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承葛團(tuán)隊成員及合作者研究成果——絕經(jīng)后骨質(zhì)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(yè)動態(tài)


承葛醫(yī)藥集團(tuán)
 整合微生態(tài) 復(fù)興大健康
2023年7月6日,承葛醫(yī)藥團(tuán)隊成員及合作者在國際著名醫(yī)學(xué)期刊《Gut Pathogens》(JCR:Q2)(Nature子刊)上發(fā)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(fā)展機(jī)制、潛在的早期診斷指標(biāo)以及改善絕經(jīng)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(zhì)疏松是一種代謝性骨病,其特點(diǎn)是單位體積的骨量減少。低骨量會導(dǎo)致骨脆性增加并破壞骨微結(jié)構(gòu),從而降低骨強(qiáng)度,增加不同部位骨折的風(fēng)險。全球約有10%的人口患有骨質(zhì)疏松癥,其中50歲以上的絕經(jīng)后婦女占30%。隨著女性年齡的增長,骨質(zhì)疏松癥及脆性骨折的風(fēng)險也在增加。目前,臨床上常用的抗骨質(zhì)疏松藥物受限于療效不明顯、長期用藥、過敏反應(yīng)和下頜骨壞死等諸多因素。因此,早期識別絕經(jīng)后婦女的骨折風(fēng)險,尋找安全有效的預(yù)防干預(yù)策略以降低骨折風(fēng)險具有重要的臨床意義。


腸道微生物組主要負(fù)責(zé)平衡和維持宿主與微生物(主要包括細(xì)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(shù)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(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展。然而,到目前為止,還沒有證據(jù)表明真菌與骨質(zhì)疏松癥之間存在聯(lián)系。


骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生過程受到腸道微生物的調(diào)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(guān)。腸道細(xì)菌過度生長綜合征患者一般表現(xiàn)為低骨密度和骨軟化,TNF-α和IL-1等促炎因子表達(dá)水平升高,以及活化的破骨細(xì)胞增多。同時,腸道微生物群顯示出一種群落動態(tài)改變的絕經(jīng)后婦女,同時伴有骨質(zhì)疏松癥和/或骨量減少的診斷。有關(guān)腸道微生物群-骨軸的研究表明,Prevotella histicola能特異性地預(yù)防雌激素缺乏引起的骨質(zhì)流失。因此,腸道微生物直接參與了絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥患者骨代謝的調(diào)節(jié)。然而,腸道微生物群及其糞便代謝產(chǎn)物與骨代謝之間的具體機(jī)制尚不清楚。為了尋找鑒別PMO潛在的早期診斷指標(biāo),分析絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(PMO)和非絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(non-PMO)婦女腸道微生物群中不同腸道細(xì)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(jīng)后骨質(zhì)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(biāo),進(jìn)而提供治療骨質(zhì)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(xì)菌的組成,同時采用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(LC-MS)分析糞便代謝產(chǎn)物。



結(jié)果

結(jié)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(xué)附屬中山醫(yī)院收治的58例非PMO受試者和40例新診斷的PMO患者進(jìn)行病例對照研究。另外在江西省新余市人民醫(yī)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(jìn)行建模分析。



結(jié)果2:PMO和non-PMO人群糞便樣本微生物物種差異

16S rRNA測序發(fā)現(xiàn),非PMO和PMO組中共有1952個細(xì)菌屬,其中非PMO組中有82個獨(dú)特的細(xì)菌屬,PMO組中有48個獨(dú)特的細(xì)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(jié)果3:PMO和non-PMO人群糞便樣本微生物多樣性差異

對腸道細(xì)菌深入分析,發(fā)現(xiàn)與非PMO組相比,PMO組的α-多樣性指數(shù)中Chao1指數(shù)、ACE指數(shù)和Shannon指數(shù)顯著降低。

此外,真菌的α-多樣性指數(shù)中Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)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(xì)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(fā)生了很大變化。



