• Намерете този автор в Google Scholar
  • Намерете този автор в PubMed
  • Потърсете този автор на този сайт
  • За кореспонденция: yp.cai @ siat.ac.cnyliang @ uestc.edu.cn

РЕЗЮМЕ

Предназначение Това проучване има за цел да характеризира чревната микробиота при затлъстели юноши от Шънджън и да оцени влиянието на пола върху свързаните с ИТМ разлики в чревния микробиом.

биомаркери

Методи Физически прегледи, измерване на кръвното налягане, серологичен анализ и оценка на телесния състав бяха проведени на двеста и пет юноши от Шенжен. Съставът на фекалните микробиоми е профилиран чрез секвениране на 16S rRNA ген. Изграден е модел на класификатор на произволна гора (RF), за да се разграничат категориите на ИТМ въз основа на чревния бактериален състав.

Резултати Бяха идентифицирани 56 таксона, състоящи се предимно от Firmicutes, които имат значителни връзки с ИТМ; две OTU, принадлежащи на Ruminococcaceae и една, принадлежаща на Lachnospiraceae, са имали относително силни положителни корелации със степента на телесна съдба, талията и повечето серумни биохимични параметри. Въз основа на 56 ИТМ-свързани OTU, RF моделът показва стабилна точност на класификация (AUC 0,96) за прогнозиране на фенотипа на затлъстяването. Получени са специфични за пола разлики в чревния микробиомен състав и по-ниско относително изобилие на Odoribacter е особено установено при затлъстели момчета. Функционалният анализ разкрива дефицит в съдържанието на бактериални гени, свързан със сигналния път на PPAR при затлъстели лица и за двата пола; значително по-ниски нива на адипоцитокинов сигнален път и разграждане на етилбензола са особено открити при затлъстели момичета.

Заключения Това проучване разкри уникални характеристики на чревния микробиом по отношение на микробния състав и метаболитните функции при затлъстелите юноши от Шенжен. Ефектът от географското местоположение, възрастта и пола върху чревния микробиом трябва да бъде внимателно обмислен при проучвания за контрол на случая.

ВЪВЕДЕНИЕ

Затлъстяването по време на детството и юношеството е свързано със сърдечно-съдови заболявания и метаболитен синдром по-късно в живота и се превърна в значителна загриженост за общественото здраве в световен мащаб (Collaboration NCDRF. 2017). Микробиомът на човешките черва все повече се признава като важен фактор за развитието на затлъстяване (Ley et al. 2006; Shen et al. 2013) и е силно ангажиран в прибирането на калориите в приемника и енергийната хомеостаза (Rios-Covian et al . 2016 г.). Промените в чревната микробиота, причинени от излагане на антибиотици, са свързани с различни метаболитни заболявания, включително затлъстяване, диабет тип 1 и тип 2 (Cox and Blaser. 2015). Проучвания както върху животни, така и при хора предполагат, че различията в състава на микробиома на червата водят до различно напълняване след една и съща диета (Le Chatelier et al. 2013; Thaiss et al. 2016). В допълнение, някои чревни микроби могат да стимулират хронично нискостепенно възпаление като произвеждат липополизахариди, като по този начин допринасят за затлъстяването и инсулиновата резистентност (Boulange et al. 2016). Освен това модулацията на чревната микробиота чрез добавяне на фибри или трансплантация на фекална микробиота може да потисне възпалението и да подобри инсулиновата чувствителност, което предполага жизненоважната роля на чревната микробиота в етиологията на метаболитния синдром (Cani et al. 2008).

Извършени са изследвания за идентифициране на чревните микробиотични маркери на затлъстяването; Въпреки това, не е получен последователен модел от различни проучвания. Например и двамата Bäckhed et al. (Backhed et al. 2004) и Turnbaugh et al (Turnbaugh et al. 2006). установи, че намалено съотношение на Bacteroidetes към Firmicutes при хора със затлъстяване, но не успява да бъде подкрепено от други изследвания върху хора (Shi et al. 2006; Duncan et al. 2008). Всъщност съставът на чревния микробиом изглежда се формира от генетиката на гостоприемника, възрастта, пола, географското местоположение и други фактори на околната среда. Характеризирайки чревната микробиота на 7 009 индивида от 14 области в китайската провинция Гуангдонг, He et al. показа, че местоположението на гостоприемника е най-силният обяснителен фактор за вариациите на микробиотата (He et al. 2018). Предишното ни проучване показа, че разликите в ИТМ в чревната микробиота са специфични за пола (Gao et al. 2018). По този начин, регионът, възрастта и полът трябва да се вземат предвид при избора на контроли за сравняване на чревния микробиом на случаите на заболявания.

Като отчита географското местоположение и възрастта като объркващи фактори, това изследване характеризира състава и функциите на чревната микробиота при затлъстели юноши от Шънджън и оценява влиянието на пола върху свързаните с ИТМ разлики в чревния микробиом.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Кохорта за изучаване

Изследването започна след одобрение от Институционалния съвет за преглед на Институтите за модерни технологии в Шенжен, Китайска академия на науките (SIAT-IRB-131115-H0032), и беше регистрирано в ClinicalTrials.gov (номер NCT02539836). Всички лица, участващи в проучването, са получили информирано съгласие от своите настойници. Двеста и седемнадесет китайски юноши бяха наети в детската болница в Шенжен между септември и декември 2015 г. Писмено информирано съгласие беше получено от родителите на субектите преди участие. Субекти с някой от критериите по-долу бяха изключени от настоящото проучване:

Диабет тип 1 или тип 2.

Употреба на антибиотици през двата месеца преди вземане на проби.

