Маркеры дисбиоза у пациентов с язвенным колитом и болезнью Крона


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Результаты современных отечественных и зарубежных исследований указывают на существенную роль кишечной микробиоты в патогенезе воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК). Цель исследования: оценить таксономический и функциональный состав кишечной микробиоты у пациентов с язвенным колитом (ЯК) и болезнью Крона (БК) для выявления ключевых маркеров дисбиоза при ВЗК. Материалы и методы. Для анализа использованы образцы кала 95 пациентов с ВЗК (ЯК - 78, БК - 17) и 96 здоровых добровольцев. Подготовка библиотеки ДНК и полногеномное секвенирование проводили на платформе SOLiD 5500 W. Таксономическое профилирование осуществляли путем выравнивания ридов, не картировавшихся на hg19, на референсную базу данных маркерных бактериальных последовательностей MetaPhlAn2. Для оценки представленности микробных метаболических путей риды картированы с помощью алгоритма HUNAnN2 на базу данных ChocoPhlAn. Определение уровня короткоцепочечных жирных кислот (КЖК) в кале осуществляли методом газожидкостного хроматографического анализа. Результаты и обсуждение. Изменения кишечной микробиоты у пациентов с ЯК и БК характеризуются увеличением представленности бактерий фил Proteobacteria и Bacteroidetes на фоне снижения относительного количества бактерий филы Firmicutes и архей филы Euryarchaeota; снижением индекса альфа-разнообразия бактерий, уменьшением представленности бутират-продуцирующих, водород-утилизирующих бактерий, Methanobrevibacter smithii, увеличением представленности Ruminococcus gnavus у пациентов с БК и ЯК и Akkermansia muciniphila у пациентов с БК. Снижение относительной представленности гена Butyryl-CoA: acetate CoA transferase у пациентов с БК, уменьшение абсолютного содержания как отдельных КЖК, так и их суммарного количества, а также изменение соотношения основных КЖК у пациентов с ВЗК могут свидетельствовать об угнетении функциональной активности и количества анаэробной микрофлоры и/или изменении утилизации КЖК колоноцитами. Заключение. Выявленные изменения можно рассматривать в качестве характерных признаков дисбиоза у пациентов с ВЗК и потенциальных мишеней при подборе персонифицированной терапии.

Об авторах

Наталья Александровна Данилова

ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Email: danilova.natalya.87@mail.ru
м.н.с. OpenLab «Генные и клеточные технологии» Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВО «КФУ»; тел.: +7(962)568-54-00; ORCID: 0000-0002-7137-5032 Казань, Россия

Сайяр Рустамович Абдулхаков

ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»; ФГБОУ ВО «Казанский государственный медицинский университет» Минздрава России

к.м.н., с.н.с. OpenLab «Генные и клеточные технологии» Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВО «КФУ»; ассистент каф. общей врачебной практики ФГБОУ ВО «КГМУ»; ORCID: 0000-0001-9542-3580 Казань, Россия

Татьяна Владимировна Григорьева

ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

к.б.н., с.н.с. OpenLab «Омиксные технологии» Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВО «КФУ»; ORCID: 0000-0001-5314-7012 Казань, Россия

Мария Ивановна Маркелова

ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

м.н.с. OpenLab «Омиксные технологии» Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВО «КФУ»; ORCID: 0000-0001-7445-2091 Казань, Россия

Илья Юрьевич Васильев

ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

м.н.с. OpenLab «Омиксные технологии» Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВО «КФУ»; ORCID: 0000-0001-7799-1728 Казань, Россия

Евгения Александровна Булыгина

ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

н.с. OpenLab «Омиксные технологии» Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВО «КФУ»; ORCID: 0000-0003-3458-1176 Казань, Россия

Мария Дмитриевна Ардатская

ФГБУ ДПО «Центральная государственная медицинская академия» Управления делами Президента РФ

д.м.н., проф. каф. гастроэнтерологии ФГБУ ДПО «ЦГМА» Управления делами Президента РФ Павленко Александр Владимирович - н.с. ФГБУ «ФНКЦ ФХМ» ФМБА России Москва, Россия

Александр Владимирович Павленко

ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины» Федерального медико-биологического агентства России

н.с. ФГБУ «ФНКЦ ФХМ» ФМБА России Москва, Россия

Александр Викторович Тяхт

Институт биологии гена РАН

к.б.н., н.с. лаб. моделирования и терапии наследственных заболеваний Института биологии гена РАН; ORCID: 0000-0002-7358-2537 Москва, Россия

