基于微生物组学和代谢组学的慢性自发性荨麻疹发病机制研究

作     者：王德彤 

作者单位：山西医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔红宙

授予年度：2020年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100206[医学-皮肤病与性病学] 10[医学] 

主      题：慢性自发性荨麻疹 发病机制 肠道菌群 高通量测序 代谢组学 

摘      要：目的:通过高通量测序技术及非靶向代谢组学技术,研究慢性自发性荨麻疹患者(chronic spontaneous urticaria,CSU)肠道菌群结构组成和血清代谢物的特点,进一步分析差异性菌群与代谢物之间的相关性,阐明慢性自发性荨麻疹可能的发病机制。方法:2018年6月至2019年6月期间,收集并选取100例CSU患者和100例健康人(18-75岁)为研究对象。所有参与者均填写一份问卷调查,进行CSU危险因素的单因素及多因素Logistic回归分析。随后我们随机选择10例CSU患者和10例年龄和性别匹配的健康人,收集其粪便及血清样本后分别进行16s rRNA基因测序和非靶向代谢组学分析。最后,对筛选出的差异性微生物和差异性代谢物运用斯皮尔曼(spearman)相关性分析方法进行关联分析。结果:1.流行病学调查结果表明两组在年龄和性别上没有显著差异;单因素分析结果表明居住地、妊娠期是否使用抗生素、生产方式、喂养方式、饮食习惯、近一年是否使用抗生素、近半年是否有手术、精神创伤等应激因素、是否饮酒与慢性自发性荨麻疹发病明显相关(P0.05);多因素logistic回归分析赋值及结果示妊娠期使用抗生素、剖腹产、高脂低碳水化合物、近一年使用抗生素、饮酒是慢性自发性荨麻疹发病的独立危险因素。2.16S rRNA基因测序:α多样性结果显示CSU患者组相较于健康人组肠道菌群物种丰度及多样性明显降低(P0.05);MetaStat分析结果示两组在门水平上厚壁菌门及属水平上拟杆菌、未定类的肠杆菌、粪杆菌、双歧杆菌、未定类的瘤胃球菌具有统计学差异;Lefse分析显示CSU患者组表达较高的是未定类的肠杆菌,而健康人组则表现为厚壁菌门、拟杆菌和双歧杆菌的富集;Tax4Fun功能预测主要表明肠道微生物的改变可能导致相关代谢途径的改变,如核苷酸代谢。3.非靶向代谢组学分析:热图显示CSU患者组血清代谢物与健康人组之间存在差异明显;两组在正、负离子模式下的差异代谢物数量分别为154和56,这些代谢物包括氨基酸(谷氨酸和琥珀酸)、脂肪酸(二十二碳六烯酸和花生四烯酸)、碳水化合物(蔗糖)和嘌呤;差异代谢物主要涉及的代谢途径:正离子模式下包括不饱和脂肪酸的生物合成、组氨酸代谢、炎症介质对TRP通道的调节等,负离子模式下包括丁酸代谢、苯丙氨酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等。***相关分析表明:二十二碳六烯酸和花生四烯酸与拟杆菌呈正相关;L-谷氨酸与未定类的肠杆菌呈负相关,而与双歧杆菌呈正相关;琥珀酸与粪杆菌呈正相关。结论:首先我们通过流行病学调差发现了妊娠期使用抗生素、剖腹产、高脂低碳水化合物、近一年使用抗生素和饮酒可能通过改变肠道菌群的结构和组成从而影响CSU的发病。其次通过菌群分析发现CSU患者肠道菌群的丰度及多样性均低于正常对照组,且CSU患者组未定类的肠杆菌数量增多,拟杆菌、粪杆菌、双歧杆菌、厚壁菌门和未定类的瘤胃球菌减少。最后通过代谢组学及关联分析揭示了CSU患者肠道微生物及血清代谢物的组成及其对应的关系,包括与二十二碳六烯酸和花生四烯酸相关的拟杆菌及与L-谷氨酸和琥珀酸相关的未定类的肠杆菌、粪杆菌、双歧杆菌。综上所述,我们推测,拟杆菌*未定类的肠杆菌、粪杆菌、双歧杆菌分别导致血清中的二十二碳六烯酸和花生四烯酸以及L-谷氨酸和琥珀酸的改变通过依赖或不依赖Treg细胞导致炎症反应,从而参与到CSU的发病中。