基于16SrRNA技术分析正常人及行泪囊鼻腔吻合术的慢性泪囊炎患者菌群结构变化

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目的:分析慢性泪囊炎En-DCR(Endoscopic dacryocystorhinostomy)术前、术后使用抗生素患者,术前、术后不使用抗生素患者和健康人结膜囊菌群分布特征,比较健康人不同年龄结膜囊菌群组成,分别分析三组间的菌群差异及优势菌群。为慢性泪囊炎的临床治疗提供指导。方法:前瞻性对照研究。第一部分:健康对照组:收集2018年11月至2019年8月天津医科大学眼科医院没有眼表疾病的眼眶肿瘤患者、白内障患者和健康志愿者结膜囊菌群,共26例,分为年龄大于50岁组和年龄小于等于50岁组,基于16Sr RNA高通量测序技术分析受试者结膜囊菌群,采用QIIME软件、R软件、Lef SE等软件对结膜囊菌群进行生物学分析。第二部分试验组:收集2018年11至2019年8月天津医科大学眼科医院眼眶病与眼整形科行En-DCR手术的慢性泪囊炎患者,分为使用抗生素组、未使用抗生素组,根据收集泪囊炎患者年龄组成将第一部分年龄大于50岁作为健康对照组,收集患者术前1天、术后1周、术后2周和术后4周结膜囊菌群,使用同上的试验方法对菌群进行分析,根据收集泪囊炎患者的年龄组成将第一部分年龄大于50岁的健康对照组作为对照,比较结膜囊菌群结构的差异。结果:一、临床资料分析根据入组标准健康对照组最终入选26例符合要求受试者,其中男11例,女15例。年龄大于50岁组中共14例,男6例,女8例,年龄56-84岁,平均年龄(72.4±9.2)岁;年龄小于等于50岁组中共12例,男5例,女7例,年龄24-49岁,平均年龄(35.8±9.5)岁。实验组共收集19例,按照实验设计方法使用抗生素7例(抗生素皆为左氧氟沙星滴眼液),其中女6例,男1例,年龄56-83岁,平均年龄(69.7±8.8)岁,入院前及手术后皆未使用抗生素12例,其中女9例,男3例,年龄58-84岁,平均年龄(70.2±8.0)岁。按照入组标准选取15例符合要求的鼻腔菌群研究受试者,其中女9例,男6例,年龄58-83岁,平均年龄(69.3±7.26)岁。二、正常人结膜囊菌群结构1、26个样本共获得有效序列462936条,97%序列相似度下在门水平共获得4521类OTU,年龄大于50岁(C1)平均2214类OTU,年龄小于等于50岁(C2)平均2307类OUT,说明C2组物种数较C1组多。2、C1组Chao1、Simpson、Shannon指数均低于C2组,Chao1、Simpson有统计学意义(P<0.05),说明C2组菌群丰富度及多样性大于C1组。3、PCA分析C1组与C2组差异明显,C1聚集良好,C2组较为分散且部分与C1组混杂。4、对属水平丰度前20的菌群进行统计分析,C1组结膜囊核心菌群主要有贪铜菌属(24.3%)、鞘氨醇单胞菌(5.3%)、栖热菌属(2.3%)、不动杆菌属(2.2%)、鞘脂菌属(1.4%)、苍白杆菌属(0.6%);C2组核心菌群主要有:栖热菌属(15.3%)、贪铜菌属(10.3%)、双歧杆菌属(7.7%)、不动杆菌属(5.6%)、鞘氨醇单胞菌(3.4%)、土壤杆菌属(3.0%)、劳尔氏菌属(2.5%)、假单胞菌属(1.8%)、苍白杆菌属(1.5%)、枝动杆菌属(1.5%)。5、Lef SE分析比较两组间菌群差异性,C1组优势菌群主要有:软壁菌门、变形菌门、螺旋体科、鞘脂单胞菌目、噬纤维菌目;C2组优势菌群主要有:梭杆菌门、装甲菌门、异常球菌纲、丙型变形菌纲、肠杆菌目、双歧杆菌属。三、慢性泪囊炎泪囊鼻腔吻合术后结膜囊菌群结构变化1、114个样本共获得有效序列3934982条,手术前1天、术后1周、术后2周及术后4周与对照组在门水平OTU数比较,未使用抗生素组分别为2393、2353、2450、2927、2215,使用抗生素组分别为:2329、2498、2435、2451、2215;鼻腔术前与术后OUT数分别为:3164、3225。