【原】科研 | Gut：新冠肺炎患者腸道菌群組成反映疾病程度和免疫功能紊亂

微生態(tài) 2021-04-13

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編譯：萌依依,，編輯：小菌菌、江舜堯,。

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導讀

從100例SARS-CoV-2患者中收集27例SARS-CoV-2清除后30d的連續(xù)糞便標本,，用鳥槍法測定糞便總DNA,、分析腸道菌群組成。無論患者是否接受過藥物治療,，新冠肺炎患者的腸道菌群組成與非新冠肺炎患者相比均有顯著改變(p<0.01),。已知具有免疫調節(jié)潛力的幾種腸道共生菌，如普魯斯尼茨桿菌,、直腸真細菌和雙歧桿菌在患者中豐度較低,，在疾病緩解后30天后收集的樣本中仍保持較低水平。此外,，這種擾動的成分表現(xiàn)出與疾病嚴重程度相一致的分層,，與炎癥細胞因子和血液標志物濃度的升高相一致,。新冠肺炎患者腸道菌群組成、細胞因子水平和炎癥標志物之間的相關性提示,，腸道菌群可能通過調節(jié)宿主免疫反應參與新冠肺炎的嚴重程度,。此外，疾病解決后的腸道微生物群失調可能會導致持續(xù)的癥狀,，這突顯了了解腸道微生物如何參與炎癥和新冠肺炎的必要性,。

論文ID

原名：Gut microbiota composition reflects disease severity and dysfunctional immune responses in patients with COVID-19

譯名：新冠肺炎患者腸道菌群組成反映疾病程度和免疫功能紊亂

期刊：Gut

IF：19.819

發(fā)表時間：2021.01

通訊作者：香港中文大學

作者單位：挪威奧斯陸大學國家醫(yī)院PSC研究中心

實驗設計

1100例新冠肺炎患者和78例非新冠肺炎患者糞便菌群組成分析。

2 受試者血漿中炎性細胞因子,、趨化因子和組織損傷標志物水平分析,。

3 采集27例康復患者的SARSCoV2檢測陰性后30d的糞便標本，評估新冠肺炎康復后腸道菌群組成,。

結果

1 新冠肺炎患者隊列

我們于2020年2月至5月收集了100例經(jīng)SARS-CoV-2RT-qPCR陽性確診的新冠肺炎患者的血和糞便標本,。表1報告了這些患者的人口學和臨床特征，以及78例非新冠肺炎對照隊列,，其中女性47例,，男性53例，平均年齡(36.4±18.7)歲,。相比之下,，非新冠肺炎隊列包括45名女性和33名男性，平均年齡為(45.5±13.3)歲,。

2 新冠肺炎患者腸道微生物群組成改變

首先,，我們比較了住院期間收集的每個新冠肺炎患者的第一份糞便樣本(n=87；40名女性對47名男性)和非新冠肺炎受試者(45名女性對33名男性),，以評估新冠肺炎隊列中的腸道微生物群組成是否發(fā)生了改變,。

在門水平上，新冠肺炎患者與非新冠肺炎患者相比,，類桿菌的數(shù)量相對較多(平均23.9%比12.8%,，p<0.001)，而放線菌在非新冠肺炎患者中相對較多(26.1%比19.0%,，p<0.05)(圖1A),，與非新冠肺炎患者相比，非新冠肺炎患者的類桿菌數(shù)量相對較多(平均值為23.9%比12.8%,，p<0.05,，p<0.05)，而放線桿菌的數(shù)量則相對較多(19.1%比19.0%,，p<0.05),。在物種水平上，我們確定了疾病(新冠肺炎與非新冠肺炎相比)與抗生素(圖1B)的顯著相關性(p<0.05)，但與糞便SARS-CoV-2載量,、抗病毒藥物,、皮質類固醇類藥物和質子泵抑制劑的使用無關(在線補充表S1)。在沒有控制抗生素使用的情況下,，新冠肺炎腸道微生物群的組成差異表現(xiàn)在是由瘤胃球菌,、扭矩瘤胃球菌和擬桿菌等菌種的豐富和青春期雙歧桿菌、普魯斯尼茨桿菌和真細菌的減少(表2,，在線補充表S2),。

圖1 新冠肺炎患者和非新冠肺炎患者腸道菌群組成的差異。(A)在新冠肺炎住院患者,、鼻咽拭子病毒RT-qPCR陰性后出院患者以及非新冠肺炎患者的糞便中檢測到的微生物類群的平均相對豐度,。(B)新冠肺炎患者與非新冠肺炎患者腸道菌群組成的主成分分析。

