Microbiome | 腸道微生物宏蛋白組定義克羅恩病臨床亞型的分子特征

瀏覽次數(shù)：760　發(fā)布日期：2022-11-23　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

實驗樣本及設(shè)計

（1）研究隊列：最初入組200例樣本，經(jīng)過多組學(xué)數(shù)據(jù)完整性評估后，確定了182名受試者，包括103名CD、60名潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和19名健康對照作為核心分析隊列；

（2）樣本類型：糞便樣本；

（3）組學(xué)方法：宏蛋白組學(xué)、宏基因組測序、16S測序、代謝組學(xué)。

文章結(jié)果

01 糞便宏蛋白組學(xué)對CD亞型的區(qū)分能力優(yōu)于基因水平

在最終確定的182名受試者糞便樣本多組學(xué)數(shù)據(jù)集中，包含16S擴(kuò)增序列變異體（ASV）區(qū)分的1799個分類單元、3568個可操作基因組單位（OGU）、1929種代謝物特征和108081種宏蛋白質(zhì)（微生物蛋白106409種，宿主來源蛋白2031種）。

研究人員在進(jìn)行亞組之間的單組學(xué)數(shù)據(jù)集比較后發(fā)現(xiàn)，16S序列變異體和宏基因組數(shù)據(jù)未能區(qū)分CD亞型，而宏蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)數(shù)據(jù)可以顯著區(qū)分ICD和CCD亞型。進(jìn)一步整合多組學(xué)數(shù)據(jù)集建立的機(jī)器學(xué)習(xí)分類模型能夠預(yù)測各種臨床相關(guān)類別，包括IBD亞型、病變部位、嚴(yán)重程度和潰瘍大小。結(jié)果顯示，在該研究中質(zhì)譜生成的數(shù)據(jù)特征在大多數(shù)類別中優(yōu)于DNA水平的檢測，尤其在ICD和CCD亞型判別方面，宏蛋白組學(xué)與多組學(xué)能力相當(dāng)。而主坐標(biāo)分析（PCoA）顯示，雖然微生物特征會影響整體特征，但仍需要額外的數(shù)據(jù)特征來區(qū)分更細(xì)微的疾病表型。

02 CCD亞型的多組學(xué)特征——中性粒細(xì)胞和微生物相關(guān)的蛋白水解活性增加

對各臨床亞型多組學(xué)分子特征進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在CCD亞型中，中性粒細(xì)胞脫顆粒相關(guān)蛋白具有最顯著的富集，說明CCD亞型中中性粒細(xì)胞活性增加，結(jié)果可導(dǎo)致蛋白酶和抑制劑分泌，改變蛋白水解活性并驅(qū)動疾病嚴(yán)重程度。同時，Bacteroides vulgatus（BV）蛋白水解酶與CCD患者疾病嚴(yán)重程度正相關(guān)，因此推測BV-中性粒細(xì)胞蛋白水解協(xié)同作用導(dǎo)致結(jié)腸蛋白水解的增加。

03 ICD亞型的多組學(xué)特征——代謝物水平的變化對ICD整體特征有很大影響

在ICD患者中檢測到膽汁酸水平大量增加，這與之前報道的ICD患者膽汁酸重吸收能力減弱吻合。而有趣的是，膽汁酸水平與任何CD亞型的疾病嚴(yán)重程度并沒有廣泛的相關(guān)性，表明其可能是通過影響微生物組成間接影響疾病嚴(yán)重程度。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，ICD中γ-Proteobacteria水平顯著富集。同時，ICD患者的Proteobacteria水平與膽汁酸及其衍生物有關(guān)。進(jìn)一步的機(jī)器學(xué)習(xí)分析發(fā)現(xiàn)，Faecalibacterium prausnitzii (F. prausnitzii)可以很好的區(qū)分ICD、CCD和UC。同時觀察到F. prausnitzii在ICD中豐度顯著降低，與膽汁酸水平呈負(fù)相關(guān)，表明其對膽汁酸敏感。綜上表明ICD改變的微生物群落組成可能在很大程度上受到膽汁酸水平升高的影響，有益微生物如F. prausnitzii的喪失導(dǎo)致Gammaproteobacteria和Blautiasp的水平增加。

04 確定特定病變部位嚴(yán)重程度相關(guān)標(biāo)志物

前面的研究結(jié)果證實了回腸和結(jié)腸CD亞型具有獨特的分子譜圖，并反映出不同的病理特征。因此說明特定病變部位的生物標(biāo)志物將有助于更特異、更敏感的監(jiān)測疾病的嚴(yán)重程度。于是研究人員進(jìn)一步確定了CD亞型中與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)的蛋白質(zhì)。結(jié)果顯示，Gelsolin（一種肌動蛋白結(jié)合蛋白）與CCD嚴(yán)重程度高度相關(guān)，且與ICD嚴(yán)重程度無關(guān)。為了進(jìn)一步提高這種相關(guān)性，將Gelsolin和Clostridiales bacterium（菌株VE202-26）的一個未知功能蛋白結(jié)合，該蛋白與CCD嚴(yán)重程度負(fù)相關(guān)，以建立“CCD嚴(yán)重程度比值（CCD Ratio）”。利用該比值評估疾病嚴(yán)重程度，顯著性提高近100倍，且增加了疾病病變部位特異性。同樣的，在ICD亞型中，利用Bacteroides sp.的一個未知功能蛋白和Galectin-4建立了“ICD嚴(yán)重程度比值（ICD Ratio）”，可以特異性區(qū)分ICD患者的疾病嚴(yán)重程度。并且，這兩個比值的性能均顯著高于以往文獻(xiàn)中用于評估IBD嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物Calprotectin。