結(jié)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(jié)果顯示,在細(xì)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(jié)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(shù)據(jù)庫,PICRUSt分析顯示,與非PMO組相比,PMO組中菌群相關(guān)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(guān)通路在非PMO組顯著富集,Holliday junction resolvasome and endonuclease subunit相關(guān)通路在PMO組顯著富集。表明PMO組的代謝途徑發(fā)生了顯著變化。



結(jié)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(xué)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(jī)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(dǎo)致糞便代謝物的改變。



結(jié)果7:PMO和non-PMO人群糞便樣本代謝物與骨相關(guān)指標(biāo)顯著相關(guān)

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


另外,腸道真菌Devriesia,Montagnulaceae和Nectriaceae也與BMD顯著相關(guān)。同時,與BMD相關(guān)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(xì)菌/真菌/代謝物的改變與BMD相關(guān)。



結(jié)果8:根據(jù)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(jù)隨機(jī)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(dá)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(dá)到0.8151。分析前瞻性隊列的糞便菌群進(jìn)一步驗證該模型的有效性,結(jié)果顯示,該隊列中基于細(xì)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(jié)論

該研究結(jié)果證明,絕經(jīng)后婦女的腸道細(xì)菌、真菌和糞便代謝物發(fā)生了顯著變化,這種變化與患者的骨密度和臨床表現(xiàn)顯著相關(guān)。這些相關(guān)性PMO的發(fā)展機(jī)制、潛在的早期診斷指標(biāo)以及改善絕經(jīng)后婦女骨骼健康的新治療方法提供了新的見解



02
關(guān)于承葛

承葛醫(yī)藥集團(tuán)始創(chuàng)于2016年,是中國首家提供精準(zhǔn)菌群移植整體解決方案的企業(yè);是一家集研發(fā)、智造、銷售、服務(wù)于一體,專注于人體微生態(tài)移植,業(yè)務(wù)領(lǐng)域橫跨微生態(tài)健康、微生態(tài)診斷、微生態(tài)治療、微生態(tài)藥物和微生態(tài)醫(yī)療大數(shù)據(jù)挖掘的國家高新技術(shù)企業(yè)。經(jīng)過幾年的發(fā)展,公司已經(jīng)成為行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。集團(tuán)總部位于上海,下轄四個事業(yè)部:承葛健康事業(yè)部、承葛生物事業(yè)部、承葛醫(yī)療事業(yè)部、承葛智藥事業(yè)部。2022年公司開始實(shí)行集團(tuán)化管理,在廈門、新加坡設(shè)有研發(fā)基地,在廣州、廈門、福州、江西、蘇州、杭州、河北設(shè)有子公司。


承葛醫(yī)藥集團(tuán)是菌群移植領(lǐng)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(yè),也是國內(nèi)唯一“六證齊全”的企業(yè)。搭建了世界領(lǐng)先的六大核心技術(shù)平臺:精準(zhǔn)菌群移植治療平臺、腸道菌群工業(yè)化提取平臺、微生物制備醫(yī)械技術(shù)平臺、臨床微生物檢測技術(shù)平臺、微生態(tài)醫(yī)療大數(shù)據(jù)云平臺、微生物藥物篩選開發(fā)平臺;以“精準(zhǔn)菌群移植”核心技術(shù)為依托提供五大解決方案,構(gòu)建以菌庫為核心的業(yè)務(wù)體系;強(qiáng)力布局微生態(tài)產(chǎn)業(yè)五大領(lǐng)域:包含承葛生物技術(shù)、承葛健康、承葛醫(yī)學(xué)檢驗、承葛智藥、以及微生態(tài)未來醫(yī)院,打造完整閉環(huán)微生態(tài)醫(yī)療體系,構(gòu)造微生態(tài)全產(chǎn)業(yè)鏈集約式解決型企業(yè)。目前已經(jīng)為超過300+家醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供專業(yè)服務(wù),菌群移植與腸道菌群檢測超過10萬+人次。