Бариатричната хирургия, особено малабсорбционният тип, променя чревната микробиота и метаболизма на гостоприемника.

чревно

Бременността след бариатрична хирургия, особено малабсорбираща процедура, е свързана с намалено разпространение на гестационен диабет при майките и повишено разпространение на малки за бебета от гестационна възраст.

Какви са новите открития?

Демонстрирахме, че предизвиканите от малабсорбционна хирургия промени в микробиотата на майчините черва продължават да съществуват през цялата бременност в сравнение с бременности с подобен индекс на телесна маса на майката, но без анамнеза за такава операция и могат да имат трансгенерационно въздействие.

Микробните промени в червата при пациенти с малабсорбция са свързани с повишена екскреция на метаболити на гниене на протеини по време на бременност.

Как може да се отрази на клиничната практика в обозримо бъдеще?

Въздействието на майчината малабсорбция върху здравето на плода изисква по-нататъшно разследване, за да се определи най-подходящият вид операция за отслабване за жени в репродуктивна възраст.

Въведение

Продължават да се натрупват доказателства, че бременността след BS е свързана с по-ниско разпространение на гестационен захарен диабет (GDM) и големи за новородени с гестационна възраст, но по-висок риск от малки за новородени с гестационна възраст и късно преждевременно раждане в сравнение с бременности при жени със затлъстяване без предишна BS .14 ​​За да се изследва въздействието на предишна BS върху фенотипа на майката по време на бременност, ние приехме стратегия за профилиране на надлъжен метаболитен (серум и урина) и чревни бактерии (фекалии), използвайки спектроскопия на протонен ядрено-магнитен резонанс (1 H NMR) и секвениране на 16S rRNA ген ампликон, съответно, за да се характеризират жените с предишна BS (RES и MAL) през целия им период на бременност. Профилите са сравнени срещу жени с подобен индекс на телесна маса в ранна бременност (ИТМ) и без анамнеза за BS (NBS). За подгрупа от кохортата ние също така характеризираме новородените метаболоми на серума и урината, за да оценим потенциалните транс-генерационни метаболитни ефекти на BS.

Методи

Проучване на популация, вземане на проби и клинични данни

Допълнителен материал

Метаболитно профилиране на проби от биофлуиди

Допълнителен материал

Профилиране на чревна бактериална общност

Пробите на изпражненията са рандомизирани за обработка и ДНК е извлечена (виж допълнителни онлайн методи) с помощта на PowerLyzer PowerSoil DNA Isolation Kit (Mo Bio). Последователността на 16S rRNA генния ампликон, насочена към регионите V1-V2, е извършена на платформата Illumina MiSeq, както е описано по-рано. 21 Сурови четения са обработени в софтуерната среда R19 след публикуван работен поток22, който включва ампликон деноизиране, внедрен в „DADA2“. методи за пълни подробности. Функциите в пакета „вегански“ R бяха използвани за изчисляване на индексите на разнообразието на Шанън (α-разнообразие) върху данните, разредени до минималната дълбочина на секвениране и различието на Bray-Curtis (β-разнообразие) върху трансформираните в дневника данни (псевдоброене от 1, добавено към всеки стойност). Значимостта на разделянето на групите в β-разнообразието е оценена чрез дисперсионен мултивариатен анализ. Промените в относителното изобилие бяха тествани при всеки таксономичен ранг от тип до род, използвайки теста на Mann-Whitney U, докато диференциално изобилни 16S рРНК генни последователности бяха идентифицирани с помощта на 'DESeq2'.24. За' DESeq2 'анализ, данните бяха събрани за всеки индивид, а не анализиране на различни времеви точки.

Интегративен анализ на метаболитни и таксономични данни

Връзките между наборите от серум, урина и фекалии са моделирани с помощта на метода DIABLO в ‘mixOmics’.25 Това е многоблоков латентен подход, базиран на променлива, който има за цел да идентифицира съгласуваността между множество набори от данни. Метаболити, значими във времето (серум: левцин, изолевцин, изобутират, d-β-хидроксибутират; урина: фенилацетилглутамин (PAG), р-крезол сулфат (PCS), индоксил сулфат (IS), p-хидроксифенилацетат (PHPA), неизвестен, α-кетоизовалерат, креатинин) и подмножество от бактериални родове (лог-трансформирани; избрани с помощта на метода за санкциониране с най-малко абсолютно свиване и селекция (LASSO), внедрен в „mixOmics“). В модела са включени точки за вземане на проби за всеки индивид, където са получени съвпадащи данни за микробиом и метаболит (T1, T2 и T4).

