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      承葛團隊成員及合作者研究成果——絕經后骨質疏松癥婦女的腸道微生物群與糞便代謝物特征

      2023-10-09 10:48

      企業動態


      承葛醫藥集團
       整合微生態 復興大健康
      2023年7月6日,承葛醫藥團隊成員及合作者在國際著名醫學期刊《Gut Pathogens》(JCR:Q2)(Nature子刊)上發表了題為《Gut microbiota signatures and fecal metabolites in postmenopausal women with osteoporosis》的一項病例對照研究。該研究為PMO的發展機制、潛在的早期診斷指標以及改善絕經后婦女骨骼健康的新治療方法提供了新見解,具有重要的臨床意義。




      Gut Pathogens



      01

      背景

      骨質疏松是一種代謝性骨病,其特點是單位體積的骨量減少。低骨量會導致骨脆性增加并破壞骨微結構,從而降低骨強度,增加不同部位骨折的風險。全球約有10%的人口患有骨質疏松癥,其中50歲以上的絕經后婦女占30%。隨著女性年齡的增長,骨質疏松癥及脆性骨折的風險也在增加。目前,臨床上常用的抗骨質疏松藥物受限于療效不明顯、長期用藥、過敏反應和下頜骨壞死等諸多因素。因此,早期識別絕經后婦女的骨折風險,尋找安全有效的預防干預策略以降低骨折風險具有重要的臨床意義。


      腸道微生物組主要負責平衡和維持宿主與微生物(主要包括細菌、真菌和病毒)之間的相互作用。在腸道微生物群中,真菌的比例僅占腸道微生物總數的0.1%。雖然真菌在腸道微生物群中占比很小,但這些微生物卻會影響多系統疾病的發生發展。然而,到目前為止,還沒有證據表明真菌與骨質疏松癥之間存在聯系。


      骨質疏松癥的發生過程受到腸道微生物的調控。先前有研究表明,腸道微生物群過度增長與骨密度(BMD)降低有關。腸道細菌過度生長綜合征患者一般表現為低骨密度和骨軟化,TNF-α和IL-1等促炎因子表達水平升高,以及活化的破骨細胞增多。同時,腸道微生物群顯示出一種群落動態改變的絕經后婦女,同時伴有骨質疏松癥和/或骨量減少的診斷。有關腸道微生物群-骨軸的研究表明,Prevotella histicola能特異性地預防雌激素缺乏引起的骨質流失。因此,腸道微生物直接參與了絕經后骨質疏松癥患者骨代謝的調節。然而,腸道微生物群及其糞便代謝產物與骨代謝之間的具體機制尚不清楚。為了尋找鑒別PMO潛在的早期診斷指標,分析絕經后骨質疏松癥(PMO)和非絕經后骨質疏松癥(non-PMO)婦女腸道微生物群中不同腸道細菌和真菌以及糞便代謝物的差異是非常有必要的。



      02
      目的

      探索絕經后骨質疏松癥(PMO)婦女的腸道微生物群特征和糞便代謝物變化,有望為鑒別PMO提供潛在的早期診斷指標,進而提供治療骨質疏松癥的新策略。

      02
      方法

      采用16S rRNA基因測序和ITS測序方法分別檢測腸道真菌和細菌的組成,同時采用液相色譜質譜聯用技術(LC-MS)分析糞便代謝產物。



      結果

      結果1:納入人群基本特征

      本研究納入了2021年9月至今廈門大學附屬中山醫院收治的58例非PMO受試者和40例新診斷的PMO患者進行病例對照研究。另外在江西省新余市人民醫院納入了10例非PMO受試者和13例PMO患者作為前瞻性隊列進行建模分析。



      結果2:PMO和non-PMO人群糞便樣本微生物物種差異

      16S rRNA測序發現,非PMO和PMO組中共有1952個細菌屬,其中非PMO組中有82個獨特的細菌屬,PMO組中有48個獨特的細菌屬。在真菌中,非PMO組有84種特有真菌,PMO人群有90種特有真菌,二者共有真菌221種。



      結果3:PMO和non-PMO人群糞便樣本微生物多樣性差異

      對腸道細菌深入分析,發現與非PMO組相比,PMO組的α-多樣性指數中Chao1指數、ACE指數和Shannon指數顯著降低。

      此外,真菌的α-多樣性指數中Shannon指數和Simpson指數在非PMO組和PMO組之間無顯著差異。在β-多樣性分析中,與非PMO組相比,PMO組腸道細菌顯著減少,腸道真菌顯著增加。表明PMO患者腸道微生物群發生了很大變化。



      結果4:PMO和non-PMO人群糞便樣本存在特征性微生物

      此外,LEfSe分析非PMO組和PMO組的差異菌屬。結果顯示,在細菌層面,Veillonella, Parabacteroides和Harryflintia等菌屬主要富集在PMO組,Veillonella, Prevotella和Enterobacterium等菌屬主要富集在非PMO組。