Альфия Харисовна Одинцова

Республиканская клиническая больница Минздрава Республики Татарстан

к.м.н., зав. гастроэнтерологическим отд-нием Республиканской клинической больницы Казань, Россия

Рустам Аббасович Абдулхаков

ФГБОУ ВО «Казанский государственный медицинский университет» Минздрава России

д.м.н., проф. каф. госпитальной терапии ФГБОУ ВО «КГМУ»; ORCID: 0000-0002-1509-6776 Казань, Россия

Список литературы

  1. Лазебник Л.Б., Конев Ю.В. Новое понимание роли микробиоты в патогенезе метаболического синдрома. Consilium Medicum (Прил.). 2014;(8):77-82.
  2. Ситкин С.И., Вахитов Т.Я., Ткаченко Е.И. Орешко Л.С., Жигалова Т.Н., Радченко В.Г., Селиверстов П.В., Авалуева Е.Б., Суворова М.А., Комличенко Э.В. Микробиота кишечника при язвенном колите и целиакии. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2017;1(137):8-30.
  3. Li K.Y, Wei J.P, Gao S.Y, Zhang Y.Y, Wang L.T, Liu G. Fecal microbiota in pouchitis and ulcerative colitis. World J Gastroenterol. 2016;22(40):8929-39. doi: 10.3748/wjg.v22.i40.8929
  4. Presley L.L, Ye J, Li X, Le Blanc J, Zhang Z, Ruegger P.M, Allard J, Mc Govern D, Ippoliti A, Roth B, Cui X, Jeske D.R, Elashoff D, Goodglick L, Braun J, Borneman J. Host - microbe relationships in inflammatory bowel disease detected by bacterial and metaproteomic analysis of the mucosal - luminal interface. Inflamm Bowel Dis. 2012 Mar;18(3):409-17. doi: 10.1002/ibd.21793
  5. Ganji L, Alebouyeh M, Shirazi M.H, Eshraghi S.S, Mirshafiey A, Daryani N.E, Zali M.R. Dysbiosis of fecal microbiota and high frequency of Citrobacter, Klebsiella spp., and Actinomycetes in patients with irritable bowel syndrome and gastroenteritis. Gastroenterol Hepatol Bed Bench. 2016;9(4):325-30.
  6. Vrakas S, Mountzouris K.C, Michalopoulos G, Karamanolis G, Papatheodoridis G, Tzathas C, Gazouli M. Intestinal Bacteria Composition and Translocation of Bacteria in Inflammatory Bowel Disease. PLoS One. 2017;12(1):e0170034. doi: 10.1371/journal.pone.0170034
  7. Ситкин С.И., Вахитов Т.Я., Демьянова Е.В. Микробиом, дисбиоз толстой кишки и воспалительные заболевания кишечника: когда функция важнее таксономии. Альманах клинической медицины. 2018;46(5):396-425. doi: 10.18786/2072-0505-2018-46-5-396-425
  8. Mondot S, de Wouters T, Doré J, Lepage P. The human gut microbiome and its dysfunctions. Dig Dis. 2013;31:278-85. doi: 10.1111/nyas.13033
  9. Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf K.S, Manichanh C, Nielsen T, Pons N, Levenez F, Yamada T, Mende D.R, Li J, Xu J, Li S, Li D, Cao J, Wang B, Liang H, Zheng H, Xie Y, Tap J, Lepage P, Bertalan M, Batto J.M, Hansen T, Le Paslier D, Linneberg A, Nielsen H.B, Pelletier E, Renault P, Sicheritz-Ponten T, Turner K, Zhu H, Yu C, Li S, Jian M, Zhou Y, Li Y, Zhang X, Li S, Qin N, Yang H, Wang J, Brunak S, Doré J, Guarner F, Kristiansen K, Pedersen O, Parkhill J, Weissenbach J, Bork P, Ehrlich S.D, Wang J. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464(7285):59-65. doi: 10.1038/nature08821
  10. Matsuoka K, Kanai T. The gut microbiota and inflammatory bowel disease. Semin Immunopathol. 2015;37:47-55. doi: 10.1007/s00281-014-0454-4
  11. Gill S.R, Pop M, Deboy R.T, Eckburg P.B, Turnbaugh P.J, Samuel B.S, Gordon J.I, Relman D.A, Fraser-Liggett C.M, Nelson K.E. Metagenomic analysis of the human distal gut microbiome. Science. 2006;5778:1355-9. doi: 10.1126/science.1124234
