Концептуализация на роли, куриране на данни, формален анализ, методология, писане - оригинален проект, писане - преглед и редактиране

микробиота

Настоящ адрес: Медицински учебен център Gwanghwamun, Syntekabio Inc., Сеул, Република Корея

Катедра по биохимия, Медицински колеж, Университет Ewha Womans, Сеул, Република Корея

Роли Куриране на данни, формален анализ, разследване, методология, писане - оригинален проект, писане - преглед и редактиране

Институт за медицински изследвания на Affiliation, болница Kangbuk Samsung, Медицинско училище Sungkyunkwan, Сеул, Република Корея

Роли Куриране на данни, формален анализ, разследване, методология, писане - оригинален проект, писане - преглед и редактиране

Катедра по биохимия, Медицински колеж, Университет Ewha Womans, Сеул, Република Корея

Роли Куриране на данни, формален анализ, разследване, методология, писане - преглед и редактиране

Център за партньорство за кохортни изследвания, Тотален здравен център, болница Kangbuk Samsung, Медицинско училище Sungkyunkwan, Сеул, Република Корея, Катедра по трудова и екологична медицина, болница Kangbuk Samsung, Медицинско училище Sungkyunkwan, Сеул, Република Корея

Роли Куриране на данни, формален анализ, разследване, методология, писане - преглед и редактиране

Център за партньорство за кохортни изследвания, Тотален здравен център, болница Kangbuk Samsung, Медицинско училище Sungkyunkwan, Сеул, Република Корея, Катедра по трудова и екологична медицина, болница Kangbuk Samsung, Медицинско училище Sungkyunkwan, Сеул, Република Корея

Роли Куриране на данни, формален анализ, разследване, методология, писане - преглед и редактиране

Отделение за семейна медицина, болница Kangbuk Samsung, Медицинско училище Sungkyunkwan, Сеул, Република Корея

Допринесе еднакво за тази работа с: Hyung-Lae Kim, Hwi Young Kim

Концептуализация на ролите, официален анализ, придобиване на финансиране, разследване, методология, писане - оригинален проект, писане - преглед и редактиране

Катедра по биохимия, Медицински колеж, Университет Ewha Womans, Сеул, Република Корея

Роли Куриране на данни, разследване, писане - преглед и редактиране

Отделение за вътрешни болести, Медицински колеж, Университет Ewha Womans, Сеул, Република Корея

Роли Куриране на данни, формален анализ, разследване, методология, писане - преглед и редактиране

Отделение за вътрешни болести, Медицински колеж, Университет Ewha Womans, Сеул, Република Корея

Допринесе еднакво за тази работа с: Hyung-Lae Kim, Hwi Young Kim

Концептуализация на ролите, официален анализ, придобиване на финансиране, разследване, методология, писане - оригинален проект, писане - преглед и редактиране

Отделение за вътрешни болести, Медицински колеж, Университет Ewha Womans, Сеул, Република Корея

  • Йоджун Юн,
  • Хан-На Ким,
  • Ън-джу Лий,
  • Seungho Ryu,
  • Yoosoo Chang,
  • Hocheol Shin,
  • Хюнг-Лае Ким,
  • Тае Хун Ким,
  • Kwon Yoo,
  • Hwi Young Kim

Фигури

Резюме

Патофизиологичният фон при различни фенотипи на неалкохолна мастна чернодробна болест (NAFLD) остава да бъде изяснен. Целта беше да се изследва връзката между профилите на микробиота на фекалиите и кръвта и наличието на NAFLD при затлъстели в сравнение със слаби субекти. Демографските и клиничните данни бяха прегледани при 268 здравни прегледа, чиито фекални и кръвни проби бяха на разположение за анализ на микробиота. NAFLD е диагностицирана с ултрасонография и субектите с NAFLD са допълнително категоризирани като затлъстели (индекс на телесна маса (BMI) ≥25) или слаби (BMI 2) лица с метаболитни аномалии като инсулинова резистентност. [5] Въпреки че разпространението на постно NAFLD показва етническо преобладаване, особено азиатците, то е установено и при приблизително 10% от западното население. [6–8] Патогенетичните различия между фенотипите на NAFLD все още предстои да бъдат изяснени.

