视神经脊髓炎谱系疾病(NMOSD)与肠道菌群有关

标题:Lack of short-chain fatty acids and overgrowth ofopportunistic pathogens define dysbiosis of neuromyelitis optica spectrumdisorders: A Chinese pilot study

中文标题:视神经脊髓炎谱系疾病与肠道机会致病菌的过度繁殖、短链脂肪酸的缺乏有关

发表时间:2018.8

期刊:Multiple Sclerosis Journal(MSJ)

影响因子:5.28

通讯作者:陆正齐(教授)陆勇军(教授)

作者单位:中山大学附属第三医院中山大学生命科学学院

研究背景

视神经脊髓炎谱系疾病NMOSD)是一种中枢神经系统(CNS)的炎症性自身免疫疾病,是视神经和脊髓同时或相继受累的急性或亚急性脱髓鞘病变。视神经脊髓炎谱系疾病具有高复发和高致残性,具有人种差异和性别差异(男女患病比例为1:10),通常与其他自身免疫疾病(如系统性红斑狼疮、桥本氏病等)共病。长期以来,NMOSD可通过免疫学标记(如水通道蛋白-4抗体,AQP4-IgG)或遗传基因标记(如人类白细胞抗原,HLA)鉴定,与幽门螺杆菌等病原相关的抗体在NMOSD患者的肠胃中也被普遍发现。NMOSD患者肠道微生物的研究目前仍较少,本文采用高通量测序(NGS)和气相色谱(GC)技术,分析了NMOSD患者的肠道微生物与短链脂肪酸(SCFAs)变化情况。

材料方法

样品类型:人体粪便。

样品来源:84名中国NMOSD患者(AQP4-IgG血清反应呈阳性),54名健康人群(HCs);84名NMOSD患者中,66名使用免疫抑制剂(27名使用霉酚酸酯mmf,32名使用硫锉嘌呤azathioprine,7名服用环流酰胺、甲氨蝶呤或利妥昔单抗),18名NMOSD患者不做治疗。

分析平台:Illumina MiSeq PE250:16S rRNA;GC:SCFAs。

结果与分析

1、NMOSD与HCs肠道微生物存在差异

首先,拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)这3门菌在肠道含量最多(图 1a);拟杆菌属(Bacteroides)、普氏菌属(Prevotella)、志贺氏菌属(Shigella)和粪球菌属(Faecalibacterium)占肠道微生物的(属水平)70%(图 1b)。PCA分析显示NMOSD与HCs人群肠道微生物组成有明显差异(p<0.001,Mann–Whitney U)(图 2a;2c),而不同免疫抑制治疗剂与非治疗对肠道微生物的组成影响不大(图 2b;2d)。


2、NMOSD患者肠道微生物群的差异分布

LEfSe分析表明,链球菌属(Streptococcus)、志贺氏菌属(Shigella)和粪球菌属(Faecalibacterium)在视神经脊髓炎谱系疾病与HCs人群肠道中存在差异(LDA,log 10= 4)(图 3)。Metastats分析表明,视神经脊髓炎谱系疾病与HCs人群肠道有60个菌属存在显著差异(p<0.05),其中17个属相对丰度大于0.001%。Boruta特征选择显示,在17个差异属中,链球菌属(Streptococcus)的重要度Z值(Importance Z-score)最高(图 4)。相关性分析显示,链球菌属(Streptococcus)与病症严重程度(EDSS)显著正相关(p<0.05)。宏基因组分析显示,链球菌属(Streptococcus)的S.oralis、S.salivarius、S. parasanguinis、S. pneumonia和S. mitis为主要菌种,S. oralis、S. pneumonia和S. mitis在NMOSD与HCs人群肠道中丰度差异显著。

免疫抑制治疗比较发现,链球菌属(Streptococcus)、志贺氏菌属(Shigella)主要集中于NMOSD人群,粪球菌属(Faecalibacterium)在HC人群中最丰富。与非治疗组相比,NMOSDs人群的链球菌属(Streptococcus)在使用mmf、azathioprine后略有降低(图 5c),但在HC人群中更低。与非治疗相比,NMOSDs人群的免疫抑制治疗剂(mmf、azathioprine & others)治疗对志贺氏菌属(Shigella)的抑制作用不明显(图 5d)。虽然,HC人群比非治疗NMOSDs人群的粪球菌属(Faecalibacterium)略高,然而,免疫抑制治疗剂(mmf、azathioprine)使粪球菌属(Faecalibacterium)反而显著降低(图 5e)。

总之,除了azathioprine显著降低NMOSDs人群的链球菌属(Streptococcus),其他免疫抑制治疗剂均不会显著改变肠道菌群。

3、NMOSD与HC人群的肠道SCFAs水平

从上述研究发现,NMOSD患者肠道中缺乏合成SCFAs的菌群,但引起该患者症状的机会致病菌大量繁殖。因此,本文运用GC技术研究NMOSD与HC人群肠道SCFAs(醋酸纤维、丙酸盐和丁酸盐),结果发现,NMOSD患者的3种SCFAs浓度均显著低于HC人群(p<0.001)(图 6a-c)。非参数相关性分析(Spearman)表明(图 6d)),SCFAs(醋酸纤维、丁酸盐)浓度分别与EDSS显著负相关(p<0.05);特异性产SCFAs细菌(毛螺旋菌Lachnospira)丰度与SCFAs浓度显著正相关。此外,mmf、azathioprine及其他免疫抑制治疗剂对SCFAs浓度的影响存在差异。

结论

日常生活中,劳累或感冒后出现视力下降等现象经常被忽视,然而,这可能是“视神经脊髓炎”的征兆。本研究发现,相对于健康人群,中国视神经脊髓炎谱系疾病患者的肠道菌群中有一种机会致病菌——链球菌属(Streptococcus)显著增加,而能产生具有抗炎作用的短链脂肪酸的细菌丰度在视神经脊髓炎谱系病患者中显著降低。肠道菌群及其代谢产物能参与‘脑-肠轴’活动并对中枢神经系统相关疾病的发病起关键作用。本研究为今后的视神经脊髓炎谱系疾病患者精准诊断与靶向性治疗提供科学依据。

 

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