Comparative analysis of the intestinal microbiota in patients with exocrine pancreatic insufficiency of various severity

封面

如何引用文章

全文:

详细

Background. Exocrine pancreatic insufficiency (EPI) is a critical host factor in determining the composition of the gut microbiota. Diseases that cause exocrine insufficiency can affect the gut microbiome, which can potentiate disease progression and complications. To date, the relationship of exocrine insufficiency in various pancreatic (PA) pathologies, in chronic pancreatitis (CP), with dysbiotic changes in the intestinal microbiota (IM) has not been reliably studied. The available data are heterogeneous and contradictory, which determines the need for further research.

Aim. To conduct a comparative analysis of the taxonomic composition of the intestinal microbiota in patients with CP of various etiologies, without or with the presence of EPI of varying severity, as well as patients with severe EPI with a history of surgical intervention (SI) on the pancreas.

Materials and methods. A total of 85 patients were included in the study. Patients were divided into groups according to the severity of EPI: Group 1 (n=16) – patients with CP without EPI; Group 2 (n=11) – patients with CP and mild EPI; Group 3 (n=17) – patients with severe CP and EPI; Group 4 (n=41) – severe EPI in persons with a history of SI on the pancreas. Verification of CP was carried out according to clinical, anamnestic and instrumental data. The degree of EPI was determined by the level of pancreatic elastase-1 (PE-1) feces. Informed consent for the study was obtained for each patient, an anamnesis was collected, physical and laboratory examinations were performed, and a stool sample was obtained. DNA was extracted from each stool sample, the taxonomic composition of BM was determined by sequencing the bacterial 16S rRNA genes, followed by bioinformatic analysis.

Results. We followed the changes in the gut microbiota from a group of patients with CP without EPI to a group with severe EPI, in those who underwent SI. At the level of the phylum, the IM of all groups showed the dominance of Firmicutes, with the lowest representation in the severe EPI group, both with SI and CP, and the growth of the Actinobacteria, Verrucomicrobiota and Fusobacteria types. The differential representation of childbirth varied: in patients with severe EPI and CP, compared with mild, statistically significant genera – Akkermansia, Ruminococcus gauvreauii group and Holdemanella; compared with CP without exocrine insufficiency, Prevotella, Ruminococcus gauvreauii group, Peptostreptococcus and Blautia dominated. The CP group with mild EPI was dominated by the following genera: Lachnospiraceae_ND 2004 group, Faecalitalea, Fusobacterium, Catenibacterium, Roseburia, Atopobium, Cloacibacillus, Clostridium innococum group, Ruminococcus torques group. All groups showed a low diversity of taxa with a predominance of opportunistic flora, including participants in oncogenesis.

Conclusion. The results of the study show that patients with CP of various etiologies and patients with severe EPI who underwent specific intervention on the pancreas have intestinal microbiota dysbiosis, the severity of which is significantly influenced by the degree of EPI.

作者简介

Igor Maev

Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6114-564X

акад. РАН, д-р мед. наук, проф., зав. каф. пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии

俄罗斯联邦, Moscow

Anna Levchenko

Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

编辑信件的主要联系方式.
Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3184-7426

врач-гастроэнтеролог, ассистент каф. пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии

俄罗斯联邦, Moscow

Julia Galeeva

Research Institute for Systems Biology and Medicine

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6304-4607

мл. науч. сотр.

俄罗斯联邦, Moscow

Dmitry Andreev

Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4007-7112

канд. мед. наук, доц. каф. пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии

俄罗斯联邦, Moscow

Julia Osipenko

Loginov Moscow Clinical Scientific Center

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6254-3233

врач-гастроэнтеролог отд-ния патологии поджелудочной железы и желчных путей

俄罗斯联邦, Moscow

Dmitry Bordin

Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry; Loginov Moscow Clinical Scientific Center; Tver State Medical University

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2815-3992

д-р мед. наук, проф. каф. пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии, зав. отд-нием патологии поджелудочной железы, желчных путей и верхних отделов пищеварительного тракта, проф. каф. общей врачебной практики и семейной медицины

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow; Tver

Elena Ilyina

Research Institute for Systems Biology and Medicine

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0130-5079

чл.-кор. РАН, проф. РАН, д-р биол. наук, гл. науч. сотр., зам. ген. дир. по научной работе

俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Gardner TB, Adler DG, Forsmark CE, et al. ACG Clinical Guideline: Chronic Pancreatitis. Am J Gastroenterol. 2020;115(3):322-39. doi: 10.14309/ajg.0000000000000535
  2. Löhr JM, Dominguez-Munoz E, Rosendahl J, et al. United European Gastroenterology evidence-based guidelines for the diagnosis and therapy of chronic pancreatitis (HaPanEU). United European Gastroenterol J. 2017;5(2):153-99. doi: 10.1177/2050640616684695
  3. Ивашкин В.Т., Маев И.В., Охлобыстин А.В., и др. Клинические рекомендации Российской гастроэнтерологической ассоциации по диагностике и лечению экзокринной недостаточности поджелудочной железы. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2017;27(2):54-80 [Ivashkin VT, Mayev IV, Okhlobystin AV, et al. Diagnostics and treatment of exocrine pancreatic insufficiency: clinical guidelines of the Russian gastroenterological Association. Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2017;27(2):54-80 (in Russian)]. doi: 10.22416/1382-4376-2017-27-2-54-80
  4. Маев И.В., Кучерявый Ю.А., Андреев Д.Н., Бидеева Т.В. Статус питания больных хроническим панкреатитом. Терапевтический архив. 2016;88(2):81-9 [Maev IV, Kucheryavyi YuA, Andreev DN, Bideeva TV. Nutritional status in patients with chronic pancreatitis. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2016;88(2):81-9 (in Russian)].
  5. Ammer-Herrmenau C, Pfisterer N, Weingarten MF, Neesse A. The microbiome in pancreatic diseases: Recent advances and future perspectives. United European Gastroenterol J. 2020;8(8):878-85. doi: 10.1177/2050640620944720
  6. Gesualdo M, Rizzi F, Bonetto S, et al. Pancreatic Diseases and Microbiota: A Literature Review and Future Perspectives. J Clin Med. 2020;9(11):3535. doi: 10.3390/jcm9113535
  7. Rooks MG, Garrett WS. Gut microbiota, metabolites and host immunity. Nat Rev Immunol. 2016;16(6):341-52. doi: 10.1038/nri.2016.42
  8. Scheithauer TPM, Rampanelli E, Nieuwdorp M, et al. Gut Microbiota as a Trigger for Metabolic Inflammation in Obesity and Type 2 Diabetes. Front Immunol. 2020;11:571731. doi: 10.3389/fimmu.2020.571731
  9. Gurung M, Li Z, You H, et al. Role of gut microbiota in type 2 diabetes pathophysiology. EBioMedicine. 2020;51:102590. doi: 10.1016/j.ebiom.2019.11.051
  10. Forte N, Fernández-Rilo AC, Palomba L, et al. Obesity Affects the Microbiota-Gut-Brain Axis and the Regulation Thereof by Endocannabinoids and Related Mediators. Int J Mol Sci. 2020;21(5):1554. doi: 10.3390/ijms21051554
  11. Coppola S, Avagliano C, Calignano A, Berni Canani R. The Protective Role of Butyrate against Obesity and Obesity-Related Diseases. Molecules. 2021;26(3):682. doi: 10.3390/molecules26030682
  12. Dong LN, Wang M, Guo J, Wang JP. Role of intestinal microbiota and metabolites in inflammatory bowel disease. Chin Med J (Engl). 2019;132(13):1610-4. doi: 10.1097/CM9.0000000000000290
  13. Guan Q. A Comprehensive Review and Update on the Pathogenesis of Inflammatory Bowel Disease. J Immunol Res. 2019;2019:7247238. doi: 10.1155/2019/7247238
  14. Sun M, Wu W, Liu Z, Cong Y. Microbiota metabolite short chain fatty acids, GPCR, and inflammatory bowel diseases. J Gastroenterol. 2017;52(1):1-8. doi: 10.1007/s00535-016-1242-9
  15. Moser G, Fournier C, Peter J. Intestinal microbiome-gut-brain axis and irritable bowel syndrome. Intestinale Mikrobiom-Darm-Hirn-Achse und Reizdarmsyndrom. Wien Med Wochenschr. 2018;168(3-4):62-6. doi: 10.1007/s10354-017-0592-0
  16. Ивашкин В.Т., Зольникова О.Ю. Синдром раздраженного кишечника с позиций изменений микробиоты. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2019;29(1):68-76 [Ivashkin VT, Zolnikova OYu. Irritable Bowel Syndrome in Terms of Changes in the Microbiota. Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2019;29(1):68-76 (in Russian)]. doi: 10.22416/1382-4376-2019-29-1-84-92
  17. Евсютина Ю.В., Ивашкин В.Т. Роль микробиома в развитии заболеваний поджелудочной железы. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2017;27(3):11-7 [Evsyutina YuV, Ivashkin VT. Microbiome role in pancreatic diseases development. Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2017;27(3):11-7 (in Russian)]. doi: 10.22416/1382-4376-2017-27-3-11-17
  18. Brubaker L, Luu S, Hoffman K, et al. Microbiome changes associated with acute and chronic pancreatitis: A systematic review. Pancreatology. 2021;21(1):1-14. doi: 10.1016/j.pan.2020.12.013
  19. Schepis T, De Lucia SS, Nista EC, et al. Microbiota in Pancreatic Diseases: A Review of the Literature. J Clin Med. 2021;10(24):5920. doi: 10.3390/jcm10245920
  20. Pan LL, Li BB, Pan XH, Sun J. Gut microbiota in pancreatic diseases: possible new therapeutic strategies. Acta Pharmacol Sin. 2021;42(7):1027-39. doi: 10.1038/s41401-020-00532-0
  21. Шаликиани Н.В., Бакулин И.Г., Дубинкина В.Б., и др. Особенности состава микробиоты кишечника у пациентов с алкогольным циррозом печени. Терапевтический архив. 2015;87(12):59-65 [Shalikiani NV, Bakulin IG, Dubinkina VB, et al. Specific features of the enteric microbiota composition in patients with alcoholic liver cirrhosis. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2015;87(12):59-65 (in Russian)]. doi: 10.17116/terarkh2015871259-65
  22. Frost F, Weiss FU, Sendler M, et al. The Gut Microbiome in Patients With Chronic Pancreatitis Is Characterized by Significant Dysbiosis and Overgrowth by Opportunistic Pathogens. Clin Transl Gastroenterol. 2020;11(9):e00232. doi: 10.14309/ctg.0000000000000232
  23. Zhou CH, Meng YT, Xu JJ, et al. Altered diversity and composition of gut microbiota in Chinese patients with chronic pancreatitis. Pancreatology. 2020;20(1):16-24. doi: 10.1016/j.pan.2019.11.013
  24. Frost F, Kacprowski T, Rühlemann M, et al. Impaired Exocrine Pancreatic Function Associates With Changes in Intestinal Microbiota Composition and Diversity. Gastroenterology. 2019;156(4):1010-5. doi: 10.1053/j.gastro.2018.10.047
  25. Ciocan D, Rebours V, Voican CS, et al. Characterization of intestinal microbiota in alcoholic patients with and without alcoholic hepatitis or chronic alcoholic pancreatitis. Sci Rep. 2018;8:4822. doi: 10.1038/s41598-018-23146-3
  26. Jandhyala SM, Madhulika A, Deepika G, et al. Altered intestinal microbiota in patients with chronic pancreatitis: implications in diabetes and metabolic abnormalities. Sci Rep. 2017;7:43640. doi: 10.1038/srep43640
  27. Hamada S, Masamune A, Nabeshima T, Shimosegawa T. Differences in Gut Microbiota Profiles between Autoimmune Pancreatitis and Chronic Pancreatitis. Tohoku J Exp Med. 2018;244(2):113-7. doi: 10.1620/tjem.244.113
  28. Bell ME, Bernard KA, Harrington SM, et al. Lawsonella clevelandensis gen. nov., sp. nov., a new member of the suborder Corynebacterineae isolated from human abscesses. Int J Syst Evol Microbiol. 2016;66(8):2929-35. doi: 10.1099/ijsem.0.001122

