助力青少年祛除白癜风 http://m.39.net/pf/a_7254678.html 大家好！今天为大家分享的是一篇来自于CellMetabolism上的一篇文章：“AUniversalGut-Microbiome-DerivedSignaturePredictsCirrhosis”.通讯作者RohitLoomba,胃肠病学系医学教授（终身），加州大学圣地亚哥分校流行病学系兼职教授。他是非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）和脂肪肝炎（NASH）的转化研究和创新临床试验设计领域的领先专家。他的团队正在NAFLD的各个方面进行前沿研究，包括非侵入性生物标志物、遗传学、流行病学、临床试验设计、成像端点以及使用微生物群、代谢组和脂质体的集成OMIC。 研究发现慢性肝病患者肠道细菌数量会发生变化，这些变化为研究开发非侵入性诊断的工具提供了可能。加州大学圣地亚哥分校的研究人员和他们的同事从肠道微生物组中发现利用一些特征性的细菌物种可以检测出来自不同种族和地理区域的由多种病因引起的肝硬化患者，此外，还可以区分从纤维化发展为肝硬化的患者。这项研究表明，肝硬化的诊断性粪便试验具有重要的临床意义和普遍用途，并强调了特定细菌种类作为新的治疗方法的潜在目标。 非酒精性脂肪肝(NAFLD)是全球慢性肝病的主要病因，估计影响24%的全球人口。非酒精性脂肪肝包括一系列相关预兆的疾病，可细分为非进行性非酒精性脂肪肝(NAFL)、进行性非酒精性脂肪性肝（NASH)和非酒精性肝硬化，非酒精性肝硬化是该病的最晚期形式，是肝细胞癌(HCC)的主要危险因素，目前迫切需要准确的、非侵入性的检查来确定晚期NAFLD风险最大的患者。在这里，我们定义了非酒精性肝硬化的肠道微生物组特征，该特征是通过双胎和非酒精性肝硬化家族的渊源者及其一级亲属的粪便微生物组的宏基因组和代谢组学特征确定的。值得注意的是，该信号特征准确识别了两个独立队列（中国和意大利）中的多种病因引起的肝硬化患者。这一特征在识别不同地理和文化背景的人群中具有显著的稳定性，加强了肠道和肝脏的密切联系，并显示了其作为诊断工具的潜在效用。 研究人群的特征 该前瞻性队列由名特征明确的参与者组成，他们的诊断范围覆盖了NAFLD，包括非NAFLD对照者、NAFLD肝硬化患者以及他们的一级亲属。整个队列的详细人口统计学、临床、生化和代谢概况见表1。NAFLD的诊断是基于美国肝病研究协会(AASLD)实践指南，肝硬化的存在是通过肝脏活检或影像学确诊。 分类分析 研究人员分别利用宏基因组系统发育分析(MetaPhlAn2)和HMP统一代谢分析网络2(HUMAnN2)来研究微生物群落的组成和微生物途径的丰度，共鉴定了个物种的1,,个基因家族和组装序列，去除未注释的物种后，在个患者样本中鉴定了来自53科属的个代表性的微生物物种(图1A)。利用Simpson逆指数来测量微生物丰度，我们发现非酒精性肝硬化患者的α多样性较对照组减少，这与之前的报道一致(图1B和S1D)。此外，利用主成分分析(PCoA)和加权UniFrac，可以看到非酒精肝硬化患者和对照组之间存在显著差异，表现β多样性改变(图1C;PERMANOVA0.)。非酒精肝硬化患者和对照组的肠道微生物群落有主要差异(图1D)。这些分级变化与先前对NAFLD或多种病因肝硬化晚期纤维化患者的微生物群研究一致 通过宏基因组获得的非酒精性肝硬化患者肠道微生物组的特征 微生物种类与非酒精性肝硬化相关的临床数据之间存在显著相关性(图S2)。肠道微生物特定菌种的变化往往会与临床上的一些指标的变化相关，揭示肠道微生物的选择可能指示疾病的状态。为验证这一假设，研究人员使用随机森林(RF)机器学习来识别非酒精性肝硬化患者的的关键细菌物种，具体就是使用DESeq2工具检测差异丰富的微生物物种，使用RF分类器进行特征选择而识别出非酒精性肝硬化信号。通过该方法识别了19个差异化的肠道微生物物种，借助于这些细菌物种可以准确检测出家系遗传中的非酒精肝硬化患者(图1E和1F)。 Veillonella，Acidaminococcussp.D21，Faecalibacteriumprausnitzii等细菌具有显著鉴定意义的种类，并且在我们的数据集中，Faecalibacteriumprausnitzii是区分非酒精性肝硬化和对照组之间最关键的有益物种。