Am J Gastroenterol：产甲烷菌和产生硫化氢的细菌指导不同的肠道微生物概况和肠易激综合征亚型

背景

据估计，肠易激综合征 (IBS)影响全球十分之一的人，且在北美的患病率为11.8-14.0%。IBS受试者出现腹痛、腹胀，粪便形式和频率发生改变，并持续至少6个月。根据主要粪便类型，IBS分为三个主要亚型：便秘型 (IBS-C)、腹泻型 (IBS-D)和混合型便秘与腹泻 (IBSM)。我们将呼吸测试和粪便微生物组测序相结合，以确定IBS亚型的潜在微生物驱动因素。

简介

2022年9月6日，来自美国医学相关科学和技术 (MAST)方案的Maria J Villanueva-Millan博士及其团队在Am J Gastroenterol (IF: 10.171)杂志上发表名为Methanogens and Hydrogen Sulfide Producing Bacteria Guide Distinct Gut Microbe Profiles and Irritable Bowel Syndrome Subtypes的研究[1]。

研究亮点

1、IBS-C和IBS-D受试者中不同的肠道微型与呼吸气体模式相关。

2、在CH4+ IBS-C受试者中，呼吸CH4的增加与肠道微生物多样性的增加相关。

3、在IBS-D受试者中，呼吸H2增加与微生物多样性降低相关，而呼吸H2S增加与H2S产生菌 (包括梭杆菌和脱硫弧菌)优势增加相关。

4、IBS-C受试者中主要的H2产毒菌为瘤胃球菌科和克里斯滕森科，其中包括已知的产甲烷菌细菌合成菌。

5、预测微生物代谢通路分析表明，在IBS-C/CH4+受试者中与甲烷生成相关的通路富集，在IBS-D受试者中与H2S生成相关的通路富集。

主要结果

IBS-D和 IBS-C具有不同的粪便微生物特征

粪便样本 (来自42名IBS-C/CH4+和40名IBS-D受试者)也用于16S rRNA测序。在去噪和去除低质量读数后，总共保留了3780543个读数用于分类分析。微生物α多样性分析采用三种不同的指数：Chao 1、Simpson指数和Shannon指数。Chao1是一个基于丰度的估计量，Simpson指数对常见或优势物种给予更大的权重 (即对物种均匀度更敏感)，而Shannon指数假设样本中代表了所有物种 (包括稀有物种) (即对物种丰富度更敏感)。该α多样性分析显示，与IBS-D受试者相比，IBS-C/CH4+受试者的粪便微生物组成更加多样和丰富 (图3A-C)，从而在PCA图上产生了不同的微生物特征。有趣的是，较高的呼吸CH4 AUC与较高的粪便微生物α多样性相关 (图3D)，而较高的呼吸H2 AUC与较低的粪便α多样性相关 (图3D)。

图3. IBS-D和IBS-C/CH4+患者的粪便微生物α多样性指数

在种属水平上，与IBS-D受试者相比，IBS-C/CH4+受试者的粪便微生物群的特征是产甲烷菌科和产甲烷菌科产甲烷菌的RA较高。与IBS-D相比，IBS-C/CH4+受试者中甲烷菌属的RA较高，证实了qPCR结果。与IBS-D相比，IBS-C/CH4+受试者中RA较高的细菌家族包括厌氧菌科、黄杆菌科、克里斯滕森科、肠球菌科和瘤胃球菌科等。值得注意的是，在IBS-C/CH4+受试者中，甲烷杆菌科的RA与这些细菌科的RA呈正相关，表明这些微生物之间可能存在同向关系 (图4A)。最后，甲烷杆菌科的RA和最重要的相关细菌科 (图4A)也与呼吸CH4 AUC和更高的粪便微生物多样性相关 (图4B)。

图4. 与古菌科相对丰度相关的前25个菌科

肠道微生物特征和预测通路与IBS患者呼出的H2S和CH4相关

尽管IBS-C/CH4+和IBS-D受试者之间许多微生物分类群的RA不同，但编码H2S和CH4生成必需酶的微生物与IBS受试者的呼吸H2S和CH4水平相关。梭杆菌属和一种未知脱硫弧菌的RA与H2S的AUC呈正相关。甲烷菌属的RA与所有时间点的呼吸CH4水平以及CH4的AUC呈正相关，与通过PCR得到的粪便史密斯氏菌水平的结果一致。此外，在第105分钟和第120分钟时，产甲烷菌RA与H2水平呈负相关。

与硫代谢相关的生化特征是IBS-D受试者粪便微生物组的特征，这是由于与H2S产生相关的KEGG模块的富集，包括异化和同化硫酸盐还原通路。尽管这些通路与呼吸H2S水平之间没有直接关联，但同化硫酸盐还原通路与H2水平相关。

结论及展望

总而言之，我们的数据确定了IBS-C和IBS-D受试者中与呼吸气体模式相关的不同肠道微型。IBS-C受试者的特征是可检测到呼吸CH4，与产甲烷古细菌 (主要是史密斯氏菌)的较高定植和便秘表型相关。相比之下，IBS-D受试者的特征是H2呼吸频率较高，H2S呼吸频率较高，这与产H2S菌 (主要是梭杆菌和脱硫弧菌)的患病率增加和腹泻表型有关。此外，主要的H2生产者在这些不同的微型中有所不同，在IBS-C/CH4+中瘤胃球菌科和克里斯滕森菌科的RA较高，在IBS-D中肠杆菌科RA较高。识别这些不同的微型可能有助于更好地理解肠道微生物群与IBS异质性表型之间的关系，并使我们能够更精确地开发基于微生物组的靶向疗法。

原文链接

https://journals.lww.com/ajg/Abstract/9900/Methanogens_and_Hydrogen_Sulfide_Producing.500.aspx

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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