科研 | Gastroenterology:炎症性肠炎患者与健康者体内肠道菌群的差异-文献系统总结

编译:元,编辑:小菌菌、江舜尧。

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导读

炎症性肠病,简称IBD,是一种特殊的慢性肠道炎症性疾病,主要包括克罗恩病(Crohn’s disease;CD)和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis;UC)。IBD是消化科常见病,其发病机制复杂,但越来越多的研究表明肠道菌群紊乱是IBD发病的重要原因,有望通过调整肠道微生物群来治疗IBD,但特定的微生物与IBD之间的联系尚未明晰。为此本文研究者对四大数据库中相关研究文献精心梳理,进行系统的回顾,总结当前研究,以期确定个体肠道微生物群与IBD之间的关系。该论述对于筛选IBD相关微生物,在后续研究及IBD症状的缓解或治疗方面有重要参考意义

论文ID

原名:Differences in Gut Microbiota in Patients With vs Without Inflammatory Bowel Diseases: a Systematic Review

译名:炎症性肠炎患者与健康者体内肠道菌群的差异:文献系统总结

期刊:Gastroenterology

IF:19.233

发表时间:2019.11

通讯作者:Paul Moayyedi

作者单位:加拿大麦克马斯特大学医学系胃肠科

实验设计

研究者对MEDLINE、EMBASE、Cochrane CDSR和CENTRAL四大数据库中2018年4月2日之前的数据进行了检索,以查找患有IBD的患者(成人或儿童)与健康人(对照组)之间的肠道微生物群(来自粪便、结肠或回肠组织样本)。以OUT为主要第一选择指标,以微生物多样性差异为第二选择指标,包括β多样性、OUT平均数量、细菌总数。将选择结果分为3类:
①IBD患者明显增加
②IBD患者明显减少
③IBD患者和对照组之间无显着差异。
从每项研究中收集了粪便微生物群数据,若无法获得,则用结肠或回肠组织微生物群。论述研究中接受了包括末端限制性片段长度多态性(TRFLP)在内的所有测量方法。使用文献质量评价量表(Newcastle-Ottawa scale,NOS)来评估研究的质量,以性别、年龄为基线,对病历和对照组进行比较。
图1-1. 筛选策略

结果

1. 文献检索结果

研究者共检索到2631条引用文献,经选择流程(见图1-2)最终确定符合要求的有45篇,包含48项研究,其中有34个关于CD,29个关于UC,包括2221名IBD患者(1206CD和1015UC)和2063名健康对照。整理发现这些研究的调查对象集中在成人和青少年,菌群的研究部位集中在患者结肠组织、回肠/回盲瓣末端组织、粪便。(表1和2)。研究方法集中在T-RFLP、PCR(qPCR)、宏基因组测序、细菌培养、DGGE、16SrRNA基因测序,个别使用荧光原位杂交(FISH)、DNA微阵列。其中16SrRNA基因测序研究中使用的可变区主要集中在V3-V4、V3-V5、V4。

图1-2. 选择流程图

表1 CD病研究特征汇总表

表2 UC病研究特征汇总表

2 研究内容比较

在门的水平上,4项研究表明UC患者样本中TenericutesLentisphaerae数量减少,但CD患者没有报道这些数据(图2)。有6项研究显示CD患者ActinobacteriaFirmicutes数量明显减少或呈现出减少趋势,但UC患者的数据不一致(补充表1和补充表2)。对于IBD患者体内Proteobacteria数量的研究中,部分研究表示数量增加,但同时有更多的研究结果表示无差异(表1、2、3和4)。对于UC患者体内Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, FusobacteriaVerrucomicrobiaBacteroidetes数量变化的研究结果之间存在矛盾(表1和2)。

就较低的生物分类水平而言(图2,表3、4)研究最多的是Faecalibacterium prausnitzii,与对照相比,IBD患者的F. prausnitzii显着降低(11项CD患者研究中有6项,10项UC患者的研究中有4项),只有1项研究表明结肠组织样本中F. prausnitzii显着增加,其余研究均显示CD或UC患者体内的F. prausnitzii无明显减少。

