Резюме

Заден план

Известно е, че затлъстяването модулира човешкото здраве по редица начини, включително промяна на микробиома на червата. Много малко проучвания са изследвали как затлъстяването може да повлияе на микробиомите на места, отдалечени от червата. Ние предположихме, че вулвата и коремната кожа могат да бъдат особено податливи на индуцирани от индекса на телесна маса (ИТМ) промени в биофизичните свойства и микробиома поради повишена мацерация и кожни гънки на тези места. Целта на това проучване е да се определи дали високият ИТМ (≥30) е свързан с промени в биофизичните свойства и микробиомите на кожата на вулвата и корема.

Резултати

Микробните съобщества на вулвата на здрави жени в репродуктивна възраст бяха изследвани, използвайки техники за секвениране на 16S рРНК. Нашите резултати показват, че рН на вулвата при жени с висок индекс на телесна маса (ИТМ) е статистически по-високо от това при жени със среден ИТМ. Филогенетичният анализ на микробиотата на вулвата показва, че жените със среден ИТМ имат предимно Лактобацилус-доминирана флора, докато жените с висок ИТМ и по-високо рН са били предимно колонизирани от Finegoldia и Коринебактериум. Това свързано с ИТМ изместване на микробиотата не е наблюдавано при проби, събрани от откритата кожа около корема, което показва, че ефектът не е глобален.

Заключение

Тези резултати показват, че физиологичните промени, свързани с промени в ИТМ, могат да модулират микробиома на вулвата.

Заден план

Човешкото тяло е обитавано от съобщества на микроби, които са се приспособили към определени анатомични места [1]. Микробните популации, открити в червата и на места извън червата, като кожата и влагалището, са свързани с различни състояния на човешкото здраве, включително възпалителни заболявания на червата, язви, колоректален карцином, вагиноза, депресия, псориазис и затлъстяване [2, 3,4,5,6]. С нарастването на затлъстяването в много страни се правят все повече изследвания, за да се изяснят механизмът и последиците от това състояние. Няколко проучвания разкриват силна връзка между затлъстяването и състава на чревния микробиом [7,8,9,10], а едно проучване демонстрира връзка между затлъстяването и микробиома на вътрешния женски урогенитален тракт [11]; по-малко известен обаче за ефекта на затлъстяването върху микробиомите на други анатомични места.

Кожният микробиом е добре охарактеризиран и е известно, че приютява различни специфични за мястото микробни съобщества, които са повлияни от биофизичните свойства на нишата като влага и рН [12,13,14,15,16,17]. Вулвата е уникален участък от кожата, който служи като преход между кожния епител на кожата и лигавицата на женския урогенитален тракт. Към днешна дата са проведени сравнително малко изследвания за характеризиране на микробите, които колонизират вулвата на здрави жени. Смята се, че микробните съобщества на вулвата са от клинично значение, тъй като те регулират разпространението на неместната флора, включително патогени, които могат да причинят инфекция и могат също да повлияят на комфорта на урогениталната област. Следователно фактори, които модулират микрофлората на вулвата, могат да повлияят на комфорта и здравето на областта на вулвата.

Доказано е, че затлъстяването влияе върху женската физиология чрез увеличаване на плазмените нива на естроген, повишаване на системното възпаление и намаляване на имунната функция [18,19,20]. Ние предположихме, че физиологичните промени, предизвикани от ИТМ, биха довели до променени биофизични свойства на кожата, което от своя страна би модулирало микробиома на това място. Това проучване се фокусира върху кожата на корема и вулвата, тъй като се предполага, че тези места могат да бъдат особено податливи на индуцирани от ИТМ промени в биофизичните свойства и структурата на микробиотата поради увеличени кожни гънки, запушване и мацерация. Следователно целта на това проучване е да се определи дали затлъстяването, определено като ИТМ от 30 или повече, е свързано с промени в биофизичните свойства и микробиома на кожата на вулвата и корема.

Резултати

ИТМ статусът е свързан с по-високо рН в лабиума

За да се определи дали ИТМ е променил биофизичните свойства на кожата и вулвата, са измерени pH и транс-епителната загуба на вода (TEWL) на външните срамни устни и откритата коремна кожа. Резултатите в таблица 1 показват, че жените в групата с висок ИТМ имат статистически по-високо рН в областта на вулвата, отколкото жените в средната група на ИТМ. Тези резултати са в съответствие с тези от предишно проучване, което съобщава за положителна корелация между вагиналното рН и ИТМ [21]. РН на откритата коремна кожа не се различава при субектите с нисък и висок ИТМ. Таблица 2 показва, че TEWL на откритата кожа е била статистически по-ниска в групата с висок ИТМ, въпреки че все още е в граници, които обикновено се считат за здрави [22, 23]. Тези данни показват, че ИТМ може да промени специфични биофизични свойства на кожния епител по специфичен за даден сайт начин.

