缺血性脑卒中患者肠道菌群紊乱与恢复及肠道菌群功能预测研究

发布时间：2020-03-21 00:11

【摘要】：研究背景缺血性脑卒中(ischemic stroke)是最常见的脑血管病类型,我国脑卒中亚型中,近70%为缺血性脑卒中。其高发病率、高复发率、高致残率、高致死率严重影响着人民的健康与生活。缺血性脑卒中相关危险因素众多,近年来研究表明肠道菌群可能是一类新的危险因子。目前相关研究表明肠道菌群可通过细菌代谢产物或免疫机制影响缺血性卒中的发生发展。先前的临床研究表明大动脉粥样硬化性缺血性脑卒中/短暂性脑缺血发作患者肠道菌群出现显著紊乱且肠道菌群紊乱程度和卒中严重程度相关。然而,目前关于急性缺血性脑卒中患者的肠道菌群研究有限,结果是否具有可重复性尚不得而知;急性缺血性脑卒中后紊乱的肠道菌群能否恢复以及何时恢复也不明。此外,缺血性脑卒中患者肠道菌群改变是否导致肠道菌群相关功能改变也无相关研究。研究目的及意义本研究拟通过16SrRNA基因测序的方法研究缺血性脑卒中患者的肠道菌群特征及恢复情况。进一步通过PICRUSt(Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States)菌群功能预测的方法评估缺血性脑卒中患者肠道菌群的功能。其意义在于探明缺血性脑卒中患者肠道菌群紊乱的变化特征及评估其肠道菌群改变导致的潜在功能改变。研究方法纳入非心源性急性缺血性脑卒中患者28例,随后多次采集患者的粪便样本并根据发病时间到标本采集时间的间隔长短分为四个组,分别表示为T1(1-4天),T2(5-7天),T3(8-20天),T4(29-119天)。同时纳入28例健康体检者作为对照,采集他们的一次粪便样本和临床检验指标作。通过提取粪便样本中总细菌DNA进行PCR扩增后进行Illumina测序。获取相关基因测序信息后在QIIME平台上完成微生物信息学相关分析和PICRUSt菌群功能预测分析。研究结果研究结果显示,和健康对照组(HC)相比,急性缺血性脑卒中患者(AIS)肠道菌群谱系演化差异增加(P=0.002),肠道菌群整体结构显著改变(P0.001);主要表现为机会致病菌如肠杆菌科、慢生根瘤菌科和梭菌科等显著增加,肠道常驻菌或有益菌如拟杆菌属、普氏菌属及梭杆菌属等显著降低。不管是在菌群多样性还是整体结构方面,T1、T2、T3三组之间的肠道菌群都无显著差异,表明脑梗死后紊乱的肠道菌群特征在3周之内无显著改变。T4组患者肠道菌群多样性显著降低,T4组肠道菌群在构成上与健康对照组相似但仍有显著统计学差异(P0.001)。表明脑梗死患者在4周后开始恢复,但未能完全恢复。PICRUSt菌群功能预测结果显示,在L2水平,41个KEGG预测通路中AIS患者有35个功能基因通路丰度增加,2个功能基因通路丰度下降(FDR校正,q0.05),涉及心血管系统疾病、神经系统、代谢性疾病、消化系统等。氧化三甲胺(TMAO)是重要的心血管疾病危险因子,但在脑血管疾病中的地位尚未得到证实。我们的结果显示在6909个同源直系基因(KO)中,和TMAO代谢相关KOs有35个,其中21个在AIS和HC之间有显著统计学差异,涉及TMAO合成、运输和还原等,但最终结果是导致TMAO增加还是减少不明(未测)。急性缺血性脑卒中后发生改变的KEGG通路和与TMAO相关的基因都在4周后得到一定程度的恢复。研究结论急性缺血性脑卒中患者肠道菌群显著紊乱,这一紊乱特征将持续超过3周的时间,4周后患者紊乱的肠道菌群开始逐渐恢复并伴随着菌群多样性的显著降低。急性缺血性脑卒中患者肠道菌群功能发生显著改变,涉及神经系统、心血管系统等多个系统和通路;与TMAO相关基因也发生显著改变。相关基因改变在4周后得到一定程度的恢复。肠道菌群和相关功能能否完全恢复至发病前状态以及TMAO对缺血性脑卒中的意义仍需进一步研究。
【图文】：

曲线,急性缺血性脑卒中,对照组,序列

但是这种标准化是否会影响菌群多样性的组间比较和统计学结论呢？为此，逡逑我们比较了标准化前和标化后两组间的ａ多样性差异。结果显示未标化前急性逡逑脑梗死患者Ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ｓｐｅｃｉｅｓ和ＰＤ邋ｗｈｏｌｅ邋ｔｒｅｅ显著高于对照组（图３－２Ｂ，Ｃ），而逡逑Ｃｈａｏｌ指数和Ｓｈａｎｎｏｎ指数都只有高于对照组的趋势而差异无统计学意义（图３－逡逑２Ａ，Ｄ）。而在我们将其标化后，我们发现相比于健康对照组，急性缺血性脑卒中逡逑组只有ＰＤｗｈｏｌｅｔｒｅｅ显著升高（图３－３Ｃ，邋Ｗｉｌｃｏｘｏｎ秩和检验，尸＝０．００２），其余逡逑３个指数有升高的趋势但差异无统计学意义（图３－３）。上述结果表明对菌群测序逡逑序列标化与否会对菌群多样性的绝对值产生影响，但对于组间的差异比较影响逡逑较小，标化后的结果真实可靠，增加了假阴性率，得出的结论偏于保守。急性缺逡逑血性脑卒中患者肠道菌群多样性高于健康对照，主要体现为细菌种类的增加和逡逑谱系演化差异的增大。逡逑基于Ｂｒａｙ邋Ｃｕｒｔｉｓ的（３多样性分析显示，急性缺血性脑卒中组和健康对照之逡逑间整体肠道菌群有显著统计学差异（Ａｄｏｎｉｓｔｅｓｔ，Ｐ＜０．００１，，图３－４Ａ），从降维展逡逑示的ＰＣｏＡ图中我们看到两组之间有显著区分

谱系,急性脑梗死,相对丰度,急性缺血性脑卒中

相对丰度显著升高。拟杆菌门、拟杆菌属、普氏菌属、梭菌属、萨特氏菌属、产逡逑碱菌科、伯克氏菌目、｜３变形菌纲、紫色杆菌属、毛螺旋菌属、黏胶球形菌门等逡逑的相对丰度显著降低（图３－４Ｂ，Ｃ）。逡逑综合上述结果，我们的研究表明急性缺血性脑卒中患者肠道菌群显著紊乱，逡逑菌群ａ多样性升高，主要表现为谱系演化差异显著增加；其肠道中多种分类群发逡逑生改变，主要表现为机会致病菌显著增加和常驻菌或益生菌显著降低。逡逑２２逡逑
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R743.3

【参考文献】