      在真菌層面,Pichia,Auricularia和Myrothecium等菌屬主要富集在非PMO組,Eurotium,Penicillium和Chlorophyllum等菌屬主要富集在PMO組。表明非PMO組和PMO組在屬水平上存在顯著差異。



      結果5:PMO和non-PMO人群糞便樣本微生物代謝途徑具有顯著差異

      基于KEEG數據庫,PICRUSt分析顯示,與非PMO組相比,PMO組中菌群相關通路 Adipocytokine signaling pathway,Amoebiasis pathway和Ethylbenzene degradation pathway的富集度顯著增加,而 Bladder cancer,Prion diseases和Bacterial invasion of epithelial cells通路富集度在PMO組顯著降低。


      此外COG分析顯示,Transposase and inactivated derivatives相關通路在非PMO組顯著富集,Holliday junction resolvasome and endonuclease subunit相關通路在PMO組顯著富集。表明PMO組的代謝途徑發生了顯著變化。



      結果6:PMO和non-PMO人群糞便樣本代謝物具有顯著差異

      代謝組學檢測兩組代謝物的組成。PCA分析顯示,非PMO組合PMO組的糞便代謝物存在顯著差異。聚類分析顯示,PMO組的主要富集途徑包括α-亞麻酸代謝、有機含硒化合物代謝、β-丙氨酸代謝和賴氨酸降解、精氨酸和脯氨酸代謝、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝以及氮代謝。推測糞便微生物群的改變可能導致糞便代謝物的改變。



      結果7:PMO和non-PMO人群糞便樣本代謝物與骨相關指標顯著相關

      Preason相關性分析顯示,腸道 Fusobacterium,Parabacteroides,Anaerotruncus,Defluviitaleaceae,Acetanaerobacterium和Leptotrichia 與骨密度(BMD)顯著相關。


      另外,腸道真菌Devriesia,Montagnulaceae和Nectriaceae也與BMD顯著相關。同時,與BMD相關的代謝物包括L-哌啶酸、α-Linolenoyl Ethanolamide、D-丙氨酰-D-丙氨酸(D-Ala-D-Ala)、N-乙酰甘露糖胺和絲氨酸-纈氨酸。表明PMO患者和非PMO患者的腸道細菌/真菌/代謝物的改變與BMD相關。



      結果8:根據糞便樣本中差異菌群能夠高效鑒別PMO和non-PMO人群

      最后,根據隨機森林模型,以特征菌普雷沃氏菌為分類因子建立的模型顯示,PMO種群與非PMO種群的判別效率高達0.9008。以真菌作為分類因子建立的模型顯示,PMO種群與非PMO種群的判別效率達到0.8151。分析前瞻性隊列的糞便菌群進一步驗證該模型的有效性,結果顯示,該隊列中基于細菌的分類模型判別效率為0.8962,而基于真菌的分類模型判別效率為0.7923。



      03
      結論

      該研究結果證明,絕經后婦女的腸道細菌、真菌和糞便代謝物發生了顯著變化,這種變化與患者的骨密度和臨床表現顯著相關。這些相關性PMO的發展機制、潛在的早期診斷指標以及改善絕經后婦女骨骼健康的新治療方法提供了新的見解。



      02
      關于承葛

      承葛醫藥集團始創于2016年,是中國首家提供精準菌群移植整體解決方案的企業;是一家集研發、智造、銷售、服務于一體,專注于人體微生態移植,業務領域橫跨微生態健康、微生態診斷、微生態治療、微生態藥物和微生態醫療大數據挖掘的國家高新技術企業。經過幾年的發展,公司已經成為行業的領軍企業。集團總部位于上海,下轄四個事業部:承葛健康事業部、承葛生物事業部、承葛醫療事業部、承葛智藥事業部。2022年公司開始實行集團化管理,在廈門、新加坡設有研發基地,在廣州、廈門、福州、江西、蘇州、杭州、河北設有子公司。


      承葛醫藥集團是菌群移植領域目前唯一一個獲得科技部人類遺傳資源管理辦公室備案許可的企業,也是國內唯一“六證齊全”的企業。搭建了世界領先的六大核心技術平臺:精準菌群移植治療平臺、腸道菌群工業化提取平臺、微生物制備醫械技術平臺、臨床微生物檢測技術平臺、微生態醫療大數據云平臺、微生物藥物篩選開發平臺;以“精準菌群移植”核心技術為依托提供五大解決方案,構建以菌庫為核心的業務體系;強力布局微生態產業五大領域:包含承葛生物技術、承葛健康、承葛醫學檢驗、承葛智藥、以及微生態未來醫院,打造完整閉環微生態醫療體系,構造微生態全產業鏈集約式解決型企業。目前已經為超過300+家醫療機構提供專業服務,菌群移植與腸道菌群檢測超過10萬+人次。

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