  12. Tap J, Mondot S, Levenez F, Pelletier E, Caron C, Furet J.P, Ugarte E, Muñoz-Tamayo R, Paslier D.L, Nalin R, Dore J, Leclerc M. Towards the human intestinal microbiota phylogenetic core. Environ Microbiol. 2009;11(10):2574-84. doi: 10.1111/j.1462-2920.2009.01982.x
  13. Eckburg P.B, Bik E.M, Bernstein C.N, Purdom E, Dethlefsen L, Sargent M, Gill S.R, Nelson K.E, Relman D.A. Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora. Science. 2005;308(5728):1635-8. doi: 10.1126/science.1110591
  14. Tyakht A.V, Kostryukova E.S, Popenko A.S, Belenikin M.S, Pavlenko A.V, Larin A.K, Karpova I.Y, Selezneva O.V, Semashko T.A, Ospanova E.A, Babenko V.V, Maev I.V, Cheremushkin S.V, Kucheryavyy Y.A, Shcherbakov P.L, Grinevich V.B, Efimov O.I, Sas E.I, Abdulkhakov R.A, Abdulkhakov S.R, Lyalyukova E.A, Livzan M.A, Vlassov V.V, Sagdeev R.Z, Tsukanov V.V, Osipenko M.F, Kozlova I.V, Tkachev A.V, Sergienko V.I, Alexeev D.G, Govorun V.M. Human gut microbiota community structures in urban and rural populations in Russia. Nat Commun. 2013;4:2469. doi: 10.1038/ncomms3469
  15. Langmead B, Salzberg S.L. Fast gapped - read alignment with Bowtie 2. Nat Methods. 2012;9(4):357-9. doi: 10.1038/nmeth.1923
  16. Truong D.T, Franzosa E.A, Tickle T.L, Scholz M, Weingart G, Pasolli E, Tett A, Huttenhower C, Segata N. MetaPhlAn2 for enhanced metagenomic taxonomic profiling. Nat Methods. 2015;12:902-3. doi: 10.1038/nmeth.3589
  17. Abubucker S, Segata N, Goll J, Schubert A.M, Izard J, Cantarel B.L, Rodriguez-Mueller B, Zucker J, Thiagarajan M, Henrissat B, White O, Kelley S.T, Methé B, Schloss P.D, Gevers D, Mitreva M, Huttenhower C. Metabolic reconstruction for metagenomic data and its application to the human microbiome. PLoS Comput Biol. 2012:8:e1002358. doi: 10.1371/journal.pcbi.1002358
  18. Andoh A, Kuzuoka H, Tsujikawa T, Nakamura S, Hirai F, Suzuki Y, Matsui T, Fujiyama Y, Matsumoto T. Multicenter analysis of fecal microbiota profiles in Japanese patients with Crohn’s disease. J Gastroenterol. 2012;47:1298-307. doi: 10.1007/s00535-012-0605-0
  19. Ohkusa T, Sato N, Ogihara T, Morita K, Ogawa M, Okayasu I. Fusobacterium varium localized in the colonic mucosa of patients with ulcerative colitis stimulates species - specific antibody. J Gastroenterol Hepatol. 2002;17(8):849-53.
  20. Ott S.J, Musfeldt M, Wenderoth D.F, Hampe J, Brant O, Fölsch U.R, Timmis K.N, Schreiber S. Reduction in diversity of the colonic mucosa associated bacterial microflora in patients with active inflammatory bowel disease. Gut. 2004;53:685-93. doi: 10.1136/gut.2003.025403
  21. Baumgart M, Dogan B, Rishniw M, Weitzman G, Bosworth B, Yantiss R, Orsi R.H, Wiedmann M, Mc Donough P, Kim S.G, Berg D, Schukken Y, Scherl E, Simpson K.W. Culture independent analysis of ileal mucosa reveals a selective increase in invasive Escherichia coli of novel phylogeny relative to depletion of Clostridiales in Crohn's disease involving the ileum. ISMEJ. 2007;1:403-18. doi: 10.1038/ismej.2007.52
  22. Frank D.N, St Amand A.L, Feldman R.A, Boedeker E.C, Harpaz N, Pace N.R. Molecular - phylogenetic characterization of microbial community imbalances in human inflammatory bowel diseases. Proc Natl Acad Sci USA. 2007;104:13780-5. doi: 10.1073/pnas.0706625104
  23. Gophna U, Sommerfeld K, Gophna S, Doolittle W.F, Veldhuyzen van Zanten S.J. Differences between tissue - associated intestinal microfloras of patients with Crohn's disease and ulcerative colitis. J Clin Microbiol. 2006 Nov; 44(11):4136-41. doi: 10.1128/JCM.01004-06