2、未使用抗生素组多样性指数除Simpson指数外皆明显高于健康对照组,但仅有Shannon指数有统计学意义(P<0.05);使用抗生素组Chao1、Ace、Shannon指数大于对照组,Chao1、Ace有统计学意义(P<0.05),Simpson指数小于对照组;术前、术后1周、术后2周多样性指数使用抗生素组均高于未使用抗生素组,术后第4周使用抗生素组Simpson、Shannon指数高于未使用抗生素组,其余低于未使用抗生素组,但均无统计学意义(P>0.05);鼻腔术后第4周除Ace指数外其余指数皆大于术前,但均无统计学意义(P>0.05)。3、PCA分析使用抗生素组和未使用抗生素组与对照组之间都有明显的间隔距离,样本分散且彼此间相互混杂,未使用抗生素组术后第4周样本分布逐渐向健康对照组靠近。使用抗生素组与未使用抗生素组比较:未使用抗生素术前、术后1周、术后2周样本分布于下方区域,术后第4周较分散,部分与使用抗生素组混杂;使用抗生素组样本分布分散,部分与未使用抗生素组混杂;鼻腔术前与术后第4周样本分布较分散且两组间相互混杂。4、对属水平丰度前20的菌群进行统计,使用抗生素组与未使用抗生素组结膜核心菌群构成相似,主要为贪铜菌属、鞘氨醇单胞菌属、栖热菌属、不动杆菌属、乳杆菌属,但在组成比例上有较大差异;鼻腔核心菌群主要为贪铜菌属、鞘脂单胞菌属、栖热菌属、链球菌属、不动杆菌属、苍白杆菌属、单胞菌属、乳酸杆菌属、纤毛菌属、芽孢杆菌属、拟杆菌属等。其中乳酸杆菌属主要存在于术前,链球菌属主要存在于术后第4周鼻腔中,寡养单胞菌仅存在于术后鼻腔中。5、Lef SE分析结膜囊菌群组间差异(LDA Score>2)发现与对照组相比使用抗生素组优势菌群在术前主要为拟杆菌门、芽孢杆菌纲和乳杆菌目;术后第1周主要为放线菌门、酸杆菌门、蓝藻门、绿弯菌门;术后第2周主要为厚壁菌门;术后第4周起主要为Wps-2、装甲菌门。未使用抗生素组与对照组之间未发现有明显差异的菌群。使用抗生素组与未使用抗生素组比较:在术前增加的菌群有乳杆菌目、链球菌属、毛螺菌科、黄杆菌科、螺旋体属、密螺旋体属;减少的菌群主要为红环菌科、盐单胞菌科、无色杆菌属、肠球菌科;术后1周增加的有梭菌目、瘤胃球菌科、红蝽菌科;减少的菌群有变形菌纲、丛毛单胞菌科、纤毛菌属、芽孢杆菌属、ML635J-21、纤维粘网菌、弯杆菌属、海洋螺菌目、肠球菌属;术后2周增加的有厚壁菌门、RF39、柔膜菌纲、梭菌科、软壁菌门、粪球菌属、丹毒丝菌目;减少的菌群有肠杆菌科、柄杆菌目、固氮螺菌属;术后4周增加的菌群有瘤胃球菌属、Roseateles、拟诺卡氏菌属、劳尔氏菌属、Turicibacter;减少的菌群有诺卡氏菌属、芽单胞菌属、异常球菌属;鼻腔在术后相对丰度增加的细菌主要有:盐单胞菌科、海洋螺菌目、葡萄球菌科、食酸菌属、枝动杆菌属;术后相对丰度减少的菌群主要有:乳杆菌目、油杆菌属。结论:1、正常人结膜囊菌群:年龄大于50岁结膜囊菌群丰富度和多样性在一定程度上小于年龄小于等于50岁组;两个年龄段的核心菌群构成大部分相似,在属水平主要为:贪铜菌属、鞘氨醇单胞菌、栖热菌属、不动杆菌属、苍白杆菌属,但在构成比例上存在差异。双歧杆菌属、土壤杆菌属、劳尔氏菌属和枝动杆菌属仅存在小于等于50岁结膜囊中。且小于等于50岁组致病菌种类及数量高于年龄大于50岁组。2、慢性泪囊炎患者未使用抗生素组结膜囊菌群在术后构成比例逐渐减少,到术后第4周部分菌群达到和正常对照组相同的比例,但多数菌群数量未出现明显改变,提示结膜囊菌群正常化过程仍在继续。3、慢性泪囊炎患者使用抗生素组结膜囊菌群在术前至术后第4周数量无明显变化,且都明显高于对照组,提示使用抗生素并未杀死或抑制结膜囊菌群增殖,并未缩短病程,反而使用抗生素会延长菌群正常化的时间。4、慢性泪囊炎患者使用抗生素和不使用抗生素在术前及En-DCR术后结膜囊核心菌群构成相似,在属水平主要为:贪铜菌属、鞘氨醇单胞菌属、栖热菌属、不动杆菌属、乳杆菌属,但在组成比例上有较大差异。长时间使用抗生素会增加原有致病菌及耐药菌的数量,且使用抗生素并不能加快疾病治愈。5、慢性泪囊炎患者En-DCR术后第4周鼻腔菌群组成已与术前基本相同。
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