hogy a vér mikrobiota megkülönböztető jellemzői diagnosztizálhatják a NAFLD jelenlétét a sovány populációban, amelyet gondozási tesztként lehet használni a sovány NAFLD korai felismeréséhez.

Összegzésként tanulmányunk feltárta a bél és a vér mikrobiota megkülönböztető jegyeit a sovány és elhízott NAFLD jelenléte szempontjából. A mikrobiota profilok prediktív szerepe további validálást igényel egy nagyobb kohortban, szövettani adatokkal.

Segítő információ

S1 táblázat. Jelentős taxonok a széklet mikrobiotájában a NAFLD csoportokkal kapcsolatban. Mind a kiigazítatlan, mind a kiigazított P-értékeket megadjuk.

S2 táblázat. Jelentős taxonok a vér mikrobiotájában a NAFLD csoportokkal kapcsolatban. Mind a kiigazítatlan, mind a kiigazított P-értékeket megadjuk.

Köszönetnyilvánítás

A Koreai Tudományos és Technológiai Információs Intézet (KISTI) Global Science experimental Data Hub Center (GSDC) projekt és a Koreai Kutatási Környezet Nyílt Hálózata (KREONET) által elismert számítási erőforrásait elismerjük. A jelenlegi vizsgálat során felhasznált és/vagy elemzett adatkészletek a CODA-tól (Clinical and Omics data archives) állnak rendelkezésre a KNIH-ban (Koreai Nemzeti Egészségügyi Intézet, Korea).