1、中文科技期刊数据库(全文版)医药卫生 13 肠道微生物与儿童过敏性紫癜相关性研究 张罗丹 复旦大学附属儿科医院安徽医院安徽省儿童医院肾脏内科,安徽 合肥 230051 摘要:摘要:目的 探讨肠道菌与过儿童过敏性紫癜(HSP)关系。方法 通过使用儿童肠道菌群数据集进行差异分析,确定了健康儿童,HSP 和 HSPN 患儿组间差异的物种。Bray-Curtis 的 anosim 指数分析显示,肠道微生物组物种组间水平上呈显著性多样性 P 值=0.024)。结果 LDA 进一步分析显示,健康儿童,HSP 和 HSPN 患儿三组之间肠道 菌 群 群 落 结 构 均 有 差 异。在 菌 属 水 平 上,A
2、listipes,Bacteroides,Bifidobacterium,Blautia,Faecalibacterium,Lachnoclostridium,Parabacteroides,Roseburia,Subdoligranulum 这 9 种菌属存在明显差异。结论 与健康儿童相比,HSP 和 HSPN 患儿呈现肠道微生物紊乱,提示 HSP 和 HSPN 的发生可能与肠道微生物存在密切关联。关键词:关键词:HSP;HSPN;自身免疫性疾病;儿童;肠道菌群 中图分类号:中图分类号:R725.9 人体肠道内栖息着大量的多种微生物,最近几十年的研究发现人体肠道微生物的细胞总数远大于人体细胞
3、的数量,基因总数也远大于人体基因数目1-2。这些肠道微生物参与了人体的代谢3-4,并有助于提高宿主免疫能力5。肠道微生物还与肥胖6和结直肠癌7等重大疾病有关,甚至还能影响人体对药物的吸收作用8。因此,肠道微生物作为维持人体健康的重要组分9。肠道中的微生物通常一个微生物群落(菌群)中包含几百甚至上千种不同的微生物,并且这些物种受到外部环境和群落内其它物种的影响,处于复杂的动态变化过程中10。肠道微生物的这种独特生存方式,使得其中绝大多数微生物难以被分离培养11,因此难以用传统分子生物学方法对肠道微生物进行深入和全面研究。随着测序技术的突飞猛进,对于肠道微生物群落(肠道菌群)的研究也上升到了多组学
4、的高度,即微生物组(microbiome)研究。微生物组学的研究对象是包括微生物群落全部遗传物质、代谢物和环境因素等在内的所有组学相关信息,是涉及到微生物遗传学、微生物分类学、各类组学的大数据挖掘与统计分析、实验科学与技术等的交叉学科,其深入研究将能够解决微生物群落相关的一系列基础与应用问题,特别是临床上与肠道菌群相关的肠道疾病的治疗和诊断等提供治疗的依据和方法12。HSP 是由炎症、环境、遗传等各种因素引起的复杂性自身免疫性疾病,HSP 病理特征为免疫球蛋白 A1(IgA1)形成的免疫复合物沉积在小血管壁产生的免疫炎症反应13。根据欧洲抗风湿病联盟、儿科风湿病学欧洲学会和儿科风湿病国际试验组
5、织认可的儿童血管炎的分类,HSP 属于非肉芽肿性血管炎,从属小血管血管炎组。肾脏受累是影响 HSP 患儿预后和死亡的主要原因。IgA 血管炎的发病率逐渐增加,长期或反复使用类固醇和免疫抑制剂,尤其是胃肠道和肾脏受累的儿童,很容易导致感染、电解质失衡和一系列并发症,严重影响他们的生活质量。目前关于 HSP 和 HSPN 的发病机制尚不明确,目前也无确定有效的治疗方法。本研究的可为阐明 HSP 和 HSPN 发病机制提供新思路,并为HSPN 患儿的防治和改善预后提供新策略。因此,如何有效预防和减少涉及儿童重要器官的过敏性紫癜的发生是非常重要的。宏基因组学项目的发展发现了肠道与其微生物区系的相互关系
6、和影响,并提供了不同的群落组成如何影响从婴儿到老年的各个年龄段的人类健康状况。1 研究方法 1.1 研究设计 肠道菌群数据从 Sequence Read Archive(SRA)数据库下载,包括 25 个正常儿童样本,25 个 HSP 样本和 25 个 HSPN 样本14。1.2 基于宏基因组数据的微生物分类和功能分析 Bowtie2(version 2.4.2 by Ben Langmead)用于比较序列读取和长参考序列。使用 Trimmomatic 中文科技期刊数据库(全文版)医药卫生 14(TruSeq3-PE.fa:2:30:10 LEADING:3 TRAILING:3 SLIDIN
7、GWINDOW:5:20 MINLEN:25)对测序数据进行修剪 和 裁 剪。75 个 样 本 的 微 生 物 群 落 组 成 通 过mefrlan(3.0.4)进行分析,mefrlan 是一种利用元基因组霰弹枪测序数据识别细菌、古生菌、真核生物和病毒的计算工具。利用 HUMAnN 软件分析 75 个样本的样本的微生物代谢途径和其他分子功能的丰度。2 结果 2.1 多样性分析研究比较 为了研究肠道菌群在儿童 HSP,HSPN 发生中的作用,从数据下载的数据全部纳入进行分析。首先,采用基于 Bray-Curtis 的 anosim 指数分析肠道微生物组物种水平的多样性。多样性在健康儿童,HSP