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Study participants. Division into groups.

下载 (111KB)
索引源数据
3. Fig. 2. The distribution of participants in study groups by age.

下载 (81KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Ratios of participants in study groups by body mass index.

下载 (73KB)
索引源数据
5. Fig. 4. The distribution of participants in study groups by body mass index.

下载 (91KB)
索引源数据
6. Fig. 5. The distribution of pancreatic fecal elastase-1 levels in the study groups.

下载 (80KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Etiology of chronic pancreatitis according to the international classification TIGAR-O.

下载 (57KB)
索引源数据
8. Fig 7. Etiological factors of surgery according to medical history.

下载 (125KB)
索引源数据
9. Fig. 8. Heat map of the abundance of prokaryotic organisms in fecal samples of 85 patients with chronic pancreatitis and exocrine pancreatic insufficiency (indicated in green, orange, blue, and pink).

下载 (1MB)
索引源数据
10. Fig. 9. Taxonomic α-diversity of the intestinal microbiota in the study groups.

下载 (70KB)
索引源数据
11. Fig. 10. Graph of the similarity of the taxonomic composition (β-diversity) of the intestinal microbiota in patients with chronic pancreatitis and exocrine pancreatic insufficiency, measured using non-metric multidimensional scaling (NMDS) by species diversity (Brea–Certis dissimilarity) using the principle component analyses.

下载 (109KB)
索引源数据
12. Fig. 11. Graph of the relative abundance of the four most common types of fecal specimens of all patients with chronic pancreatitis and different degrees of exocrine pancreatic insufficiency.

下载 (102KB)
索引源数据
13. Fig. 12. Visualization of the intestinal microbiota balance in patients with varying degrees of exocrine pancreatic insufficiency using a CoDa-dendrogram (top-10 common families were selected for analysis).

下载 (92KB)
索引源数据
14. Fig. 13. Analysis of the differential abundance of 16S bacterial amplicons agglomerated at the genus level and associated with groups 1, 2, and 3. The statistical significance level calculated from the analysis results for each differentially abundant genus is displayed to the right and left of the columns.

下载 (214KB)
索引源数据
15. Fig. 14. Analysis of the differential abundance of 16S bacterial amplicons agglomerated at the genus level and associated with groups 2, 3, and 4. The statistical significance level calculated from the analysis results for each differentially abundant genus is displayed to the right and left of the columns.

下载 (207KB)
索引源数据

版权所有 © Maev I.V., Levchenko A.I., Galeeva J.S., Andreev D.N., Osipenko J.V., Bordin D.S., Ilyina E.N., 2023

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0国际许可协议的许可。
 
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».