肾移植受者肠道菌群特征及其与糖代谢紊乱的关联

大光

　　移植后糖尿病（PTDM）指移植后新诊断的糖尿病，包括移植前预先存在但未诊断的和移植后新发糖尿病。近年来，部分研究提示肠道生态失调与免疫抑制剂诱导的PTDM之间存在密切联系。宁波大学附属李惠利医院利用16SrRNA基因测序，探索移植后高血糖（PTHG）患者肠道微生物区系结构和代谢途径变化，研究结果表明，PTDM患者肠道菌群结构和功能发生显著改变，差异菌群与糖代谢显著相关，部分菌群在PTDM、移植后糖尿病前期（prePTDM）和血糖正常三组间呈递减趋势。现摘录相关内容以供学习参考。

　　一、研究对象与方法
　　纳入2001年1月至2022年7月期间在宁波大学附属李惠利医院手术及随访的肾移植受者。
　　纳入标准：（1）临床资料全面、年龄18～80岁；（2）移植后至少6月，免疫抑制剂剂量稳定，移植肾功能稳定；（3）获取标本质检合格。
　　排除标准：（1）移植前已确诊2型糖尿病；（2）研究期间出现急/慢性排斥反应、感染、移植物失功等并发症者；（3）入组前2周有消化道症状或疾病、感染性疾病，或服用过调节菌群药物者。
　　最终纳入受者92例：血糖正常组56例（60.87％）为对照组，移植后高血糖（PTHG）组36例（39.13％），其中，PTDM组29例，prePTDM（移植后糖尿病前期）组7例。PTHG受者年龄更大，体质量指数和三酰甘油更高，而高密度脂蛋白较低（P＜0.05）（表1）。
　　对其粪便标本进行16SrRNA基因V3-V4区域测序。比较PTHG组与血糖正常组粪便菌群结构及功能改变，分析差异菌群与临床理化指标之间的关联，并评估其辅助诊断PTHG的能力。


　　二、结果
　　（一）粪便微生物多样性改变
　　在92份粪便标本中，共检测到4140个扩增序列变体（ASV）。PTHG组中表示菌群丰度的ACE和Chao1指数，以及代表菌群多样性的Shannon和Simpson指数均略高于对照组，但无统计学意义。由于个体间差异很大，基于bray、jaccard、unifrac和wunifrac四种算法的主坐标分析（PCoA分析，P＞0.05），也不能完全区分两组。粪便微生物组成改变　共发现18门，30纲，45目，94科，225属，263种微生物。LEfSe分析在各分类水平上筛选出了组间差异显著的细菌类别（图1A），基于LEfSe分析绘制的进化分支图显示，差异菌群来源于不同分类水平（图1B）。

　　Metastats分析显示，PTHG组中放线菌门显著低于对照组（P＜0.05），并且属于该进化分支的放线菌纲、双歧杆菌目、双歧杆菌科、双歧杆菌属和部分双歧杆菌种的相对丰度均显著减少（P＜0.05）。在属水平上，PTHG组中芽孢杆菌属（Gemmiger）和亚诺杆菌属（Anaerobacterium）的相对丰度显著增加，而黄杆菌属（Flavonifractor）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）和副沙门氏菌属（Parasutterella）的相对丰度显著减少（P＜0.05，图2）。


　　（二）微生物代谢途径改变
　　比较两组的京都基因与基因组百科全书（KEGG）丰度，确定了15个KEGG代谢差异途径：PTHG组中氨基糖和核苷酸糖的代谢、半乳糖代谢、糖胺多糖等的降解、戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化以及初级和次级胆汁酸生物合成等14条代谢途径显著减少，而聚酮糖单元生物合成显著增加（表2）。

　　（三）粪便微生物种类与临床理化指标相关性
　　以相关系数|cor|＞0.3且P＜0.05作为显著性筛选阈值，我们发现芽孢杆菌属和Anaerobacterium菌属与空腹血糖呈显著正相关，而丹毒丝菌科的未命名属（ErysipelotrichACEae_incertae_sedis）与空腹血糖呈显著负相关。

　　（四）基于粪便微生物区系特征区分PTHG与血糖正常受者
　　　我们评估了上述组间显著差异菌属及与血糖具显著相关性的菌属作为生物标志物区分两组的潜在价值。首先生成单种差异菌属ROC曲线（图4A），曲线下面积（AUC）分别芽孢杆菌属（0.686）、Anaerobacterium菌属（0.632）、黄杆菌属（0.686）、双歧杆菌属（0.634）、副沙门氏菌属（0.583）和丹毒丝菌科的未命名属（0.643）。再通过多元逐步Logistic回归分析来评估，将6种菌群联合分析，AUC为0.830，表示具一定的诊断效能。将上述菌群联合空腹血糖进行分析，其AUC为0.962，大于空腹血糖的单独诊断效能（图4B）。

