幽门螺杆菌感染对慢性胃炎患者胃内菌群影响的初步研究

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目的:本文旨在研究幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)感染后,具有上消化道症状的慢性胃炎患者的胃黏膜菌群结构、多样性等是否会发生改变,并分析H.pylori感染后胃黏膜菌群变化与其慢性感染不能自我清除、胃粘膜慢性炎症活动的致炎机制等是否存在潜在关联。对H.pylori感染人体的致病机制研究及防治具有重要意义。方法:本研究共纳入从2020年6月至2020年11月期间具有上消化道症状的慢性胃炎患者26人,其中包括H.pylori阳性的慢性胃炎患者(12人)及H.pylori阴性(14人)的慢性胃炎患者。通过问卷调查及口头说明研究内容等方式,对符合入组标准并签署同意书的患者采用同位素标记的尿素13C呼气试验(Urea Breath Test,UBT)、快速尿素酶试验(Rapid Urease Test,RUT)、胃粘膜组织病理学染色检测,若患者UBT阳性和(或)RUT阳性及胃粘膜组织病理学染色可见H.pylori(即三条标准中符合包含胃粘膜组织病理学染色阳性在内的两条标准),则判定患者存在H.pylori感染(H.pylori阳性),根据H.pylori检测结果将26例患者分为H.pylori阳性的慢性胃炎组(Group_HP_Pos组)及H.pylori阴性的慢性胃炎组(Group_HP_Neg组),并收集其胃黏膜样本,使用基于Illumina高通量测序技术的细菌16Sr RNA基因(16Sr RNA gene,16Sr RNA)测序方法,对H.pylori感染和不同炎症性程度的慢性胃炎患者胃内菌群结构、物种多样性等展开分析。结果:本研究采集H.pylori阳性的慢性胃炎患者及H.pylori阴性的慢性胃炎患者共26份样本。经16Sr RNA高通量测序后Group_HP_Pos组的有效序列平均为63830条,Group_HP_Neg组的有效序列平均为68151条,最终得到的运算分类单位(Operational Taxonomic Unit,OTUs)为11731条。经OTU分析,Group_HP_Neg组OTU量高于Group_HP_Pos组,两组的共有的OTU数量为5706个,分别占Group_HP_Neg组和Group_HP_Pos组总OTU数量的63.22%和67.83%,在很大程度上说明两组菌群结构具有相同之处,而高数量的OTU数也提示两者胃内菌群具有较高的丰富度。两组样本α多样性指数评估证实了本研究样本测序量及深度已覆盖胃内绝大多数细菌,且均有良好的物种丰富度和均匀度,但经α多样性指数分析后发现Group_HP_Pos组和Group_HP_Neg组两者间胃黏膜菌群α多样性未见明显差异。通过进一步分析胃粘膜菌群结构的Beta多样性,我们发现Group_HP_Pos组与Group_HP_Neg组的微生物群落结构相似,两者胃黏膜菌群β多样性无统计学差异。我们将所得的OTU注释到各分类水平,胃内微生物被划分为32个菌门,84个菌纲,207个菌目,399个菌科,973个菌属,454个菌种。Group_HP_Pos组与Group_HP_Neg组的优势菌门均为拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、放线菌门、Epsilonbacteraeota。两组排名前五的菌属均为:毛螺旋菌属NK4A136组(Lachnospiraceae_NK4A136_group)、螺杆菌属(Helicobacter)、拟杆菌属(Bacteroides)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、假单胞菌属(Pseudomonas)。其中螺杆菌属在Group_HP_Pos组丰度明显高于Group_HP_Neg组,而明显减少的菌属为假单胞菌属。然后利用Wilcoxon差异统计分析得出Group_HP_Pos组与Group_HP_Neg组在门、纲、目、科、属、种分类水平上均存在显著差异的菌落。其中差异菌门分别是:Epsilonbacteraeota、梭杆菌门;差异物种丰度排名前十的菌属为:Helicobacter、Christensenellaceae_R-7_group、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、Cetobacterium、普雷沃菌属(Prevotella)、短芽孢杆菌(Brevibacillus)、原小单孢菌属(Promicromonospora)、假黄单胞菌属(Pseudoxanthomonas)、小杆菌属(Dialister)、小单孢菌属(Micromonospora)。我们利用属水平相关性热图对不同菌属之间相关性分析后发现菌属之间存在一定的正负相关性,其中下列菌属之间成正相关:Helicobacter与Rikenellaceae_RC9_gut group、拟杆菌属;Lachnospiraceae_NK4A136_group与罗氏菌属、Odoribacter、Prevotella_1、鞘氨醇单胞菌属、Alistipes、Ruminococcus 1;假单胞菌属与肠杆菌属、Klebsiella;Bacteroides与Rikenellaceae_RC9_gut group;Klebsiella与Enterobacter、Parasutterella、柠檬酸杆菌属;而下列菌属之间成负相关:Helicobacter与Ruminococcaceae_UCG-014;Pseudomonas与粪杆菌属;Klebsiella与Alistipes、瘤胃梭菌属9、拟普雷沃菌属。最后我们利用PICRUSt软件对基于16S的KEGG功能预测,在KEGG_L1水平上两组未见明显差异;在KEGG_L2水平上的代谢通路中,Group_HP_Pos组和Group_HP_Neg组在循环系统上有显著差异,且Group_HP_Pos组的癌症、神经退行性疾病、免疫系统、信号分子相互作用、复制和修复、循环系统、细胞运动、心血管疾病、细胞生长与凋亡、翻译、内分泌系统、环境适应代谢通路呈升高趋势。在KEGG_L3水平上Group_HP_Pos组和Group_HP_Neg组在内分泌及其他因素调节的钙再吸收、唾液分泌、胃酸分泌、醛固酮调节钠重吸收、阿米巴病、帕金森病、心肌收缩7个方面功能具有显著差异。而在组间比较KO值过程中我们发现Group_HP_Pos组样本在下列代谢功能方面较Group_HP_Neg组样本具有更高表达:描述不良特征、用于一般功能预测;氨基酸代谢、外源生物降解与代谢、多环芳烃降解;环境信息处理,膜运输,运输工具。结论:慢性胃炎患者感染H.pylori后会发生胃内菌群紊乱,一些致病的口腔菌群及肠道菌群增加,还存在一些与H.pylori呈正负相关关系的菌群,这为下一步使用益生菌辅助治疗H.pylori感染的方法提供了新的研究方向。
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