图2. CD病、UC病研究中微生物变化情况

一半的研究报告了活动性和非活动性IBD的数据,只有11篇分别报告了活动性和非活动性IBD的微生物群数据,但IBD中生物的变化并不一致(表3、4)。

3项研究从221名CD和119名UC患者的粪便样本中检出CoriobacteriaceaeActinobacteria)减少(图2,表3、4),而有1篇通过评估UC患者的结肠活检细菌,显示两组之间无显着差异(表4)。来自荷兰,英国,西班牙和比利时的研究中显示CD患者的Christensenellaceae (Firmicutes)显著减少(图2、表3),而在UC患者中没有报道该细菌组的数据。来自美国,西班牙,爱尔兰和捷克共和国的研究中显示AkkermansiaVerrucomicrobia)显着减少,而在2004年进行的一项小型研究中只有14例英国(图2,表3、4)。此外,有3项研究表明UC患者的Eubacterium rectale (Firmicutes)显着减少(图2),而CD患者的结果却不一致(表3)。关于EscherichiaEscherichia coli的研究有近半数表明其数量增加(图2,表3、4),同时有过半研究显示CD和UC患者均无显著高丰度。另有3篇关于Veillonella (Firmicutes)研究显示在CD患者中数量增加,而另外的3篇显示在UC患者中无变化(表4)。

表3. CD患者肠道微生物在科、属、种分类上的研究结果
表4. UC患者肠道微生物在科、属、种分类上的研究结果

60%的研究测定了微生物α多样性,接近三分之一的研究显示IBD患者的微生物α多样性显着降低,而其余研究与健康对照组相比无差异,1项儿科CD研究测量了β多样性,结果显示CD患者与对照患者之间的差异,6项研究测量了IBD患者的平均OTU数,半数表明显著降低,而另半数则显示没有变化差异。5项研究评估了CD和UC中的细菌总数,3/5的结果表明患病组与对照组之间没有差异。

80%的研究评估了IBD患者与对照组的结肠黏膜微生物群,但研究结果不一;1项儿科研究评估了回肠/回盲瓣末端组织,证实患有CD的儿童与对照组相比,增加了Faecalibacterium prausnitziiOscillospiraRuminococcaceae;绝大多数评估了粪便中的肠道菌群,但由于组织微生物群的患者人数很少,没有足够的数据显示粪便和组织微生物群之间的差异;数据主要来自西方国家,因此没有足够的数据来评估东西方研究之间的差异。

3.证据质量

NOS量表显示,所有相关研究为IBD患者的定义和选择方法提供了充分的解释,而只有48%的对照做相同的过程。大约46%表明IBD患者和对照组在性别和年龄方面具有可比性。33.33%显示IBD患者和对照组之间的性别差异超过10%,其中两项表明两组之间的年龄差异具有统计学意义。没有研究表明微生物菌群分析是否盲目(表5)。没有一项研究能够满足9个质量领域中的至少8个领域,并且只有7篇论文中的8个研究可以接受7个质量领域。

表5及其续表1、2.研究型论文的NOS质量表

讨论

所有的研究都报告了IBD患者肠道微生物群与对照组之间的差异,但这种差异是不一致的。最普遍的结果是CD患者的α多样性与对照组相比降低,CD和UC患者的F.prausnitzii与对照组相比降低,这种细菌被认为是肠道微生物群中主要的丁酸盐产生菌之一,可能有助于其抗炎活性。它还与抑制肠上皮细胞NF-κB途径、减少CD患者炎症过程的蛋白质的产生有关,有研究者认为该菌具有潜在“保护”作用。Akkermansia 在UC中减少,该菌有抗炎作用,可以减少引发结肠炎的物质,但是不确定这是患病的原因还是后果,由于粘蛋白是该菌的主要能量,而UC患者中粘蛋白的减少,Akkermansia的丰度可能会降低。IBD患者中潜在有害微生物群的最一致发现是Escherichia,特别是Escherichiacoli数量增多,该发现可能表明这些患者先前有肠道感染或者肠道环境发生改变使得像Escherichiacoli一类细菌扩增,进而导致炎症性免疫反应,但受技术限制,IBD病例中的绝大多数微生物菌群研究并未在菌株水平上分析微生物菌群,因此尚不能将IBD直接归因于E. coli增加。