Микробиотата, открита в човешкото тяло, включва трилиони микроорганизми, като по-голямата част колонизира червата. [9] Изглежда, че чревната микробиота е един от ключовите регулатори в патогенезата на затлъстяването, диабета и метаболитния синдром. [10–12] Последните проучвания предполагат, че чревната микробиота участва в патогенезата на NAFLD. [13] Например ендогенният алкохол, получен от червата, се предлага да играе роля в патогенезата на неалкохолния стеатохепатит. [14] В допълнение, промени в състава на чревната микробиота изглеждат релевантни при NAFLD, като намаляване на някои членове на Firmicutes, [15] или изобилие от Bacteroidetes при неалкохолен стеатохепатит и Ruminococcus при значителна фиброза. [16] Тези проучвания обаче са фокусирани най-вече върху субекти със затлъстяване. Тъй като ИТМ може да бъде един от основните фактори, определящи композиционните промени в чревния микробиом, [17] микробните характеристики могат да бъдат различни при пациентите с NAFLD с различен телесен хабитус. Неотдавнашно проучване съобщава за микробиота, бедна на Firmicutes, заедно с подчертано по-ниско общо микробно богатство при NOBLD в сравнение с контрола на nobebese. [18] Въпреки това, проучванията, свързващи чревната дисбиоза и фенотипните вариации на NAFLD по отношение на телесния хабитус, са оскъдни.

Неотдавнашно пилотно проучване показа, че промените в микробиотата в кръвта са свързани с чернодробна фиброза при пациенти със затлъстяване. [19] Черният дроб има уникална васкулатура; той получава по-голямата част от кръвоснабдяването си от червата през порталната вена. По този начин нарушенията в чревната имунна система могат да увеличат чревната пропускливост и бактериалната транслокация, предизвиквайки различни патологични последователности, включително затлъстяване, метаболитни и чернодробни заболявания. [20] Напоследък се съобщава за предсказващата роля на микробиотата в кръвта при метаболитни заболявания. [21, 22] Въпреки че проучванията върху микробиотата в кръвта привличат вниманието с очакване за използването им като потенциални неинвазивни биомаркери, данните за връзката между червата и кръвната микробиота и наличието на NAFLD при субекти с различен телесен хабитус са недостатъчни. По този начин имахме за цел да изследваме профилите на микробиота в изпражненията и кръвта при затлъстели в сравнение със слаби субекти със или без NAFLD.

Материали и методи

Учебни предмети

Това проучване е одобрено от Институционалния съвет за преглед на болница Kangbuk Samsung (KBSMC 2013-01-245-008, регистрирано на 23 декември 2013 г.). Всички участници в проучването са дали писмено информирано съгласие за участие в изследването. Настоящото проучване е проведено в съответствие с етичните насоки на Декларацията на Световната медицинска асоциация от Хелзинки.