  24. Bernstein C.N, Forbes J.D. Gut Microbiome in Inflammatory Bowel Disease and Other Chronic Immune-Mediated Inflammatory Diseases. Inflamm Intest Dis. 2017;2(2):116-23. doi: 10.1159/000481401
  25. Matsuoka K, Mizuno S, Hayashi A, Hisamatsu T, Naganuma M, Kanai T. Fecal microbiota transplantation for gastrointestinal diseases. Keio J Med. 2014;63(4):69-74. doi: 10.2302/kjm.2014-0006-RE
  26. Sokol H, Pigneur B, Watterlot L, Lakhdari O, Bermúdez-Humarán L.G, Gratadoux J.J, Blugeon S, Bridonneau C, Furet J.P, Corthier G, Grangette C, Vasquez N, Pochart P, Trugnan G, Thomas G, Blottière H.M, Doré J, Marteau P, Seksik P, Langella P. Faecalibacterium prausnitzii is an anti - inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105:16731-6. doi: 10.1073/pnas.0804812105
  27. Sokol H, Seksik P, Furet J.P, Firmesse O, Nion-Larmurier I, Beaugerie L, Cosnes J, Corthier G, Marteau P, Doré J. Low counts of Faecalibacterium prausnitzii in colitis microbiota. Inflamm Bowel Dis. 2009;15:1183-9. doi: 10.1002/ibd.20903
  28. Pascal V, Pozuelo M, Borruel N, Casellas F, Campos D, Santiago A, Martinez X, Varela E, Sarrabayrouse G, Machiels K, Vermeire S, Sokol H, Guarner F, Manichanh C. A microbial signature for Crohn’s disease. Gut. 2017;66:813-22. doi: 10.1136/gutjnl-2016-313235
  29. Tyakht A.V, Manolov A.I, Kanygina A.V, Ischenko D.S, Kovarsky B.A, Popenko A.S, Pavlenko A.V, Elizarova A.V, Rakitina D.V, Baikova J.P, Ladygina V.G, Kostryukova E.S, Karpova I.Y, Semashko T.A, Larin A.K, Grigoryeva T.V, Sinyagina M.N, Malanin S.Y, Shcherbakov P.L, Kharitonova A.Y, Khalif I.L, Shapina M.V, Maev I.V, Andreev D.N, Belousova E.A, Buzunova Y.M, Alexeev D.G, Govorun V.M. Genetic diversity of Escherichia coli in gut microbiota of patients with Crohn’s disease discovered using metagenomic and genomic analyses. BMC Genomics. 2018;19:968. doi: 10.1186/s12864-018-5306-5
  30. Manichanh C, Rigottier-Gois L, Bonnaud E, Gloux K, Pelletier E, Frangeul L, Nalin R, Jarrin C, Chardon P, Marteau P, Roca J, Dore J. Reduced diversity of faecalmicrobiota in Crohn's disease revealed by a metagenomic approach. Gut. 2006;55:205-11. doi: 10.1136/gut.2005.073817
  31. Mirsepasi-Lauridsen H.C, Vrankx K, Engberg J, Friis-Møller A, Brynskov J, Nordgaard-Lassen I, Petersen A.M, Krogfelt K.A. Disease-Specific Enteric Microbiome Dysbiosis in Inflammatory Bowel Disease. Front Med. 2018. doi: 10.3389/fmed.2018.00304
  32. Ghavami S.B, Rostami E, Sephay A.A, Shahrokh S, Balaii H, Aghdaei H.A, Zali M.R. Alterations of the human gut Methanobrevibacter smithii as a biomarker for inflammatory bowel diseases. Microb Pathog. 2018;117:285-9. doi: 10.1016/j.micpath.2018.01.029
  33. Ситкин С.И., Ткаченко Е.И., Вахитов Т.Я. Филометаболическое ядро микробиоты кишечника. Альманах клинической медицины. 2015;(40):12-34. doi: 10.18786/2072-0505-2015-40-12-34
  34. Fujimoto T, Imaeda H, Takahashi K, Kasumi E, Bamba S, Fujiyama Y, Andoh A. Decreased abundance of Faecalibacterium prausnitzii in the gut microbiota of Crohn's disease. J Gastroenterol Hepatol. 2013;28:613-9. doi: 10.1111/jgh.12073