此外，我们鉴定了条功能性通路，其中39条在非酒精性肝硬化和对照组之间存在差异，包括芳香氨基酸(AAAs)、支链氨基酸(BCAAs)、脂肪酸和核苷酸的生物合成(图2A)。这些发现提示非酒精性肝硬化患者的基本微生物代谢过程的失调可能导致疾病进展。 代谢产物丰度与非酒精性肝硬化相关 为进一步细化疾病特征，我们量化了种不同粪便代谢物的丰度，其中75种与非酒精性肝硬化的临床重要元数据相关(图S5)。利用RF机器学习结合差异丰度进行特征选择，发现17种代谢物联合使用能够准确检测非酒精性肝硬化(AUC,0.91;图3A和3B)。与此相一致的是，在主成分分析中，这17种代谢物足以从控制的遗传家系的相关者中区分出非酒精性肝硬化患者(图3C)。对非酒精性肝硬化预测能力最强的代谢物包括参与AAA、BCAA、胆酸和维生素d代谢的代谢物，色氨酸和相关代谢物如吲哚和犬尿酸也在代谢组学特征中表现突出。微生物对色氨酸(吲哚和吲哚相关化合物)的异化产物增加，而代谢物犬尿酸在非酒精性肝硬化样本中减少，导致色氨酸水平整体增加(图3A)。 非酒精性肝硬化样本中也富集了c18-鞘氨醇和胆汁酸-糖去氧胆酸(GCDCA)(图3A)。有趣的是，GCDCA是farnesoidX受体(FXR)的配体，在实验性NASH治疗中是一个重要的靶点。此外，非酒精性肝硬化粪便中维生素D及其衍生物减少(图3F)。鉴于维生素D缺乏与包括肝癌在内的许多癌症有关，这一发现值得进一步探索其可能的致病关联。值得注意的是,一些微生物物种(例如,Faecalibacteriumprausnitzii,Alistipesputredinis和Dorealongicatena)和关键代谢物（如犬尿酸、维生素D3等）微生物α多样性紧密相关,表明了这些差异性细菌物种和代谢物在维持微生物群落丰富度方面的潜在作用(图3d和3e)。 非酒精性肝硬化与微生物和代谢物的关系 微生物代谢产物与NAFLD、IBD和结肠癌的病理生理过程密切相关。初步研究观察到微生物物种和代谢物之间的丰度呈相关关系(图4A)。例如，c18-鞘氨醇水平与瘤胃球菌丰度的增加有关。与此相反，犬尿酸水平与Faecalibacteriumprausnitzii呈正相关(图S6A和S6B)。研究人员进一步研究微生物物种与代谢物之间的关系，绘制出包含了33个节点和条边的网络关系图，代表着重要的微生物基因家族、元基因组衍生物种和代谢物(图4B)。图4A和图4B中的数据支持代谢产物产生的改变是肠道微生物组变化传递到肝脏的可能机制。未来研究的一个重要方向是明确肝病与关键微生物种类和代谢产物之间的关系。 肝硬化微生物组特征的验证 为了评估宏基因组肠道微生物组特征在肝硬化检测中的效用，我们在一级相关队列中测试了其诊断准确性，该队列包括51名非NAFLD、21名无进展纤维化的NAFLD、3名纤维化的NAFLD和7名NAFLD-肝硬化参与者。在这个队列中，将微生物组特征和年龄结合推断肝硬化，诊断的准确性为AUC0.88(图5A)，并分别在意大利和中国汉族人群中进行队列的研究分析，评估了用于鉴定肝硬化的准确性（图5B）。之后又通过额外增加考虑BMI指数和血清标志物的指标，如白蛋白、丙氨酸转氨酶(ALT)、天冬氨酸转氨酶(AST)、胆红素、胆固醇、葡萄糖、胰岛素和血小板计数，结果表明可以提高检测肝硬化的准确性。 具有不同纤维化水平的患者队列模型验证 考虑到使用联合信号的临床重要性，接下来进行敏感性分析，以确定它是否可以从纤维化中区分出肝硬化。我们对之前描述的经活检证实的NAFLD患者队列进行研究，其中包括36名0期纤维化(NAFL)患者、41名1期-3期纤维化(轻/或中度纤维化)患者和9名4期纤维化(肝硬化)患者。令人欣喜，该模型能够区分肝硬化和NAFL以及轻、中度纤维化(AUC分别为0.85和0.84;图5E和5F)。 将血清AST水平考虑之后，进一步提高了UCSD队列中信号的准确性(图S6F)以及增强了从不同纤维化水平区分出肝硬化的患者的能力(图5G和5H)。这种基于肠道微生物的特征在不同地理和文化背景的人群以及混合纤维化患者中的稳健性，证明了其作为肝硬化检测诊断方法的潜在效用。 总结 目前还没有广泛适用的非侵入性方法来诊断肝硬化。在这里，我们结合宏基因组特征、年龄和血清白蛋白水平，从地理上分离的区域准确区分肝硬化的病因和遗传上不同的队列。另外纳入血清天冬氨酸转氨酶水平(在肝硬化患者中升高)，可以区分肝硬化和早期纤维化。这些发现表明一套核心的肠道微生物种类可能作为肝硬化的无创诊断测试提供通用的效用。 全文链接：
