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文獻分享 | 慢性阻塞性肺病患者相關腸道菌群和代謝組學變化

分類:行業資訊   發布時間 2020-12-30   閱讀: 1624


慢性阻塞性肺病(COPD)是全球第三大死亡原因,每年有超過300萬人因COPD喪生。COPD表現為持續的肺部炎癥,尚缺乏有效治療方案。已有大量研究報道肺部菌群能加劇疾病的發展,但腸道菌群的作用仍不清楚。近日,悉尼科技大學百年紀念中心主任菲爾·漢斯布洛教授等研究人員開展了COPD與腸道菌群的研究,在這項研究中,他們比較了COPD患者和健康個體糞便樣品的微生物組和代謝組,揭示了兩組之間的顯著差異。

代謝組學

文章標題:Disease-associated gut microbiome and metabolome changes in patients with chronic obstructive pulmonary disease

發表期刊:Nature Communications

發表時間:2020-11-18

影響因子:IF=12.121

1
研究背景

慢性阻塞性肺病(COPD)是一種異質性疾病,其具有肺部病理學癥狀,包括慢性支氣管炎、氣道重塑和肺氣腫,會損害肺的功能。它也有很多并發癥,如心血管疾病、結腸炎和骨質疏松癥等。作為全球第三大死亡原因,COPD的主要危險因素包括吸入香煙煙霧、空氣污染以及其他有害顆粒。據報道,只有20-25%的吸煙者患上了COPD,盡管目前的研究已經發現了一些遺傳風險因素,但如炎癥和免疫反應等因素對該疾病的發病機理也有很大貢獻。以往研究表明,肺部微生物群能夠導致COPD的發生發展,但關于腸道菌群的功能作用目前仍不清楚。 

2
16S rRNA基因測序

為了比較慢性阻塞性肺病患者和健康人腸道細菌群落組成,研究人員首先進行了16S rRNA基因測序。通過對28名COPD患者和29名健康對照組的糞便微生物組進行分析,發現兩組之間的菌落組成呈顯著性差異(Fig.1)。

代謝組學
Fig.1. 16S rRNA基因測序區分COPD患者(28例)和健康對照組(29例)的糞便微生物群


3
宏基因組學研究

在使用16S rRNA基因測序鑒定出不同的COPD相關糞便分類群后,研究人員又對相同樣本進行宏基因組的研究,發現兩組之間有146個菌種差異明顯。而其中的一部分菌種,包括鏈球菌sp000187445、前庭鏈球菌以及毛螺菌科的多個成員,均與肺功能減退密切相關(Fig.2)。

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Fig.2. 宏基因組測序區分COPD患者(28例)和健康對照組(29例)的糞便微生物群

4
非靶代謝組學研究

隨后,研究人員進行了非靶代謝組學的研究(Fig.3),發現在COPD患者和健康人群的腸道菌群差異代謝物中,46%來源于脂質, 20%來源于氨基酸,20%來源于異生物質。這表明脂質代謝在COPD中可能發生改變。在使用線性模型調整協變量(年齡、性別和體重指數)后,確定了包括N-乙酰谷氨酸及其類似物N-氨基甲;劝彼岬16種 (均來自脂質、氨基酸或異生物質)慢性阻塞性肺病和健康樣本之間的顯著差異代謝物。

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Fig.3. 非靶代謝組區分COPD患者(n=28)健康對照組(n =29)

5
關聯分析

此外,研究人員對上述鑒定的菌種和這些代謝物之間進行了關聯性分析(Fig.4),繪制出副溶血鏈球菌B與N-乙酰谷氨酸等13種COPD相關代謝產物的疾病相關網絡圖,明確了3個不同的微生物群/代謝物群,揭示了253種重要的關聯關系,這些關聯關系中有許多涉及COPD富含的物種。最后,研究人員還進行了一項含38個樣本的隊列驗證,再次證實了COPD相關腸道菌群中鏈球菌科的富集。

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Fig.4. 腸道菌群和代謝組的關聯性分析

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小結

該研究對COPD患者的腸道菌群及其代謝產物進行了宏基因組學和非靶代謝組學的檢測和關聯分析,發現患者和健康人的腸道菌群差異顯著:COPD患者腸道菌群豐度顯著低于健康人群,同時,鏈球菌科在COPD患者中顯著富集,并找到了與其密切關聯的N-乙酰谷氨酸等13種代謝產物。該研究首次揭示了腸道菌群對于COPD疾病的發生發展具有一定的貢獻,因此有助于診斷COPD及尋找疾病相關的生物標志物。

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