Модулациите на бактериалната общност във вулвата са свързани с ИТМ

изследване

Микробиотата на вътрешните и външните срамни устни се различават при жените със среден и висок ИТМ. Графиката показва относителния процент на бактериалните родове за вътрешни и външни срамни устни (а). Показани са 13-те най-разпространени рода (средно за всички проби от лабиални). Претегленият анализ на главните координати на UniFrac беше направен, за да покаже разделяне между микробиотата на външните срамни устни и вътрешните срамни устни (б), както и среден и висок ИТМ жени (° С). Статистическата значимост на претегления UniFrac беше изчислена с помощта на тестове на анозим и PERMANOVA и стр-са показани стойности

Прогнозирани метаболомични профили на микробиота от жени с висок и среден ИТМ

За да изследваме дали състоянието на висок и нисък ИТМ е повлияло на метаболитната активност на микробните общности във вулвата, използвахме алгоритъма PICRUSt [31], за да направим извод за техните метагеноми и да сринем гените в пътищата на Киото на енциклопедия на гени и геноми (KEGG) на ниво 3 (фиг. 2). Фигура 2 показва, че се предвижда пътят на гликолиза/глюконеогенеза да бъде обогатен при средностатистически жени с ИТМ, докато системите за бактериална секреция се предвижда да бъдат обогатени при жени с висок ИТМ.

Прогнозирани метаболитни разлики, свързани с висок и среден ИТМ в микробни съобщества, открити във вулвата. Метаболитните пътища бяха идентифицирани с помощта на софтуера PICRUSt. За изчисляване на q-стойността е използван t-тест на Welch с корекция на FDR на Benjamini-Hochberg FDR

Кожната микробиота на корема не е била повлияна от статуса на ИТМ

За да се разбере дали свързаното с ИТМ изместване на микробиома е локализирано към вулвата или е разширено до съседен регион, е извършен 16S рРНК анализ на проби от микробиота от открита и запушена коремна кожа. Проби от открита кожа са взети от долната част на корема на жени със среден и висок ИТМ. Взети са затворени кожни проби от кожни гънки на жени с висок ИТМ. Фигура 3а показва процентното изобилие на деветте най-разпространени рода за открита и запушена кожа. Имаше голямо изобилие от Стафилококи и Коринебактериум във всички проби, което е в съответствие с предишни доклади, характеризиращи кожната микрофлора [13,14,15,16, 32]. Въпреки наблюдаваната промяна в стойностите на TEWL (Таблица 2), относителното изобилие на Коринебактериум, Лактобацилус, и Микрокок в откритата кожа не се различават статистически между нормалните и високите ИТМ групи (Таблица 9). Това не беше изненадващо, тъй като стойностите на TEWL и за двете групи бяха в рамките на здравословните граници [22, 23].

Микробиотата на запушената и открита коремна кожа са подобни и не се влияят от статуса на ИТМ. Стълбовидната диаграма (а) показва относителния процент на бактериалните родове за всяка проба, събрана от корема. Показани са десетте най-разпространени рода (средно за всички коремни проби). Претегленият анализ на основните координати на UniFrac показва, че микробиотата на запушената и открита кожа е сходна и не е модулирана от състоянието на ИТМ (б)

В подобно изследване на микрофлората на коремната кожа, Edwards et al. намери голямо изобилие от Paenibacillus, ендоспорообразуваща бактерия, която обикновено се намира в почвата, върху открита и запушена коремна кожа [33], която не е наблюдавана в това проучване. Edwards et al. взели са проби само жени с ИТМ ≥40, докато настоящото проучване е взело проби от жени с ИТМ 18-25 или ≥ 30. Тази разлика в обекта може да обясни неуспеха за откриване Paenibacillus.

Принципният анализ на координатите, използващ претеглени резултати от UniFrac, показва значително припокриване между открита и запушена кожа както за нормални, така и за жени с висок ИТМ (Фиг. 3b). Тези данни показват, че микробиомите на нелигавичната кожа, като корема, могат да бъдат по-стабилни и устойчиви на индуцирани от ИТМ физиологични промени.

Дискусия

Повишеният ИТМ е свързан с хипертония, коронарна болест на сърцето, диабет тип 2, инсулт, заболяване на жлъчния мехур, остеоартрит, сънна апнея, метаболитен синдром и лошо качество на живот [34, 35]. Освен това е показано, че затлъстяването може да повлияе на чревния микробиом, причинявайки промяна в разнообразието и метаболитните пътища [7,8,9,10]. Доказано е, че метаболитният синдром, който е свързан с висок ИТМ, оказва дълбоко влияние върху инсулиновата резистентност и свързания въглехидратен метаболизъм и генезис. По-конкретно, беше показано, че тези състояния намаляват нивата на гликоген, като същевременно повишават нивата на глюкоза в плазмата [36, 37]. Предполага се, че тези променени състояния могат да имат силен ефект върху структурата на микробиома на вулвата.