  35. Machiels K, Joossens M, Sabino J, de Preter V, Arijs I, Eeckhaut V, Ballet V, Claes K, van Immerseel F, Verbeke K, Ferrante M, Verhaegen J, Rutgeerts P, Vermeire S. A decrease of the butyrate - producing species Roseburia hominis and Faecalibacterium prausnitzii defines dysbiosis in patients with ulcerative colitis. Gut. 2013;63:1275-83. doi: 10.1136/gutjnl-2013-304833
  36. Hall A.B, Yassour M, Sauk J, Garner A, Jiang X, Arthur T, Lagoudas G.K, Vatanen T, Fornelos N, Wilson R, Bertha M, Cohen M, Garber J, Khalili H, Gevers D, Ananthakrishnan A.N, Kugathasan S, Lander E.S, Blainey P, Vlamakis H, Xavier R.J, Huttenhower C. A novel Ruminococcus gnavus clade enriched in inflammatory bowel disease patients. Genome Medicine. 2017;9:103. doi: 10.1186/s13073-017-0490-5
  37. Takahashi K, Nishida A, Fujimoto T, Fujii M, Shioya M, Imaeda H, Inatomi O, Bamba S, Sugimoto M, Andoh A. Reduced abundance of butyrate - producing bacteria species in the fecal microbial community in Crohn’s disease. Digestion. 2016;93(1):59-65. doi: 10.1159/000441768
  38. Png C.W, Lindén S.K, Gilshenan K.S, Zoetendal E.G, Mc Sweeney C.S, Sly L.I, Mc Guckin M.A, Florin T.H. Mucolytic bacteria with increased prevalence in IBD mucosa augment in vitro utilization of mucin by other bacteria. Am J Gastroenterol. 2010;105(11):2420-8. doi: 10.1038/ajg.2010.281
  39. Pitcher M.C, Beatty E.R, Cummings J.H. The contribution of sulphate reducing bacteria and 5-aminosalicylic acid to faecal sulphide in patients with ulcerative colitis. Gut. 2000;46:64-72. doi: 10.1136/gut.46.1.64
  40. Nishida A, Inoue R, Inatomi O, Bamba S, Naito Y, Andoh A. Gut microbiota in the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Clin J Gastroenterol. 2018;11(1):1-10. doi: 10.1007/s12328-017-0813-5
  41. Deplancke B, Finster K, Graham W.V, Collier C.T, Thurmond J.E, Gaskins H.R. Gastrointestinal and microbial responses to sulfate - supplemented drinking water in mice. Exp Biol Med (Maywood). 2003;228(4):424-33. doi: 10.1177/153537020322800413
  42. Sartor R.B, Wu G.D. Roles for Intestinal Bacteria, Viruses, and Fungi in Pathogenesis of Inflammatory Bowel Diseases and Therapeutic Approaches. Gastroenterology. 2016;152(2):327-39. doi: 10.1053/j.gastro.2016.10.012
  43. Захарова И.Н., Ардатская М.Д., Свинцицкая В.И., Сугян Н.Г., Елезова Л.И., Гадзова И.С. Метаболическая активность кишечной микрофлоры у детей на фоне применения cинбиотика, содержащего bifidobacterium bb-12, lactobacillus acidophilus la-5 и фруктоолигосахарид. Педиатрия. 2011;(3):118-24.
  44. Huda-Faujan N, Abdulamir A.S, Fatimah A.B, Muhammad Anas O, Shuhaimi M, Yazid A.M, Loong Y.Y. The impact of the level of the intestinal short chain Fatty acids in inflammatory bowel disease patients versus healthy subjects. Open Biochem J. 2010;4:53-8. doi: 10.2174/1874091X01004010053
  45. Hamer H.M, Jonkers D, Venema K, Vanhoutvin S, Troost F.J, Brummer R.J. Review article: the role of butyrate on colonic function. Aliment Pharmacol Ther. 2008;27(2):104-19. doi: 10.1111/j.1365-2036.2007.03562.x
  46. Takaishi H, Matsuki T, Nakazawa A, Takada T, Kado S, Asahara T, Kamada N, Sakuraba A, Yajima T, Higuchi H, Inoue N, Ogata H, Iwao Y, Nomoto K, Tanaka R, Hibi T. Imbalance in intestinal microflora constitution could be involved in the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Int J Med Microbiol. 2008;298:463-72. doi: 10.1016/j.ijmm.2007.07.016

© ООО "Консилиум Медикум", 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
 
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах