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2019-05-23浏览量:1087

『锐帮读』细支气管炎患儿中鼻咽代谢物和微生物与疾病严重程度的关系

导读

细支气管炎是婴幼儿最常见的下呼吸道感染疾病,然而患有细支气管炎的婴儿是否会出现严重疾病尚不清楚。同时,尽管有证据表明呼吸道微生物与细支气管炎的严重程度有关,但对呼吸道微生物与宿主对疾病严重程度的反应机制知之甚少。本文利用16S、宏基因组和代谢组学等技术探究细支气管炎患者的鼻咽菌群和代谢物与疾病严重程度的关系,为细支气管炎的治疗提供了一个新的思路。

文献ID

题目:Associations of Nasopharyngeal Metabolome and Microbiome with Severity among Infants with Bronchiolitis:A Multiomic Analysis

译名:细支气管炎患儿中鼻咽代谢物和微生物与疾病严重程度的关系

期刊:American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine   IF:15.239

时间:2017

通讯作者:Christopher J. Stewart

通讯地址:贝勒医学院分子病毒学与微生物学

材料与方法

实验设计

样品来源:PPV(正压通气)治疗的患者(n=25)/未使用PPV治疗的患者(n=119)

样品收集:患有细支气管炎婴儿的鼻咽样本

研究方法

16S rDNA、宏基因组、代谢组学

研究成果

1、人群基本特征

在大多数特征上,两组之间无明显差异。其中接受PPV治疗的婴儿年龄更小,且更容易发生呼吸道合胞病毒感染(P<0.05)(表1)。

表1 人群基本特征

2、代谢组学分析

利用代谢组学技术在细支气管炎患儿的鼻咽样本中共检测到8个超级通路中的254个代谢物。通过OPLS-DA分析发现,两组之间代谢产物存在显著差异,其中20个差异代谢产物来自鞘磷脂代谢通路(图1)。相比之下,5-氧脯氨酸、反式尿酸盐、13-HODE-9-HODE和15-HETE与PPV使用呈负相关。

图1 OPLS-DA载荷图

Top 5、10、15、25、50、100个代谢物的AUC曲线表明,随着代谢物数量的增加,曲线下面积增大。其中模型4(25种代谢物)和模型6(100种代谢物)的准确度最高(灵敏度为84%,特异性为86%),因此选择模型4(图2A)。

通过模型预测发现模型4中25种代谢物具有较好的预测能力(灵敏度84%,特异性86%),其中12种代谢物在使用PPV的患者中富集,13种代谢物在未使用PPV的患者中富集。

图2 ROC曲线

3、接受PPV治疗组的鞘脂代谢通路明显增强

使用PPV组和未使用PPV组的样本之间鼻咽部差异代谢物有103种(来自6个超级通路)。通路富集分析表明,鞘磷脂代谢通路与PPV的关系最为显著(P<0.001)。与未使用PPV组相比,鞘磷脂代谢通路检测到的20种差异代谢物在使用PPV组中显著富集(图3)。调整潜在的混杂因素后,仍有19种代谢物存在显著性差异(P<0.05)。

图3 20种鞘磷脂代谢通路产物

在20个重要的鞘脂代谢产物中,有5个具有相应的KEGG复合物编号,并映射到整个KEGG鞘脂代谢通路(图E1)。其他显著富集的通路包括脂质超通路中的磷脂酰乙醇胺、缩醛磷脂和磷脂酰胆碱通路,以及氨基酸通路中的甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢通路。

图E1 鞘磷脂代谢通路

4、多组学分析

利用16S rDNA和宏基因组测序分析,发现细支气管炎患儿鼻咽部气道以嗜血杆菌、莫拉克斯氏菌、链球菌属为主。利用宏基因组进一步研究发现流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌和肺炎链球菌在鼻咽部气道中占主导地位。

为了确定细支气管炎患儿的呼吸道中微生物-宿主之间的关系,文章对占主导地位的三个菌属(链球菌、莫拉克斯氏菌属和嗜血杆菌)与代谢物之间进行相关性分析。分析结果显示,链球菌相对丰度与大部分代谢物呈正相关关系,莫拉克斯氏菌属和嗜血杆菌与大部分代谢物呈负相关关系(图4A)。链球菌属与鞘磷脂代谢通路中的代谢产物呈正相关关系(图4B)。

图4 微生物与代谢产物的相关性分析

5、两组之间的细菌基因同源物具有差异

宏基因组测序共鉴定出285个KOs在两组之间存在显著差异。在使用PPV组中,KOs主要来源于链球菌、Rothia和克雷伯氏菌。此外,在该组中来自嗜血杆菌的6个KOs显著富集。相反,来自粘膜炎莫拉菌中的112个KOs在未使用PPV组中显著富集。

肺炎链球菌中丝氨酸- tRNA合成酶(KO1875)与丝氨酸(鞘氨酸底物)的强度有关。然而,在使用PPV组中显著改变的代谢物,如鞘脂代谢通路中的代谢物强度与KOs之间无显著相关性,这表明PPV相关的代谢物(和通路)可能来源于宿主。

研究结论

该研究通过利用多组学技术对细支气管炎患儿的鼻咽菌群进行研究,发现25个代谢产物在预测疾病过程中具有高灵敏度和特异性。同时发现鞘磷脂代谢通路在使用PPV组中显著富集,且与链球菌相对丰度呈正相关关系,为治疗婴儿重症细支气管炎提供新的治疗策略。

亮点

该研究首次将代谢组学应用于患有细支气管炎的婴儿样本研究中,通过利用多组学技术,研究PPV的使用与疾病严重程度的关系,对细支气管炎婴儿的临床管理具有重要意义。

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