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澳门新莆京3787团队成员及合作者研究成果——绝经后骨质疏松症妇女的肠道微生物群与粪便代谢物特征

2023-10-09 10:48

企业动态


澳门新莆京3787
 整合微生态 复兴大健康
2023年7月6日,澳门新莆京3787团队成员及合作者在国际著名医学期刊《Gut Pathogens》(JCR:Q2)(Nature子刊)上发表了题为《Gut microbiota signatures and fecal metabolites in postmenopausal women with osteoporosis》的一项病例对照研究。该研究为PMO的发展机制、潜在的早期诊断指标以及改善绝经后妇女骨骼健康的新治疗方法提供了新见解,具有重要的临床意义。




Gut Pathogens



01

背景

骨质疏松是一种代谢性骨病,其特点是单位体积的骨量减少。低骨量会导致骨脆性增加并破坏骨微结构,从而降低骨强度,增加不同部位骨折的风险。全球约有10%的人口患有骨质疏松症,其中50岁以上的绝经后妇女占30%。随着女性年龄的增长,骨质疏松症及脆性骨折的风险也在增加。目前,临床上常用的抗骨质疏松药物受限于疗效不明显、长期用药、过敏反应和下颌骨坏死等诸多因素。因此,早期识别绝经后妇女的骨折风险,寻找安全有效的预防干预策略以降低骨折风险具有重要的临床意义。


肠道微生物组主要负责平衡和维持宿主与微生物(主要包括细菌、真菌和病毒)之间的相互作用。在肠道微生物群中,真菌的比例仅占肠道微生物总数的0.1%。虽然真菌在肠道微生物群中占比很小,但这些微生物却会影响多系统疾病的发生发展。然而,到目前为止,还没有证据表明真菌与骨质疏松症之间存在联系。


骨质疏松症的发生过程受到肠道微生物的调控。先前有研究表明,肠道微生物群过度增长与骨密度(BMD)降低有关。肠道细菌过度生长综合征患者一般表现为低骨密度和骨软化,TNF-α和IL-1等促炎因子表达水平升高,以及活化的破骨细胞增多。同时,肠道微生物群显示出一种群落动态改变的绝经后妇女,同时伴有骨质疏松症和/或骨量减少的诊断。有关肠道微生物群-骨轴的研究表明,Prevotella histicola能特异性地预防雌激素缺乏引起的骨质流失。因此,肠道微生物直接参与了绝经后骨质疏松症患者骨代谢的调节。然而,肠道微生物群及其粪便代谢产物与骨代谢之间的具体机制尚不清楚。为了寻找鉴别PMO潜在的早期诊断指标,分析绝经后骨质疏松症(PMO)和非绝经后骨质疏松症(non-PMO)妇女肠道微生物群中不同肠道细菌和真菌以及粪便代谢物的差异是非常有必要的。



02
目的

探索绝经后骨质疏松症(PMO)妇女的肠道微生物群特征和粪便代谢物变化,有望为鉴别PMO提供潜在的早期诊断指标,进而提供治疗骨质疏松症的新策略。

02
方法

采用16S rRNA基因测序和ITS测序方法分别检测肠道真菌和细菌的组成,同时采用液相色谱质谱联用技术(LC-MS)分析粪便代谢产物。



结果

结果1:纳入人群基本特征

本研究纳入了2021年9月至今厦门大学附属中山医院收治的58例非PMO受试者和40例新诊断的PMO患者进行病例对照研究。另外在江西省新余市人民医院纳入了10例非PMO受试者和13例PMO患者作为前瞻性队列进行建模分析。



结果2:PMO和non-PMO人群粪便样本微生物物种差异

16S rRNA测序发现,非PMO和PMO组中共有1952个细菌属,其中非PMO组中有82个独特的细菌属,PMO组中有48个独特的细菌属。在真菌中,非PMO组有84种特有真菌,PMO人群有90种特有真菌,二者共有真菌221种。



结果3:PMO和non-PMO人群粪便样本微生物多样性差异

对肠道细菌深入分析,发现与非PMO组相比,PMO组的α-多样性指数中Chao1指数、ACE指数和Shannon指数显著降低。

此外,真菌的α-多样性指数中Shannon指数和Simpson指数在非PMO组和PMO组之间无显著差异。在β-多样性分析中,与非PMO组相比,PMO组肠道细菌显著减少,肠道真菌显著增加。表明PMO患者肠道微生物群发生了很大变化。