3 炎性細胞因子,、趨化因子和組織損傷標志物的血漿濃度與腸道微生物群組成相關

基于新冠肺炎患者腸道微生物群改變的觀察(圖1)以及幾個物種與疾病嚴重程度的相關性(在線補充表S4),，我們假設這些成分變化通過促進免疫反應失調而加劇了病情。對87名新冠肺炎患者進行的腸道微生物群主成分分析顯示,，沿著輕度,、中度,、重度和危重疾病嚴重程度組呈現(xiàn)出一個連續(xù)體(圖2),，表明腸道微生物群組成與疾病嚴重程度分層的相關。然后,，我們將血漿細胞因子濃度(入院時測量,；大便樣本前2天的中位數(shù))和炎癥標志物濃度擬合到PCA上，觀察到CXCL-10,、IL-10,、TNF-α、天冬氨酸轉氨酶,、γ-谷氨酰轉移酶,、C反應蛋白、乳酸脫氫酶,、NT-proBNP和血沉與微生物群組成顯著相關(圖2)(p<0.0 5,，p<0.05)。值得注意的是,，隨著代表更嚴重疾病狀態(tài)的微生物群組成增加,，這些測量水平也隨之增加。由于CXCL-10,、IL-10,、TNF-α、AST,、GGT,、CRP,、LDH和NT-proBNP在COVID-19較嚴重時明顯升高，這些結果提示腸道微生物群組成與對新冠肺炎的免疫應答及隨后的組織損傷的程度有關,，因此可能在調節(jié)疾病嚴重程度中發(fā)揮作用,。

圖2 新冠肺炎住院患者腸道菌群組成與血漿炎癥細胞因子和血液炎癥標志物濃度之間的關系。(A)腸道微生物群組成的主成分分析及其與血漿細胞因子/趨化因子濃度的關系,。(B)腸道微生物群組成的主成分分析及其與血液炎癥標志物的關系,。使用Procrstes檢驗來確定統(tǒng)計相關性。

在表2中相對豐富的物種列表中,，新冠肺炎隊列中消失的物種中有6種與CXCL-10呈負相關,，5種與IL-10呈負相關，各有2種與TNF-α和CCL2呈負相關(圖3A-D)(p<0.05,，Spearman相關),。相反，新冠肺炎隊列中富集的B. dorei 和Akkermansia muciniphila與IL-1β,、IL-6和CXCL8呈正相關(圖3E-G),。

圖3 新冠肺炎富集/枯竭腸道微生物分類群與血漿中(A)CXCL10、(B)IL-10,、(C)TNF-α,、(D)CCL2、(E)CXCL8,、(F)IL-1β和(G)IL-6濃度的相關性,。

4 SARSCoV-2清除后腸道微生物群失調持續(xù)存在

由于一些新冠肺炎患者報告康復后持續(xù)出現(xiàn)癥狀和/或隨后發(fā)展為多系統(tǒng)炎癥，我們假設新冠肺炎患者的腸道微生物群在康復后持續(xù)存在,，并可能導致這些情況,。為評估新冠肺炎康復后腸道菌群組成，從27例患者(女性13例,，男性14例,，平均年齡(45.6±17.6)歲)自SARS-CoV-2檢測陰性后30d(中位數(shù)6d，IQR14d)采集42份糞便標本,。

與非新冠肺炎受試者相比,，27名康復患者的腸道菌群組成仍然顯著不同，無論他們是否接受了抗生素治療(P<005,，PERMANOVA),，康復者腸道微生物群均豐富，包括齒狀雙歧桿菌和反芻乳桿菌,，而直腸桿菌,、布魯氏菌、普氏桿菌和長雙歧桿菌減少(p<0.05，左)(表3,；在線補充表S6),。盡管接受抗生素治療的患者與未接受抗生素治療的患者腸道菌群組成的差異更大(圖4)。為了確定抗生素是否與改善新冠肺炎患者的疾病結局有關,，我們檢查了它在中度疾病隊列中的使用情況,，在這些隊列中，接受過和沒有接受抗生素治療的患者數(shù)量相當(表1),。我們發(fā)現(xiàn)使用和不使用抗生素的患者從出現(xiàn)新冠肺炎癥狀到出院的30數(shù)沒有顯著差異(p>0.0 5,，Mann-Whitney檢驗)。這些發(fā)現(xiàn)表明,，假設沒有細菌混合感染,，抗生素不太可能與改善患者的預后相關，但相反,，抗生素可能會加劇和延長新冠肺炎患者的腸道微生物群失調,。