8、和 HSPN患儿中占主导地位,三组样本的菌群之间存在显著差异(图 1 所示,P 值=0.024)。结果表明,肠道菌群与到儿童 HSP 和 HSPN 的发生存在一定关联。肠道菌群 多样性包括菌群丰度 y 轴表示多样性指数的得分,x 轴表示不同研究对象。Control:健康儿童;HSP:过敏性紫癜患儿;HSPN:过敏性紫癜肾炎患儿。p0.05 表示差异有统计学意义 图 1 HSP,HSPN 患儿与健康儿童肠道菌群 多样性比较 图 2 HSP,HSPN 患儿与健康儿童肠道菌群结构 LDA 分析 2.2 LDA 分析及组间菌群结构比较 为了进一步评估健康儿童组、HSP 和 HSPN 患儿三组间肠道微生
9、物群落分类组成,LDA 分析显示:健康儿童组、HSP 和 HSPN 患儿三组间肠道菌群群落结构均有差异(见图 2)。这些结果进一步表明肠道菌群与到儿童 HSP 和 HSPN 的发生存在一定关联。2.3 物种及其丰度分析研究比较 此外,为了详细研究肠道微生物群落的动态变化,我们在门和属水平上分析了肠道微生物群落的分类组成。首 先,不 同 门 水 平 的 分 析 比 较 发 现:Actinobacteriota,Bacteroidota,Firmicutes 这 3个门是肠道微生物群落的优势分类群(见图 3A)。其次,不 同 属 水 平 的 分 析 比 较 发 现:Alistipes,Bacter
10、oides,Bifidobacterium,Blautia,Faecalibacterium,Lachnoclostridium,Parabacteroides,Roseburia,Subdoligranulum 这9 个属是肠道微生物群落的优势分类属(见图 3B)A:肠道菌群门水平上比较;B:肠道菌群属水平上比较 图 3 HSP,HSPN 患儿与健康儿童肠道菌群丰度比较 3 讨论 人类肠道细菌包含 300 多万个基因,不同类型的细菌在执行特定代谢功能方面具有不同的能力,它们具有多种代谢功能,如饮食成分代谢、药物解毒、维生素和必需氨基酸合成15。多种自身免疫性疾病,如多发性硬化症16和自身免疫
11、性脑炎17,也被证实受到肠道微生物调节的影响。过敏性紫癜作为一种自身免疫性疾病,与肠道菌群的关系也受到了关注,有相关研究显示,过敏性紫癜患儿存在肠道菌群紊乱,表现为肠道菌群中产生丁酸的有益菌减少,而机会病原体增多,肠道菌群紊乱可能与过敏性紫癜的发病有关,在疾病早期紫癜性肾炎患儿的肠道菌群与过敏性紫癜无肾损伤患儿存在差异,疾病早期时的肠道菌群紊乱可能与紫癜性肾炎的发生有关18。有研究表明,在机体的炎症和自身免疫性疾病的发生和预防中,Th17 细胞和 Treg 细胞之间的平衡具有重要意义,Treg 细胞主要通过释放抗炎细胞因子,中文科技期刊数据库(全文版)医药卫生 15 如 IL-10 和转化生长
12、因子(TGF)-1 来发挥其抗炎特性19。成熟的 Th17 细胞可分泌 IL-17、IL-21 和 IL-22等多种细胞因子,在诱导多种组织炎症中起主要作用,可导致严重的自身免疫性疾病20。HSP 作为一种自身免疫性疾病,发生机制中有免疫调节的参与。过去研究发现IgA血管炎患儿的肠道细菌丰度显著低于健康儿童,而 IgA 血管炎的其他临床表现患儿的肠道细菌丰度高于单纯紫癜患儿14。与过去研究表现一致,本研究显示,HSP 和 HSPN 患儿的肠道微生物的多样性也显著低于健康儿童。4 结语 综上所述,与健康儿童相比,HSP 和 HSPN 患儿呈现肠道微生物紊乱,表现为:在 HSP 和 HSPN 患儿
13、中,Alistipe,Bacteroides,Bifidobacterium,Blautia,Faecalibacterium,Lachnoclostridium,Parabacteroides,Roseburia,Subdoligranulum 这 9种菌属存在明显差异,提示 HSP 和 HSPN 的发生可能与肠道微生物存在密切关联。目前,相关的研究还比较少,仍需要通过严密的人群和动物相结合的实验来验证结论和深入机制研究。参考文献 1Hunter CI,Mitchell A,Jones P,et al.Metagenomic analysis:the challenge of the dat
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