结果4:PMO和non-PMO人群粪便样本存在特征性微生物

此外,LEfSe分析非PMO组和PMO组的差异菌属。结果显示,在细菌层面,Veillonella, Parabacteroides和Harryflintia等菌属主要富集在PMO组,Veillonella, Prevotella和Enterobacterium等菌属主要富集在非PMO组。


在真菌层面,Pichia,Auricularia和Myrothecium等菌属主要富集在非PMO组,Eurotium,Penicillium和Chlorophyllum等菌属主要富集在PMO组。表明非PMO组和PMO组在属水平上存在显著差异。



结果5:PMO和non-PMO人群粪便样本微生物代谢途径具有显著差异

基于KEEG数据库,PICRUSt分析显示,与非PMO组相比,PMO组中菌群相关通路 Adipocytokine signaling pathway,Amoebiasis pathway和Ethylbenzene degradation pathway的富集度显著增加,而 Bladder cancer,Prion diseases和Bacterial invasion of epithelial cells通路富集度在PMO组显著降低。


此外COG分析显示,Transposase and inactivated derivatives相关通路在非PMO组显著富集,Holliday junction resolvasome and endonuclease subunit相关通路在PMO组显著富集。表明PMO组的代谢途径发生了显著变化。



结果6:PMO和non-PMO人群粪便样本代谢物具有显著差异

代谢组学检测两组代谢物的组成。PCA分析显示,非PMO组合PMO组的粪便代谢物存在显著差异。聚类分析显示,PMO组的主要富集途径包括α-亚麻酸代谢、有机含硒化合物代谢、β-丙氨酸代谢和赖氨酸降解、精氨酸和脯氨酸代谢、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢以及氮代谢。推测粪便微生物群的改变可能导致粪便代谢物的改变。



结果7:PMO和non-PMO人群粪便样本代谢物与骨相关指标显著相关

Preason相关性分析显示,肠道 Fusobacterium,Parabacteroides,Anaerotruncus,Defluviitaleaceae,Acetanaerobacterium和Leptotrichia 与骨密度(BMD)显著相关。


另外,肠道真菌Devriesia,Montagnulaceae和Nectriaceae也与BMD显著相关。同时,与BMD相关的代谢物包括L-哌啶酸、α-Linolenoyl Ethanolamide、D-丙氨酰-D-丙氨酸(D-Ala-D-Ala)、N-乙酰甘露糖胺和丝氨酸-缬氨酸。表明PMO患者和非PMO患者的肠道细菌/真菌/代谢物的改变与BMD相关。



结果8:根据粪便样本中差异菌群能够高效鉴别PMO和non-PMO人群

最后,根据随机森林模型,以特征菌普雷沃氏菌为分类因子建立的模型显示,PMO种群与非PMO种群的判别效率高达0.9008。以真菌作为分类因子建立的模型显示,PMO种群与非PMO种群的判别效率达到0.8151。分析前瞻性队列的粪便菌群进一步验证该模型的有效性,结果显示,该队列中基于细菌的分类模型判别效率为0.8962,而基于真菌的分类模型判别效率为0.7923。



03
结论

该研究结果证明,绝经后妇女的肠道细菌、真菌和粪便代谢物发生了显著变化,这种变化与患者的骨密度和临床表现显著相关。这些相关性PMO的发展机制、潜在的早期诊断指标以及改善绝经后妇女骨骼健康的新治疗方法提供了新的见解



02
关于澳门新莆京3787

澳门新莆京3787始创于2016年,是中国首家提供精准菌群移植整体解决方案的企业;是一家集研发、智造、销售、服务于一体,专注于人体微生态移植,业务领域横跨微生态健康、微生态诊断、微生态治疗、微生态药物和微生态医疗大数据挖掘的国家高新技术企业。经过几年的发展,公司已经成为行业的领军企业。集团总部位于上海,下辖四个事业部:澳门新莆京3787健康事业部、澳门新莆京3787生物事业部、澳门新莆京3787医疗事业部、澳门新莆京3787智药事业部。2022年公司开始实行集团化管理,在厦门、新加坡设有研发基地,在广州、厦门、福州、江西、苏州、杭州、河北设有子公司。


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