圖4 新冠肺炎康復期患者接受或未接受抗生素治療的腸道菌群組成的主成分分析，與非新冠肺炎受試者比較,。

討論

SARS-CoV-2感染的病理生理學特征是侵襲性炎癥反應,，這些反應與某些患者出現(xiàn)的多器官功能障礙的原因密切相關。因此,，疾病的嚴重程度可能不僅取決于病毒感染,，而且還取決于宿主的免疫反應。這里,，我們展示了住院期間新冠肺炎患者的腸道微生物群組成與血漿中幾種細胞因子,、趨化因子和炎癥標志物的濃度相關,，提示腸道微生物群可能在調節(jié)宿主免疫反應中發(fā)揮作用,，并可能影響疾病的嚴重程度和預后。

具體地說,，新冠肺炎隊列中幾個細菌物種的枯竭與TNF-α,、CXCL10、CCL2和IL-10濃度的增加有關,，這與對COVID-19患者的免疫學研究一致,，表明這些枯竭的分類群可能在防止過度侵襲性炎癥方面發(fā)揮作用?？萁叩哪c道共生體,，如青春型芽孢桿菌、普魯斯尼茨芽孢桿菌,、E.rectales,、R.(Blautia)obum和D.formicigenerans等已被報道與其他炎癥疾病中宿主炎癥減輕相關。新冠肺炎中瘤胃球菌、扭矩瘤胃球菌,、杜氏擬桿菌和普通擬桿菌的富集也與微生物介導的免疫失調的推測一致,。

據(jù)報道，多雷伯氏菌和布氏桿菌報道與炎癥性腸病相關,，B. dorei和B. vulgatus與如腸易激疾病和潰瘍性結腸炎有關,。然而，目前尚不清楚富集在新冠肺炎中的炎性相關腸道微生物是否真的在疾病中起積極作用,，或者只是由于其他腸道微生物的枯竭而增殖起來,。

腸道微生物在新冠肺炎中發(fā)揮的潛在作用可能使人們能夠基于微生物群的風險概況來判斷患有嚴重疾病或下游炎癥癥狀的風險個體?；诒狙芯恐姓{查的幾名患者,，在SARS-CoV-2病毒清除后長達30天的時間里，腸道微生物群很可能在從新冠肺炎康復后保持顯著變化,。鑒于有報道稱部分新冠肺炎康復者出現(xiàn)持續(xù)性癥狀,，如疲勞、呼吸困難和關節(jié)痛,，有些患者在首次出現(xiàn)癥狀后超過80天,，我們假設腸道菌群失調可能導致新冠肺炎愈后與免疫相關的健康問題。

我們的短期隨訪期不允許將腸道微生物群組成推斷為長期的持續(xù)性癥狀,。因此,，需要對新冠肺炎患者進行更長時間的隨訪(例如，清除病毒后3個月至1年),，以解決與腸道微生物群恢復的持續(xù)時間問題,，微生物群失調與長期持續(xù)癥狀之間的聯(lián)系，以及特定腸道微生物的失調或富集/耗盡是否會使康復個體易患疾病的健康問題,。

我們的研究有幾個不足之處,，包括異質的患者臨床管理，這可能會混淆與新冠肺炎相關的微生物特征,。要進行適當?shù)膶φ昭芯?，需要在每個疾病嚴重程度組中有足夠代表性且不同治療組差異最小的同質病例對照隊列，盡管這種理想設置在現(xiàn)實世界幾乎不可能,。因此,，目前還不清楚作為新冠肺炎治療結果的腸道微生物群受到臨床治療多大程度上的影響。此外,，觀察到的腸道微生物群可能只是對患者健康和免疫狀態(tài)的反應,，而不是對疾病嚴重程度的直接參與，因此它并不能直接適用于預測非新冠肺炎受試者的疾病易感性,。在解釋與抗生素使用相關的患者結果時也需要謹慎,。據(jù)估計,，盡管出現(xiàn)細菌感染的患者不到7%，但仍有一半至四分之三的新冠肺炎患者經(jīng)驗性地接受了抗生素治療,。我們發(fā)現(xiàn),，使用和不使用抗生素的結果沒有差異，這支持在管理新冠肺炎患者時限制不必要的抗生素使用,，但我們的比較僅限于中度疾病的患者,，因為這一子隊列中的患者數(shù)量更具可比性。

雖然我們的研究結果表明抗生素不會改善患者的預后,，但在危重患者中使用抗生素的比例更高,，仍有可能加劇炎癥。最后,，人類人群的腸道微生物群組成具有高度的異質性,，本文報告的組成變化不一定會反映在其他生物地理分布的新冠肺炎患者中。然而,，這項與免疫失調相關的腸道微生物群調查顯示,，腸道微生物可能參與了新冠肺炎宿主炎癥反應的調節(jié)。

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