Микробиомните промени могат да се дължат както на фактори от околната среда, така и на гостоприемника. По отношение на факторите на околната среда беше забелязано, че рН на вулвата е различно при нормални и високи ИТМ пациенти. И обратно, ИТМ не повлиява здравето на кожната бариера, което би означавало подобна активност на водата за всички субекти. Тези данни показват, че ИТМ променя специфични биофизични свойства на лабиалната кожа като рН; ИТМ обаче не въздейства върху запушената кожа на корема, което показва, че ефектът не е глобален феномен, но може да бъде специфичен за лигавичните места.

Едно от обясненията за изместването на микробиома при субекти с висок ИТМ може да бъде промяна на въглеродния баланс, предоставен на общността от домакина. Лактобацилус е добре известен със способността си да променя рН на околната среда. Осигурени са подходящите условия и подходящи въглехидрати за ферментация, Лактобацилус ще произвежда млечна киселина, която ще подкисели околната среда [42]. Този процес предоставя конкурентно предимство на Лактобацилус по отношение на способността им да процъфтяват в среда, където други бактерии, като Ешерихия коли, не може [43,44,45]. Изглежда обаче, че тези условия са се променили по отношение на субектите с висок ИТМ.

Резултатите от PICRUSt (фиг. 2) показват, че другите членове на общността са по-метаболитно активни по отношение на усвояването на глюкозата в резултат на отговора на гостоприемника на повишен ИТМ. Това проучване не измерва количествено метаболитните дейности на отделните членове в общността, така че ще са необходими допълнителни експерименти, за да се потвърди тази хипотеза. Увеличаването на гените на инсулиновия път на сигнализиране (фиг. 2) при субекти с висок ИТМ допълнително засилва връзката между основния метаболитен синдром при тези пациенти и въздействието върху микробиома. Метаболитният синдром не е клинично оценен за тези пациенти, така че са необходими бъдещи проучвания.

Заключение

Индуцираните от ИТМ промени, наблюдавани в това проучване, дават представа относно регулирането на микробиомите чрез взаимодействия между гостоприемниците и общността. Загубата на подходящи източници на въглерод изглежда е ограничена Лактобацилус разпространение. Предполагаемата загуба на гликоген и произтичащата от това загуба на налягане, упражнявана от Лактобацилус позволи на по-малко преобладаващите микроби да се размножават. Едновременното повишаване на глюкозата позволява доминиране от други членове на общността. Резултатът е наблюдавано повишаване на рН на кожата и намаляване на Лактобацилус преобладаване, свързано с висок ИТМ. Необходими са по-нататъшни проучвания, включително директно измерване на нивата на гликоген/глюкоза и събиране на допълнителни здравни данни за субекта, за да се оцени наличието на метаболитен синдром. Може също така да бъде разумно включването на микробиом и свързаните с него метаболитни оценки като допълнително средство за прогнозиране на метаболитния синдром при хората. Освен това, данните показват, че добавянето на източници на въглерод/азот, които могат да се използват директно от Лактобацилус а не от други членове на общността, може да помогне за поддържането на микробиома на вулвата в повече Лактобацилус-доминираща държава.

материали и методи

Вземане на проби

Анализ на данни

Използван е инструментът за анализ на данни „Количествени прозрения в микробната екология“ (QIIME) 1.9.0, използван за последващ анализ на 16S rRNA данни. Поредиците бяха де-мутиплексирани и оперативни таксономични единици (изложени) таблици, изградени с използване на затворен референтен OTU бране срещу референтната база данни на Greengenes (версия 13_8) при 97% идентичност, а останалите OTU бяха изхвърлени [49]. След качествени филтри имаше общо 865 634 четения. Средно 7154 броя на проба. Пробите с по-малко от 1020 броя бяха изключени от анализа. Кривите на разреждане показват, че много малко допълнителни OTU се наблюдават след 1020 четения. Таксономията е възложена въз основа на референтната база данни на Greengenes. Показателите за алфа разнообразие бяха изчислени в QIIME 1.9.0. Оценките на бета разнообразието бяха направени в QIIME 1.9.0 с помощта на претеглени и непретеглени UniFrac метрики и визуализирани с помощта на анализ на принципните координати (PCoA) [50, 51]. PICRUSt е използван за прогнозиране на метагеноми и колапс на гените в KEGG пътища (ниво 3).

Статистически анализ

Използвани са линейна регресия и t-тестове, за да се определи дали pH и TEWL са свързани със състоянието на ИТМ. Значимостта беше определена в стр ≤ 0,0500. Използва се статистически анализ на метагеномните профили (STAMP), за да се определят разликите във функциите на KEGG между групите с висок и среден ИТМ. За изчисляване на q-стойността е използван t-тест на Welch с корекция на FDR на Benjamini-Hochberg FDR. Разликите в показателите за алфа разнообразие и относителното изобилие от бактериални родове бяха изчислени с помощта на тестове на Kruskal-Wallis. Разликите в показателите за бета разнообразие бяха изчислени с помощта на тестове на анозим и ПЕРМАНОВА. P стойности, по-малки или равни на 0,05, се считат за значими и се отчитат стойности.