妊娠期糖尿病患者肠道菌群和代谢组学初步研究

发布时间：2020-08-25 07:33

【摘要】：研究背景妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)是指妊娠期首次发现或发生的糖代谢异常性疾病,通常于妊娠中期或晚期发生,是一种常见的妊娠合并症。GDM是一种妊娠期发生的代谢紊乱疾病,其病理生理机制尚未完全阐明,非常合适用代谢组学的方法进行研究。肠道菌群是组成人体菌群的重要部分,一旦菌群在体内平衡失调便会导致部分人群的功能发生紊乱,从而致使机体发生各种急慢性疾病。同样肠道菌群也可以作用于人体的脂肪代谢与吸收过程,导致胰岛素抵抗形成(insulinresistance,IR)与GDM的发生关系密切。然而关于GDM患者肠道菌群结构多样性的改变与机体代谢的关联还知之甚少。与II型糖尿病类似,GDM是一种具有多种危险因素的多基因遗传病,具有遗传异质性,而基因多态性可能引起GDM血清代谢物差异。一些研究指出,宿主的基因型控制着肠道微生态系统的平衡。因此对GDM易感基因、血清差异代谢物、肠道菌群特征进行分析,可以全面的了解它的发病机制,为GDM的早期预测、诊断和及时治疗具有重要的指导价值。第一部分妊娠期糖尿病患者肠道菌群多样性研究目的1.研究GDM患者的肠道菌群特点,并进行菌群多样性和丰度分析;2.探讨GDM与肠道微生物的菌群组成改变的关系。方法以2017年2月至2017年12月期间在郑州大学第三附属医院门诊就诊并进行葡萄糖耐量试验(OGTT)的妊娠中孕期(孕24-28周)孕妇为研究对象,经知情同意,将符合GDM诊断标准的连续13例患者为实验组(GH组),以年龄与之匹配且排除妊娠合并症的连续正常孕妇11例作为对照组(NH组),收集两组孕妇的粪便标本。对肠道菌群的16s rRNA基因的V4区通过测序平台Illumina MiSeq进行高通量测序,并使用生物信息学手段对测序结果进行分析。结果1.运用16S rRNA高通量测序技术对GDM患者和健康孕妇肠道菌群差异分析,结果表明GDM患者相较于健康孕妇肠道微生物物种丰度降低,菌群分布存在差异,GDM组患者肠道菌群结构个体差异大(P0.05)。2.两组属水平分析显示10个菌属水平存在显著差异,凝聚杆菌属(Aggregatibacter)、弯曲菌属(Campylobacter)、脱硫弧菌(Desulfovibrio)、Gemmiger菌属、纤毛菌属(Leptotrichia)、奈瑟氏球菌属(Neisseria)、Odoribacter菌属、草杆菌属(Oxalobacter)、单胞菌属(Porphyromonas)、WAL_1855D菌属的丰度均低于健康对照组(P0.05),其中脱硫弧菌(Desulfovibrio)、Gemmiger菌属、Odoribacter菌属的丰度在妊娠期糖尿病组孕妇中下降程度十分显著。3.LEfSe分析提示健康组中发挥重要作用的微生物群是甲烷杆菌、古细菌、脱硫弧菌,而在妊娠期糖尿病组中发挥重要作用的微生物群是嗜血杆菌及巴斯德菌。小结1.中孕期GDM患者肠道微生物物种丰度降低,且个体间菌群分布差异大,其中脱硫弧菌、Gemmiger菌和Odoribacter菌属的丰度显著降低。2.中孕期健康孕妇体内发挥重要作用的微生物群是甲烷杆菌、古细菌及脱硫弧菌,而GDM患者则是嗜血杆菌及巴斯德菌。第二部分妊娠期糖尿病患者代谢组学研究目的1.对GDM患者与健康孕妇的血清进行高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)技术分析,结合代谢组学方法初步筛选差异代谢物;2.通过对差异代谢物进行通路分析,研究其作用机制及其生物学的意义;3.探讨差异代谢物、肠道菌群、GDM易感基因之间的联系。方法1.以2016年1月至2016年6月期间在郑州大学第三附属医院门诊就诊并进行葡萄糖耐量试验(OGTT)的妊娠中孕期(孕24-28周)的孕妇为研究对象,经知情同意,采用HPLC-MS技术对30名GDM和30名健康孕妇的血清进行非靶向代谢组学研究,寻找两组间的差异离子;2.通过HMDB数据库鉴定差异代谢物的结构;3.通过KEGG数据库分析差异代谢物的代谢通路;4.通过KEGG通路分析筛选与GDM肠道菌群和代谢物变化密切相关的易感基因结果1.GDM患者血清代谢物与正常孕妇差异明显;2.以Fold change≤0.8333或≥1.2,P0.05为筛查标准,血清中鉴定出36个差异代谢物,这些差异代谢物主要为血栓烷素B2、11-脱氢血栓烷素B2、PGs(前列腺素)、LTs(LTB4等)、亚油酸、辅酶Q10、胆固醇、溶血磷脂酸、溶血性磷脂酰胆碱、二十二碳五烯酸等,它们均发生了不同程度的上调或者下调变化;3.36个差异代谢物参与的代谢途径主要集中在:甾类激素生物合成、脂肪酸代谢、花生四烯酸代谢、丁酸代谢、胆汁分泌、氨基酸代谢等;4.筛选出3个GDM易感基因:TCF7L2、TNF-α、PPARγ。小结1.血栓烷素B2等36个差异代谢物可能成为GDM的潜在生物标志物;2.GDM相关的差异代谢物主要参与脂肪酸代谢、甾类激素生物合成、花生四烯酸代谢、丁酸代谢、氨基酸代谢和胆汁分泌等代谢通路;3.GDM易感基因可能分别通过参与糖脂代谢和引起炎症反应影响GDM患者中的血清代谢物和肠道菌群特征改变,为进一步研究GDM发病机理、早期预测及个体化治疗提供一定的理论依据。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R714.256
【图文】：

序列,序列数,测序,妊娠期糖尿病

第一部分妊娠期糖尿病孕妇肠道菌群多样性研究序列依据 97%相似度水平共划分为 701 个 OTUs。绘制两组样的 Venn 图，从而直观地反映两组间的相似性以及重叠情况，，蓝色代表妊娠期糖尿病组，红色代表健康对照组，其中有 48本中都有分布，即两组样本具有较氋的相似性。另外，有 68糖尿病组独有，147 个 OTU 仅在健康对照组中分布，提示两差异性。图 1.3 为 Core-Pan OTU 分析，可以直观的显示每个数目与样品间共有的 OTU 数目。

样本,数目,序列数,存在差异

分布存在差异性。图 1.3 为 Core-Pan OTU 分析，可以直观的显示每个样品特有的 OTU 数目与样品间共有的 OTU 数目。图 1.1 Illumina Miseq 测序所得两组间序列数的比较

样本,数目,序列数,存在差异

【参考文献】