Клинични, лабораторни и рентгенологични оценки

Височината и теглото бяха измерени от обучени медицински сестри, като участниците носеха лека болнична рокля без обувки. Накратко, височината беше измерена с точност до 0,1 см с помощта на стадиометър, като участниците стояха боси. Теглото е измерено с точност до 0,1 kg с анализатор на биоимпеданс (InBody 3.0 и InBody 720, Biospace Co., Сеул, Корея). ИТМ се изчислява като тегло в килограми, разделено на височина в метри на квадрат. Изследваните субекти бяха категоризирани според техния ИТМ въз основа на критериите, установени за азиатските популации: поднормено тегло, ИТМ 2; нормално тегло, ИТМ 18,5–23 kg/m 2; наднормено тегло, ИТМ 23–25 kg/m 2; и затлъстяване, ИТМ ≥25 kg/m 2. [24] Инсулиновата резистентност се оценява с модела на хомеостазата за оценка на уравнението за инсулинова резистентност, както следва: кръвен инсулин на гладно (μU/ml) × кръвна глюкоза на гладно (mmol/l)/22,5 . [25] Ултрасонографската диагноза затлъстяване на черния дроб се определя като наличие на дифузно повишаване на ехогенността на чернодробния паренхим в сравнение с бъбреците или далака. [26, 27] Надеждността на интра- и между наблюдателите за диагностициране на затлъстяване на черния дроб е адекватна висока (капа статистически данни съответно от 0,94 и 0,74). [28]

ДНК екстракция и генериране на данни за последователността

Фекалните проби веднага бяха замразени след събирането. За кръвни проби е използвано покритие Buffy, състоящо се предимно от левкоцити. 16S рРНК гени бяха извлечени и амплифицирани от проби, използвайки MO-BIO PowerSoil DNA Isolation Kit (MO-BIO Laboratories, Carlsbad, CA), съгласно инструкциите на производителя. Амплификацията и секвенирането се извършват в същата партида, както е описано по-рано за анализ на бактериални съобщества. Геномната ДНК се амплифицира, използвайки фузионни праймери, насочени към 16S V3-V4 рРНК ген с индексиране на баркодове. Всички проби са обединени за секвениране на платформата Illumina Miseq в съответствие със спецификациите на производителя. [29]

Анализ на последователността

Статистически анализ

Моделът на галусова смес с нулево надуване (fitZIG) на metagenomeSeq версия 1.14.2 [32] е използван за корелационен анализ между CSS нормализирани данни за броене (като зависими променливи) и контрол спрямо NAFLD (като независими категориални променливи). Възраст, пол и ИТМ ковариати бяха коригирани за регресионен анализ. Всяко ниво на таксони, което е било обилно (> 50 нормализирани броя на проба) и преобладаващо (присъстващо в 10% от пробите) във всеки набор от анализи, е приложено към модела на гауссова смес с нулево надуване с множествена корекция на Bonferroni (коригирана стойност P 2, n = 195), субектите с NAFLD (т.е. „постно NAFLD“; n = 27, 13,8%) също демонстрират значително по-високи биометрични и лабораторни стойности, с изключение на хемоглобин А1с и аспартат аминотрансфераза, отколкото слабите контроли (Таблица 2). Напротив, субектите със затлъстяване (n = 73) показват по-малко отличителни изходни характеристики между тези с (т.е. „затлъстели NAFLD“; n = 49, 67,1%) и без NAFLD, особено без значителна разлика във възрастта, пола, кръвното налягане, липидни профили и бъбречна функция.

Микробно разнообразие на фекална и кръвна микробиота в групата на NAFLD

Алфа разнообразието измерва многообразието в общността. Създадени са различни показатели за измерване на алфа разнообразието с акцент върху различните аспекти на структурата на общността. В таблица 3 общата микробиота в кръвта има по-високо богатство (Chao1), но по-малко PD от фекалната микробиота. Във фекални данни групата с NAFLD показва малко по-ниско биологично разнообразие от контролната група, но е статистически значима само при фекална микробна PD от общата NAFLD (Bonferroni коригира P = 0,011). Биоразнообразието на групата с NAFLD също показва по-ниски тенденции от тази на контролната група в микробиотата в кръвта.

