Cell｜超大规模家庭健康对照配对研究揭示肠道菌群与多发性硬化症的关系

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关键词： Cell家庭揭示

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-09-21

撰文｜617

多发性硬化症 （ MS ）是最常见的一种中枢神经脱髓鞘疾病。已知该疾病与遗传因素和环境因素有关，但尚不清楚MS具体的发病机制。目前，临床上通常将MS分为以下4种类型：（1）复发缓解型MS （ RRMS ）；（2）继发进展型MS （ SPMS ）；（3）原发进展型MS （ PPMS ）；（4）进展复发型MS （ PRMS ）。

近期的研究表明，MS患者的肠道菌群与健康人不同。然而，当前大部分的研究都聚焦于RRMS，仅有较少的研究聚焦于进展型MS （ PMS ）。而且不同研究的结果也不完全一致。此外，饮食、药物使用等因素均会对肠道菌群造成影响。因此，当前亟须开展大规模研究，以明确MS患者肠道菌群的变化，并确认药物、饮食等因素对MS患者菌群的影响。

为回答上述一系列的问题，美国、阿根廷、英国和西班牙等国家的科学家发起了一项名为the International Multiple Sclerosis Microbiome Study （iMSMS）的项目。

2022年9月15日，iMSMS团队在Cell杂志上发表了题为 Gut microbiome of multiple sclerosis patients and paired household healthy controls reveal associations with disease risk and course 的文章。该研究通过对576对MS患者-健康对照（家庭中与MS患者遗传背景不具有相关性的成员）的微生物组、代谢组、饮食、临床数据的分析，揭示了疾病风险、疾病病程、相关疗法对MS患者肠道菌群的影响。

作者在2015年9月至2019年1月期间于7个地点（旧金山、波士顿、纽约、匹兹堡、布宜诺斯艾利斯、爱丁堡和圣塞巴斯蒂安）招募了576对MS患者-健康对照。

576名MS患者中有209名（36%）患者未接受疾病修饰治疗（DMT），367名（63%）患者接受了DMT。使用的DMT 包括口服芬戈莫德（n=71）和富马酸二甲酯（DMF，n=86）；注射醋酸格拉替雷（GA，n=68）和干扰素（IFN，n=87）；输液抗CD20单克隆抗体（n = 28）和纳他珠单抗（n = 27）。

按照临床分型，576名MS患者中有437名（76%）患者为RRMS，68名（12%）名患者为SPMS，另外还有71名（12%）患者为PPMS。其中SPMS和PPMS合并为PMS组。

首先作者基于16S rRNA数据对MS患者的肠道菌群进行了分析。研究表明，MS和健康对照以及不同的MS亚组（RPMS和PMS以及接受DMT和未接受DMT）之间在α多样性上均无显著差异。而MS和健康对照以及RPMS和PMS在β多样性上存在显著差异，是否接受DMT则对MS患者的β多样性无显著影响。

Adonis分析表明，招募地点对不同患者肠道菌群变异度的解释性最大，可能与不同地点的饮食不同有关。其次为疾病状态和治疗情况。此外，年龄、性别、BMI、吸烟和教育等也对肠道菌群的组成具有显著影响。

进一步作者又分析了宏基因组测序数据。结果表明，与健康对照相比，Faecalibacterium saccharivorans、F. prausnitzii等 7个菌种在未接受DMT的MS患者中显著减少，而嗜黏蛋白阿克曼菌（Akk菌）、Ruthenibacterium lactatiformans、Hungatella hathewayi和Eisenbergiella tayi等16个菌种则显著增加。

有意思的是，进一步比较未接受DMT治疗的PMS患者和RRMS患者发现，F. saccharivorans、F. prausnitzii在PMS患者中显著富集，而R. lactatiformans、H. hathewayi和E. tayi则显著减少。这一结果提示上述菌种与疾病的进展有关。

接着，作者对MS严重程度评分（MSSS）和肠道微生物进行了相关性分析，结果表明多个菌种与MSSS显著相关。比如，短链脂肪酸（SCFA）的生产者——丁酸弧菌、梭状芽胞杆菌和瘤胃球菌在PMS患者中与MSSS呈负相关。普雷沃菌属中某些被报道与炎症相关的菌种则与MSSS呈正相关。

然后，作者对肠道菌群的功能进行了分析。尽管未接受DMT治疗的MS患者和健康对照的功能谱主要功能相同，且PCA无法将两者分开，但是作者发现植酸盐降解这一通路在MS患者中显著富集。而包括Akk菌在内的多种细菌都可以通过这一通路降解植酸盐。对Akk菌的分析表明，其携带的2个与这一通路有关的蛋白在MS患者中显著富集。同时，作者发现与丙酮酸产生相关的2-dehydro-3-deoxy-phosphogluconate aldolase通路则在健康对照组中富集。此外，L-脯氨酸生物合成II （由精氨酸合成）通路与MSSS呈正相关，而赖氨酸生物合成VI则呈相关。

利用SparCC方法，作者进行了微生物网络分析。结果表明，不同微生物间的大部分关系同时存在于MS和健康对照组，提示这些共生微生物可能在不同的生物环境下都发挥着稳定的作用。而具有组别特异性的菌种则具有不同的功能，如无毒梭状芽胞杆菌和肠沙门氏菌（可能与耐药性和致病性有关）仅存在于MS网络，Bacteroides vulgatus、多形拟杆菌等则仅存在于健康对照组的网络。上述结果说明微生物网络分析或可帮助我们了解与MS有关的微生物关联。

接着，作者探究了不同疗法对肠道菌群的影响。结果表明，DMT疗法对MS患者肠道菌群的组成和功能都会有影响，且不同DMT疗法的影响不同。

进一步，作者分析了RMMS患者的代谢组数据。结果表明，有31个代谢物在未接受DMT和接受DMT治疗的患者之间存在显著差异。此外还发现有8种SCFA在这两类患者之间存在显著差异。其中，干扰素和芬戈莫德的影响最大，而GA的影响则较小。有意思的是，MSSS分数在接受不同DMT治疗和未接受DMT治疗的RMMS患者之间不存在显著差异，这提示上述代谢物变化与药物有关，而与疾病过程无关。

具体地，干扰素组患者的血液中的丙酸显著上升，乙酸和丁酸也有类似的趋势。因此作者猜测干扰素可能会促进肠道对丙酸的吸收。为验证这一假设，作者分析了此前的公开数据，结果显示，在人支气管上皮细胞中（缺乏肠道上皮细胞数据），干扰素会促进SCFA转运体MCT1 （SLC16A1）的表达，这在一定程度上支持了作者的假设。

最后，作者还探究了MS相关细菌与饮食间的联系，发现某些细菌与饮食成分的摄入存在显著关联，如：Ruminococcus torques在MS患者中富集，且与钠的摄入呈负相关，而钠的摄入在健康人和MS患者间不存在显著差异；F. prausnitzii与水果的摄入呈正相关，然而尽管MS患者摄入了更多的水果，但这一菌株的丰度依然显著低于其在健康人中的丰度。因此，上述例子表明这些微生物与疾病状态更相关，而非饮食。同时也说明了家庭配对的试验设计能够显著降低饮食对肠道菌群的干扰，更有利于寻找与疾病相关的肠道菌群变化。