河南省新乡县农村居民冠心病流行现状及肠道菌群特征

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背景我国农村地区冠心病(coronary heart disease,CHD)负担正在不断加剧,死亡率超过了城市地区,已成为我国重大的公共卫生问题。近年来,大量研究报道了肠道菌群与CHD的密切关联,肠道菌群干预被认为是CHD预防与治疗的新契机。然而,肠道微生物群作为一个动态演变的复杂生态系统,具有强烈的地域异质性,揭示农村地区冠心病患者肠道菌群特征具有重要意义。目的了解河南省新乡县农村居民CHD流行现状并揭示其肠道菌群特征。方法依托于河南省农村常见慢性非传染性疾病前瞻性队列研究,采用多阶段分层整群随机抽样的方法,于2017年4~6月对新乡县10691例18~79岁农村常住居民(居住时间≥6个月)进行了问卷调查、体格检查和实验室指标检测。依据患病史,分别选取新乡县队列人群中单纯CHD患者以及基线资料相近的健康对照(healthy control,HC)各19例,收集粪便样本,提取基因组DNA,进行宏基因组测序。结果1.新乡县农村居民CHD患病率及其分布特点:共纳入分析对象10376例,CHD患者886例,总患病率为8.54%,其中男性患病率8.35%,女性患病率8.67%,不同性别间患病率差异无统计学意义(P>0.05)。分层分析表明,农民CHD患病率随年龄、共患病数量增加而升高,随人均月收入水平的增加而降低(P trend<0.05)。2.CHD与HC组肠道菌群多样性与分类学组成:两组间肠道菌群多样性差异无统计学意义(P>0.05)。两组间Top 5菌门均为厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门和疣微菌门。CHD组Top 5菌属分别为拟杆菌属、毛螺菌科未分类属、埃希氏菌属、粪杆菌属和布劳特氏菌属;HC组Top 5菌属分别为拟杆菌属、普氏菌属、粪杆菌属、毛螺菌科未分类属和双歧杆菌属。CHD组Top 5菌种分别为直肠真杆菌、大肠杆菌、普拉梭菌、布劳特氏菌SC05B48和脆弱拟杆菌;HC组Top 5菌种分别为普拉梭菌、普通拟杆菌、卵形拟杆菌、脆弱拟杆菌和拟杆菌A1C1。两组间拟杆菌门、毛螺菌科未分类属、直肠真杆菌相对丰度差异有统计学意义(P<0.05)。3.CHD与HC组肠道菌群功能特征:两组间KEGG同源基因(KEGG orthology,KO)和碳水化合物活性酶(carbohydrate-active enzymes,CAZymes)功能差异均无统计学意义(Adonis检验P>0.05)。在8大类KO功能中,丰度最高的Level 2功能分别为遗传信息处理、原核细胞群落、膜转运、翻译、抗菌药物抵抗、碳水化合物代谢、免疫系统和未分类代谢;而糖苷水解酶类(glycoside hydrolases,GHs)和糖基转移酶类(glycosyl transferases,GTs)是最主要的碳水化合物活性酶功能,功能丰度超过90%。4.CHD与HC组肠道菌群差异、临床关联及诊断预测价值:LEfSe分析鉴定出39个差异类群,随机森林模型进一步筛选了Top20差异菌种、KO和CAZymes。Top20差异KO表明,HC组硫代谢、上皮细胞的细菌侵袭、分泌系统和双组分系统功能丰度高于CHD组;CHD组ABC转运体、丁酸代谢、酶类和转录因子功能丰度高于HC组;KO-菌群关联网络富集于上皮细胞的细菌侵袭(K13735)。Top20差异CAZymes显示,CHD组蛋白质糖基转移酶、阿拉伯糖β-1,2-阿拉伯呋喃糖基转移酶和壳多糖结合残基模块功能丰度高于HC组,其余均低于HC组;CAZymes-菌群关联网络富集于鼠李半乳糖醛酸内切酶(PL4)、β-葡萄糖醛酸酶(GH79)、阿拉伯糖β-1,2-阿拉伯呋喃糖基转移酶(GT89)。Top20差异菌种主要集中于厚壁菌门的梭菌簇,与收缩压、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、腰围和体质量指数呈显著正相关(FDR adjust P<0.05);Top20差异菌种对CHD诊断的特异度为0.789,灵敏度为0.789,约登指数为0.578,受试者特征曲线下面积为0.842。结论1.河南省新乡县农村居民CHD患病率偏高。2.河南省新乡县农村CHD患者肠道梭菌簇菌种相对丰度升高,丁酸代谢增强。
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