Дългосрочна употреба на лекарства (напр. Антихипертензивни лекарства).

Според таблиците за растеж на процентилния растеж на ИТМ на СЗО за възраст (справка за растежа 5-19 години; https://www.who.int/growthref/who2007_bmi_for_age/en/), ние класифицирахме всеки участник в нормално тегло (N), наднормено тегло (OW) или затлъстяване (OB). Общите характеристики на субектите, телесният състав и резултатите от серологичните тестове за всяка ИТМ група са показани в Таблица 1.

Вземане на проби, ДНК екстракция и 16S rRNA генно секвениране

Проби от венозна кръв бяха събрани в детската болница в Шенжен при ежегоден физически преглед. Проведени са серологични тестове за определяне на белите кръвни клетки (WBC), червените кръвни клетки (RBC), хемоглобина (Hb), проинсулиноподобния компонент (PLC), аланин аминотрансферазата (ALT), общия билирубин (TBIL), общия протеин (TP), албумин (ALB), церутоплазмин (CER/CP), церулоплазмин (CRP), азот в кръвта на урея (BUN), креатинин (Cr), киселина в урината (UA), креатин киназа (CK), креатин киназа-миоглобин (CK-MB ), инсулин (INS), С-пептид, триглицериди (TG), общ холестерол (TC), липопротеин с висока плътност (HDL), липопротеин с ниска плътност (LDL), аполипопротеин А1 (Апо-А1), аполипопротеин В (Апо -B) и полиненаситени мастни киселини (PUFA).

Всеки участник дари 10 грама пресен стол и се постави в стерилна пластмасова торбичка с пакет с лед. Тези проби се хомогенизират до еднаква консистенция и ДНК се екстрахира рутинно от 0,3 g фекален материал с помощта на TIANamp Stool DNA Kit (TIANGEN BIOTECH, кат. # DP328-02, Пекин, Китай), следвайки инструкциите на производителя. ДНК се определя количествено, като се използва dsDNA HS анализ на Qubit 3.0 (Thermo Fisher Scientific, САЩ). Универсалните праймери (напред: 5′-AYTGGGYDTAAAGNG-3 ′, обратни: 5′-TACNVGGGTATCTAATCC-3 ′) бяха използвани за PCR амплифициране на изолираната геномна ДНК за V3 – V4 16S рДНК хиперпроменливи области. Продуктите за PCR бяха секвенирани от Illumina MiSeq (Illumina, Inc, Сан Диего, Калифорния), използвайки 2x300 bp сдвоен краен протокол.

Анализ на 16S rRNA генно секвениране

Суровите данни за секвениране бяха филтрирани качествено и демултиплексирани с помощта на QIIME 1.9.1 (Caporaso et al. 2010). Химерните последователности бяха идентифицирани и отстранени с помощта на UCHIME (Edgar et al. 2011). В анализа са включени двеста и пет проби, които са преминали контрола на качеството. Оперативните таксономични единици (OTU) бяха групирани, използвайки протокол за избор на затворена референция с алгоритъма UCLUST, базиран на 97% сходство на нуклеотидите. Микробните OTU са коментирани с референтната база данни Greengenes 13_8. Броянията на OTU бяха обработени с нормализиране на общата сума (TSS), последвано от мащабиране с кумулативна сума (CSS) с помощта на Calypso (Zakrzewski et al. 2017). Относителните изобилия бяха log2 трансформирани, за да се отчете ненормалността на данните от таксономичните преброявания.

Идентифициране на свързани с ИТМ бактериални таксономични биомаркери юноши от Шенжен. (А) Топлинна карта на корелациите между Spearman между 54 BMI-свързани бактериални таксони и серумни биохимични параметри и телесен състав. (Б) Тридесет BMI-дискриминационни бактериални таксона бяха идентифицирани по RF модела, които бяха изброени в подредени по ред на техния принос към точността на класификацията (средна точност на намаляване). (° С) ROC крива на RF модела.

За по-нататъшно изследване на свързаните с ИТМ бактериални таксономични биомаркери в чревния микробиом при китайски юноши, ние изградихме RF модел за класифициране на фенотипите въз основа на 56 OTU, идентифицирани от корелацията на Spearman. Настройката на RF модела доведе до mtry = 14 за ntree = 500. 30-те най-дискриминиращи BMI таксони, идентифицирани от RF модела, бяха показани на Фигура 2В в подредба на техния принос към точността на прогнозиране. Изчислихме интерполираната площ под кривите на работната характеристика на приемника (ROC) (AUC) за класификатора въз основа на резултатите от кръстосаното валидиране. Успешно класифицирахме затлъстели юноши с висока класификация (Фигура 2C; AUC = 0,96). Юноши с нормално тегло и тези с наднормено тегло също могат да бъдат класифицирани, с AUC от 0,86 и 0,76 за лица с нормално тегло и наднормено тегло, съответно.

Съдържанието на гена в чревната микробиота, свързано с PPAR сигнализиране и адипоцитокиново сигнализиране, е намалено при затлъстели юноши

Функционална дивергенция на чревната микробиота в различни групи ИТМ. (А) Прогнозирани пътища на KEGG, които значително корелират с ИТМ, и техните връзки със състава на момчето и биохимичните параметри на серума. (Б) Пътища на KEGG, които са диференцирано изразени от чревния микробиом от категориите на ИТМ. Всеки график на лентата показва средния дял на последователностите, присвоени на функция във всяка група. Мустаците представляват 1,5 * интерквартилен диапазон. Относителното изобилие на се анализира чрез еднопосочен ANOVA, последван от тест на Wilcoxon за двойни сравнения. ** P ↵