大多数研究对成年人进行了活性和非活性IBD的评估,并从粪便中收集了微生物群样品。分别有34和29个研究评估了CD和UC患者。有证据表明,患者粪便微生物群的多样性降低(48%)或未改变(52%)。由于这些是横断面研究,尚不清楚IBD患者微生物多样性的降低是IBD病理的原因还是后果。因而这一发现不能证实“减少原住肠道细菌的种类会引发炎症并增加IBD的风险”

大多数研究采集粪便样品来评估IBD患者的微生物多样性和组成,但与粘膜相关的细菌也极有可能在IBD中起作用,本综述中的大多数研究报告称Faecalibacterium prausnitzii的数量减少了,但使用结肠组织的7项研究中只有2个报告了粪便粘膜F. prausnitzii的数量增加了,采集粪便样品的研究却没有一个。这一发现可能反映了粘膜和粪便微生物组之间的差异。

就IBD微生物群的地域和疾病活度而言,没有足够的证据得出结论。纳入研究的三分之二是在西方国家进行的,但这些文章的结果不一致。只有17项研究报告了非活动性疾病的数据,但研究之间的结果缺乏一致性,这可能与本系统评价中纳入研究的局限性有关,没有足够的数据得出结论。此外,没有一项研究符合所有相关领域的质量标准、微生物组评估方法的多样性(如测序的可变区之间的差异)、多重比较校正的使用(只有33.3%使用)、大量细菌类群或OTU所带来的偶然性、饮食、药物等影响肠道菌群变化的混杂因素均有可能是结果不一致的原因。总体而言,这项工作的主要局限性在于研究方法的异质性,包括研究人群,IBD亚型(CD或UC)的比例,疾病活动性以及微生物组分析方法。

评论

研究者经层层筛选,分析了45篇文章其中包含有48个研究。作者将地域、样本种类、IBD类型、活性、患者及对照基本信息、检测方法、多重比较校正等因素纳入分析比较中,发现:对CD患者,在3项关于克里斯滕森菌科(Christensenellaceae)和红蝽杆菌科(Coriobacteriaceae)研究中均表明其数量减少,在11项关于普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)的研究中有6项研究表明菌数量下降;同时有2项关于放线菌属(Actinomyces)、韦荣氏球菌属(Veillonella)和大肠杆菌(Escherichia coli)的研究均显示其数量在CD患者体内增加了。对于UC患者,在所有3项关于直肠真杆菌(Eubacterium rectale)和艾克曼菌(Akkermansia)的研究显示数量均减少,而在9项关于大肠杆菌(Escherichia coli)的研究中有4项是增加。

该篇文章对近十年在BID疾病肠道微生物领域相关性最强的研究为做了系统的总结和详实的介绍,为后续研究人员在研究方法的选择、IBD患者肠道关键微生物菌群的筛选与调节、meta分析等方面提供了诸多值得借鉴和改进的方面。对于后续的研究,可从菌株和功能水平微生物组分析,构建权威性的研究IBD方法、样品存储、DNA提取、测序和分析方法的标准化等角度入手。同时作者以严谨的态度表示虽然发现了IBD患者与对照组中某些细菌丰度差异的证据,但由于研究结果和方法不一致,作者同时表示无法得出精确结论,需要进行进一步的大规模研究,采用更好的方法来评估微生物种群。


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