Бета разнообразие, измерващо вариациите в членството в общността в различните групи, беше извършено, за да се докаже диференциацията между групите, използващи OTU изобилие с претеглени Unifrac метрики, претеглящи изобилието на видове с филогенетични връзки между таксоните. В основни парцели за анализ на координатите както на фекална, така и на кръвна микробиота, само постно NAFLD показва групиране на групата NAFLD (Фигура 1). Когато беше изследвано за статистическа значимост на показателите на разстоянието, пермутационната ANOVA на кръвната микробиота не показа значими резултати. Въпреки това, пермутационната ANOVA на фекалната микробиота показва силно значителна разлика между NAFLD и контролните групи, с изключение на затлъстелите NAFLD (Таблица 4). Следователно, силно значимата разлика между NAFLD и контролните групи се дължи предимно на разликата в постно NAFLD (псевдо-F = 3.021, P = 0.001).

ЗАБЕЛЕЖКА. Безалкохолна мастна чернодробна болест (черни квадратчета) и контролна (сиви кръгове) групи от обща (A [фекална], D [кръвна]), слаба (B [фекална], E [кръв]) и затлъстела (C [фекална], F [кръв]) проби.

Таксономично сравнение във фекална микробиота

За да получим черна промяна на микробните компоненти, използвахме гауссова смес с нулево надуване въз основа на данните за нормализирано преброяване на OTU таблица. Таблица 5 показва обобщение на значими диференциални бактериални таксони (Bonferroni коригира P Таблица 5. Значими таксони във фекална микробиота, свързани с NAFLD групи чрез регресионен анализ.

Таксономично сравнение в микробиотата в кръвта

За разлика от фекалните данни, микробиотата в кръвта от общата NAFLD се споделя по-често с модела на затлъстяване NAFLD, но групата на затлъстелите NAFLD показва по-уникални резултати (Таблица 6). Забележително е, че семейството Leuconostocaceae е отрицателно свързано със затлъстяване с NAFLD в кръвта и фекалните микробиоти. Родът под Leuconostocaceae обаче е Leuconostoc, а не Weissella. Асоциираните бактерии, включително Deinococcus-Thermus и Deferribacteres phyla, са много по-разнообразни в кръвта, отколкото в изпражненията. Намаляването на Deferribacteriales incertae sedis е силно свързано със затлъстяване NAFLD, което е в контраст с постно NAFLD. Anaerobiospirillum и неговото семейство Succinivibrionaceae бяха отрицателно свързани с постно NAFLD, но много положително свързани със затлъстяване NAFLD. Намаляването на ризобиалните Beijerinckiaceae и археалните Methanosarcinaceae е силно корелирано със затлъстелите NAFLD.

Дискусия

Резултатите от настоящото проучване показват, че слабите субекти имат различни характеристики в микробиотата в кръвта по отношение на наличието на NAFLD. Освен това слабите субекти с NAFLD показват различни характеристики в микробиотата на кръвта и червата в сравнение със затлъстелите пациенти с NAFLD. Тези данни предполагат, че отличителните черти на кръвната микробиота могат да бъдат диагностични за наличието на NAFLD в постно население, което може да се използва като тест за точкова грижа за ранно откриване на постно NAFLD.

В заключение, нашето проучване разкри отличителни черти на чревната и кръвната микробиота по отношение на наличието на слаби и затлъстели NAFLD. Прогнозната роля на профилите на микробиота изисква допълнително валидиране в по-голяма кохорта с хистологични данни.

Подкрепяща информация

S1 Таблица. Значителни таксони във фекалната микробиота, свързани с групите на NAFLD. Предоставят се както некоригирани, така и коригирани P-стойности.

Таблица S2. Значими таксони в микробиотата в кръвта, свързани с NAFLD групи. Предоставят се както некоригирани, така и коригирани P-стойности.

Благодарности

Ние признаваме изчислителните ресурси от проекта на Глобалния научен експериментален център за данни (GSDC) и Корейската изследователска среда Open NETwork (KREONET) в Корейския институт за научна и технологична информация (KISTI). Наборите от данни, използвани и/или анализирани по време на настоящото проучване, са достъпни от CODA (Clinical and Omics data archives) в KNIH (Корейски национален здравен институт, Корея).