Резултати

Характеристики на участниците в изследването

От 165 жени, включени в проучването, 54 са изключени от надлъжно профилиране поради ИТМ (n = 36), диагноза диабет (n = 16), спонтанен аборт (n = 1) или оттегляне от проучването (n = 1). Окончателната популация на проучването включва 111 жени (NBS n = 70, RES n = 16, MAL n = 25), които са допринесли 491 майчина урина, 394 майчина кръв, 68 майчини изпражнения (онлайн допълнителна фигура S1), 54 пъпна кръв и 28 новородени урина проби (онлайн допълнителна таблица S1). Две жени (RES n = 1, MAL n = 1) са допринесли само за новородени проби. Всички жени в групата MAL са имали предишен стомашен байпас, докато RES групата е имала стомашна лента (n = 8) или гастректомия на ръкавите (n = 8). Демографията на майките, характеристиките на бременността и резултатите от изследваната популация (допълнителна онлайн таблица S2) са в съответствие с нашия по-ранен доклад.15 В сравнение с групата на NBS, жените с предишна BS са били средно с 3,7 години по-възрастни и особено тези с MAL процедура, са имали по-ниска инсулинова резистентност при Т3 и са раждали по-малки бебета по-рано (допълнителна онлайн таблица S2). Сред групата на BS жените с предишна MAL процедура са имали по-висок ИТМ преди операцията в сравнение с тези с предишна процедура за RES.

Метаболитни разлики в серумните метаболоми при майката и новороденото, свързани с бариатрична хирургия

Чревни бактериални промени при пациенти с малабсорбция. (А) Сравнение на разнообразието на Шанън между групите на малабсорбция (MAL) и без бариатрична хирургия (NBS) при 11-14 седмици (T1), 20-24 седмици (T2) и 30-33 седмици (T4) бременност. (B) Анализ на основните координати на различията между Bray-Curtis между MAL (синьо) и NBS (лилаво) по време на бременност (T1: кръг, T2: триъгълник, T4: квадрат). P стойност, получена от пермутационен многовариатен анализ на дисперсионния тест. (C) Такса, която показва диференциално изобилие (U-тест на Mann-Whitney; padj 1 H NMR спектроскопия, фекални микробиомни състави от подгрупа на кохортата са анализирани. Общо 68 проби от изпражнения, представляващи 39 майки (NBS n = 25, MAL n = 14). След изключване на една майчина проба от NBS поради ниска дълбочина на секвениране (2181 четения), средният брой висококачествени, сдвоени 16S rRNA генни ампликонови последователности на проба е 22 405 (± 5535 SD) с минимална дълбочина на секвениране от 12 967.

Интегративен анализ на фенотипове

За да се определи дали наблюдаваните MAL подписи са допълващи се в наборите от данни, е използван интегративен подход за моделиране на бактериални (n = 68) и метаболитни (серум n = 60; урина n = 66) данни заедно. Клиничните класове могат да бъдат дискриминирани по първия компонент на модела както за набори от данни за урина, така и за фекалии, докато тази разлика не е очевидна в серумните данни (фигура 3А). Концентрациите на PAG, PCS и IS в урината са силно корелирани и имат най-голям принос към модела, последван от левцин, изолевцин (също силно корелиран) и изобутират (фигура 3В). PAG, PCS и IS са най-корелирали със Streptococcus, Enterococcus, Escherichia/Shigella, Rothia и Holdemanella (фигура 3C). Променливите в този клъстер също имат силна отрицателна корелация със серумния левцин, изолевцин и изобутират. Anaerostipes, единственият род, който е намалял в изобилие в групата MAL, е в отрицателна корелация с PAG, PCS и IS, но положително корелиран с левцин, изолевцин и изобутират (фигура 3C).

Интегриране на серум, урина и фекални профили. (А) Резултати от графики, показващи проби от всеки набор от данни, проектиран в латентно пространство. Клиничните класове се различават по компонент 1. (B) Променливите се нанасят (оцветени с биофлуид), където всяка точка представлява корелацията на Пиърсън между тази променлива и всеки компонент. Високите корелации с който и да е компонент (| r | ≥0,5) са СЪМЪРТАНИ и обозначени. (C) Нанесени са корелации на Пиърсън (| r | ≥0,5) между променливите в различни набори от данни по компонент 1. NBS, без бариатрична хирургия; MAL, малабсорбиращ; алфа-KIV, а-кетоизовалерат; D-бета-HB, d-β-хидроксибутират; IS, индоксил сулфат; PAG, фенилацетилглутамин; PCS, р-крезол сулфат; PHPA, р-хидроксифенилацетат.

Метаболитен профил и клинични резултати

Относителните концентрации на метаболити корелират с инсулиновата резистентност на майката и теглото на плода/раждането. Корелациите на Спиърман между клиничните измервания (червено) и относителните концентрации на метаболитите. Начертаните корелации са значителни (padj 8 CFU/g) в нормалното черво, но увеличените количества от тези бактерии, някои от които са известни патогени, са свързани както с възпалителни заболявания на червата, така и с рак на дебелото черво.33 Това подчертава необходимостта от разбиране на механизми, чрез които промененият бариатричен микробиом може да повлияе върху метаболизма на майката и новороденото и здравето надолу по веригата.

Благодарности

Авторите биха искали да благодарят на д-р Иван Серано Контрерас за съдействието при извършване на 2D ЯМР спектроскопия. Бихме искали също така да признаем, че KAW се подкрепя от докторантската програма за обучение STRATiGRAD, а JVL се подкрепя от Новия изследователски грант на Съвета за медицински изследвания (P62104) и Начален грант на Европейския изследователски съвет (P61481). EH се подкрепя от правителството на Западна Австралия чрез програмата за стипендии на Premier’s Science. Поддръжката на инфраструктурата беше предоставена от Националния институт за здравни изследвания Имперски център за биомедицински изследвания в съответствие с темата за здравето на червата.