　　（五）利用亚组进一步分析差异菌群发现早期移植后糖尿病的潜力
　　ANOVA分析显示，PTDM、prePTDM和Normal三组间存在17种差异菌群，其中脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、Anaerobacterium菌属和芽孢杆菌属在三组间呈递减趋势，但相关趋势并不显著（图5）。


　　三、讨论
　　PTDM是肾移植后常见的代谢并发症，易对移植物功能和存活产生不利影响。既往研究发现肠道菌群结构和代谢改变在宿主免疫系统和糖代谢的调节中似乎起着关键作用。然而，在肾移植背景下，代谢紊乱、微生物变化和免疫抑制药物之间的相互作用错综复杂，目前尚没有完全阐明其中的变化规律和机制。如能明确肠道菌群与PTDM之间相互关系，通过检测菌群情况尽早预测和诊断PTDM的发生，早期利用抗生素、益生菌、益生元或粪菌移植等手段对菌群变化进行干预，并提前调整对血糖有影响的抗排异药物种类或剂量，对临床上PTDM的预防和治疗将有非常大的指导意义。
　　本研究通过16SrRNA基因检测技术分析受者粪便菌群发现，与对照组相比，PTHG受者肠道菌群丰度和多样性指数均略增加，但增加程度不明显，这与在2型糖尿病患者中观察到菌群多样性显著减少的研究结果不一致。PTDM与普通糖尿病的病理生理机制并不完全相同，移植前尿毒症期肠道屏障已破坏，移植后服用大量抗排异药物等因素，肠道负担增加，势必导致菌群改变。由于个体之间存在显著差异，PCoA分析也不能区分PTHG与对照组，这表明除差异菌群外，两组菌群结构大体相仿。
　　在菌门水平上的分析中，本研究未观察到在普通糖尿病人群中出现的厚壁菌门与拟杆菌门的比值变化，只发现PTHG组中放线菌门及其属支显著减少（P＜0.05）。放线菌门及其属支可直接或间接生成短链脂肪酸（SCFA），通过激活G蛋白偶联受体或抑制组蛋白去乙酰化酶等多种机制，维持肠道屏障动态平衡。PTHG组粪便放线菌门及其属支的减少将导致肠道内环境紊乱，通透性增强，致使内毒素移位到血清中，触发免疫系统的激活，诱导慢性炎症状态，从而导致胰岛素抵抗和糖尿病的发生。
　　菌群功能预测分析结果显示，组间菌群差异与糖代谢和胆汁酸生物合成密切相关。胆汁酸是胆固醇衍生的代谢物，其与核法尼醇X受体和G蛋白偶联胆汁酸受体结合，激活转录网络和信号级联，可改善肠道菌群结构，调节胰岛素分泌、肝脏糖异生、糖原合成等相关基因的表达和活性。结合Martin等对菌属与胆汁酸结合作用的分析，本研究PTHG组中芽孢杆菌属相对丰度增加和副沙门氏菌属相对丰度减少将不利于胆汁酸生物合成，进而参与诱导糖脂代谢紊乱。
　　根据ROC分析发现，多种菌群联合空腹血糖可以提高对PTHG的诊断效率，并且部分与糖代谢相关的差异菌群在PTDM、prePTDM和对照组三组间呈递减趋势，但或许是由于样本量偏少及各组间样本量差距较大，相关趋势并不显著，后续研究可以此为基础，在更大样本量的人群中验证这一发现。基于本研究结果推断，在移植后糖尿病早期，肠道菌群已然发生改变，且差异菌群能够影响SCFA生成，参与受者糖脂代谢及胆汁酸生物合成等，可能是移植后糖尿病触发因素之一。通过检测差异菌群，或能提前预测、早期诊断PTDM，并探索性地尽早采取粪菌移植、补充SCFA制剂或改善胆汁酸代谢等干预措施，阻断PTDM的发生，为临床PTDM的防治提供新的启示。

　　小结：本研究对PTDM相关粪便微生物群的全面分析为该疾病的发病机制提供了新的见解，并为PTDM的预测、诊断和个体化治疗提供了新的思路和策略。未来还有较多的研究方向和空间可以进一步深入，比如研究差异菌群的功能及机制，并对细菌代谢产物进行评估，进一步的动物实验可能有助于确定这些细菌与PTDM发病机制之间的因果关系。

本文仅供学习参考，完整准确内容请查阅原始文献：诸医蒙,王江东,仉超,张孝认,徐鹏杰,王依娜,胡雨韵,沈洲姬.肾移植受者肠道菌群特征及其与糖代谢紊乱的关联[J].肾脏病与透析肾移植杂志,2023,32(3):231-237.
http://www.njcndt.com/CN/10.3969/j.issn.1006-298X.2023.03.006

【链接】

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