与儿童艰难梭菌感染复发相关的肠道微生物和代谢特征

Gut Microbial and Metabolic Features Associated With Clostridioides difficile Infection Recurrence in Children

作者信息Xiaolu Li, Fangfei Xiao, Xufei Wang, Lin Ye, Yongmei Xiao, Dan Li, Ting Zhang, Yizhong Wang
PMID39319090
发布时间2024-09-03
DOI10.1093/ofid/ofae506

实验完整度

中

包含前瞻性队列、16S rRNA测序和靶向代谢组学分析,进行了菌群多样性和代谢物差异比较及相关性分析,但缺乏功能验证和机制实验。

主要模型

84例儿童原发性CDI患者粪便样本 复发和非复发队列

重点核对

患者分组:复发组(26例)与非复发组(58例) 粪便样本采集时间:初次诊断时,抗生素治疗前 16S rRNA基因测序:V3-V4区,引物341F/806R 靶向代谢组学:UPLC-MS/MS分析粪便代谢物 统计分析:Wilcoxon秩和检验,PERMANOVA,LEfSe,PLS-DA

摘要

背景:复发性艰难梭菌感染(CDI)是一个关键的临床问题,因其发病率增加且治疗困难。我们旨在在一组儿科CDI患者中识别与疾病复发相关的肠道微生物和代谢特征。方法:前瞻性纳入了84名原发性CDI儿童。在初次诊断时收集粪便样本,进行16S rRNA基因测序和靶向代谢组学分析,以分析细菌组成和代谢组。结果:84名(31.0%)儿科CDI患者中有26名经历了复发。复发组的粪便微生物α多样性显著低于非复发组,β多样性与非复发组不同。分类学特征显示,复发组和非复发组之间多个细菌类群的相对丰度存在显著差异。线性判别分析效应大小(LEfSe)分析确定了几个区分复发组和非复发组的细菌属,包括Parabacteroides、Coprococcus、Dialister和Clostridium。复发组中几种产生短链脂肪酸(SCFA)的细菌(Faccalibacterium、Butyricicoccus、Clostridium、Roseburia和Ruminococcus)丰度较低,这些与粪便SCFA水平降低相关。此外,几种胆汁酸,包括石胆酸(LCA)、12-酮基LCA、三羟基胆烷酸和脱氧胆酸,在复发患者中降低。结论:我们的研究表明,儿科CDI患者不同的肠道微生物群谱可能通过调节SCFA浓度和胆汁酸谱来促进疾病复发。肠道微生物群和代谢物特征可用于预测儿童CDI的疾病复发。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
儿童原发性CDI患者中,肠道微生物群和代谢物特征是否与疾病复发相关?
核心机制
复发患者的肠道菌群失调可能通过调节短链脂肪酸浓度和胆汁酸谱来促进CDI复发。
主要证据
研究发现复发组患者粪便微生物α多样性显著降低,多种SCFA产生菌(如Faecalibacterium、Clostridium等)丰度降低,且与粪便SCFA水平降低相关;同时多种胆汁酸(如LCA、DCA等)水平降低。
研究意义
肠道微生物群和代谢物特征可能用于预测儿童CDI的疾病复发,为早期识别和治疗提供潜在靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

患者纳入与分组

收集符合标准的原发性CDI患儿,并根据疾病是否复发进行分组。

前瞻性纳入了84名儿童原发性CDI患者,根据随访结果分为非复发组(58例)和复发组(26例)。

2

粪便样本收集与处理

获取用于微生物和代谢分析的粪便样本。

在初次诊断时、抗生素治疗前收集粪便样本,储存于-80°C。

3

肠道菌群16S rRNA测序分析

比较复发与非复发患者肠道菌群的组成和多样性差异。

提取粪便DNA,扩增16S rRNA V3-V4区,进行Illumina NovaSeq测序,分析α多样性、β多样性及差异菌群。

4

粪便代谢物靶向定量分析

比较复发与非复发患者粪便代谢物的差异。

对粪便样本进行靶向代谢组学分析,检测并定量多种代谢物,包括SCFAs、胆汁酸等,使用UPLC-MS/MS系统。

5

菌群与代谢物相关性分析

探索差异菌群与差异代谢物之间的关联。

使用Spearman秩相关分析评估差异细菌属与差异代谢物的相关性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
QIAamp DNA粪便迷你试剂盒Qiagen--
NanoDrop ND-1000分光光度计Thermo Fisher Scientific--
TruSeq Nano DNA LT文库制备试剂盒Illumina--
Agilent 2100生物分析仪Agilent Technologies--
Illumina NovaSeq平台Illumina--
ACQUITY UPLC-Xevo TQ-SWaters--
TMBQ软件Metabo-Profile--
iMAPMetabo-Profile--
SPSS软件版本25.0IBM--
FastQCBabraham Bioinformatics--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
患者纳入
纳入标准为年龄<16岁、诊断为原发性非复杂性CDI,排除标准为合并其他胃肠道疾病等;需核对具体定义和样本量(84例)。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Study Design部分
粪便样本采集
采集时间点为初次诊断时且抗生素治疗前;储存条件为-80°C。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Study Design部分
16S rRNA测序
扩增区域V3-V4,引物341F/806R;文库构建试剂盒;测序平台;生物信息学流程(QIIME2、DADA2、Greengenes)。
阅读提示:参见Materials and Methods中的DNA Extraction and 16S rRNA Sequencing及Sequencing Data Processing and Analysis部分
代谢组学分析
样本量(5mg冻干粪便)、衍生化步骤、UPLC-MS/MS条件(流速0.4mL/min)、数据处理软件(TMBQ、iMAP)、统计分析(VIP>1, P<.05)。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Quantification of Fecal Metabolites部分
统计与复发定义
复发定义为症状发作且检测阳性,需核对具体时间范围(2-8周);统计方法(Wilcoxon秩和检验、PERMANOVA等)。
阅读提示:参见Materials and Methods中的Statistical Analyses部分及引言中的复发定义