维生素A缺乏对持续性腹泻儿童肠道微生物群结构分离的影响

Vitamin A deficiency impacts the structural segregation of gut microbiota in children with persistent diarrhea

Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition (2016) 

DOI：10.3164/jcbn.15-148

Abstract

To investigate whether gut microbiota is associated with vitamin A nutritional levels in children with persistent diarrhea, a total of 59 pediatric patients with persistent diarrhea aged 1–12 months were selected from the Department of Gastroenterology at the Children’s Hospital of Chongqing Medical University, China. Subjects were hospitalized and divided into VA-deficient (n = 30) and VA-normal (n = 29) groups according to their venous serum retinol levels. Fecal samples from all 59 subjects were collected immediately after admission and analyzed by Illumina MiSeq for 16S rRNA genes to characterize the overall microbiota of the samples. The gut microbiota of the VA-deficient and VA-normal groups were compared using a bioinformatic statistical approach. The Shannon index (p = 0.02), Simpson index (p = 0.01) and component diagram data indicated significantly lower diversity in the VA-deficient than the VA-normal group. A metagenome analysis (LEfSe) and a differentially abundant features approach using Metastats revealed that Escherichia coli and Clostridium butyricum were the key phylotypes of the VA-normal group, while Enterococcus predominated the VA-deficient group. In conclusion, the diversity of gut microbiota and the key phylotypes are significantly different in children with persistent diarrhea at different VA nutritional levels.

关键词：维生素A缺乏；肠道微生物；关键菌群；迁延性腹泻；儿童

腹泻是发展中国家儿童的第二大死因，每年导致150万～250万五岁以下儿童死亡。持续腹泻超过14天则被认为是迁延性腹泻或慢性腹泻。在发展中国家迁延性腹泻与大于50%以上的腹泻相关死亡有关。迁延性腹泻有多种原因，包括感染、蛋白质能量营养不良、过敏和食物不耐受。致病菌感染及肠道屏障损坏被认为是迁延性腹泻的主要机制。

维生素A缺乏是一个重要的营养问题，儿童基金会和世界卫生组织将其定义为全球公共卫生问题。腹泻发生的增加与维生素A缺乏的流行有关。Qiu等研究表明维生素A缺乏在腹泻儿童中的发生率是普通儿童的2.37倍，并且，补充维生素A可以降低儿童腹泻的发病率和死亡率。在孟加拉国维生素A已经显著降低了迁延性腹泻儿童的住院率。然而补充维生素A治疗迁延性腹泻的机制仍然不是很清晰。

本研究的既往研究发现，127个迁延性腹泻儿童中，81.89%患有维生素A缺乏；94.49%患有微生物菌群失调；78.74%同时患有维生素A缺乏和微生物菌群失调。

印度的一项调查表明维生素A缺乏是迁延性腹泻的一个独立危险因素。Amit Romach等也表明维生素A缺乏饮食增加小鼠胃肠道的细菌数量并且改变它们的小肠微生物群。

但是，很少有报告显示维生素A水平与儿童迁延性腹泻肠道微生物群相关。因此，本研究通过检测具有不同维生素A水平的迁延性腹泻儿童，其肠道微生物变化和关键菌种变化，旨在解释维生素A水平与迁延性腹泻儿童的肠道微生物群的相关性。

研究对象：59名儿科患者

入组标准：研究对象选自中国重庆医科大学儿童医院肠胃科；年龄：1-12月龄；满足迁延性腹泻诊断标准

实验方法：研究对象被安排住院，并按照静脉血清视黄醇水平分为维生素A缺乏组（n=30）及维生素A正常组（n=29）。研究对象排便后立即采集其粪便样本，检测总体微生物群，通过生物信息统计分析方法对两组结果进行对比分析。

检测方法：16S rRNA基因V4–V5区高通量测序

研究结果：

• 维生素A缺乏组的肠道微生物多样性明显低于维生素A正常组。The Shannon index (p = 0.02) ；Simpson index (p = 0.01) ；

• 大肠杆菌（Escherichia coli）和酪酸梭状芽胞杆菌(Clostridium butyricum) 是维生素A正常组人群肠道中关键菌种，而肠球菌（Enterococcus）在维生素A缺乏组中占优势；

• 肠道菌群的多样性和关键菌种在不同维生素A营养水平的迁延性腹泻儿童中有明显的不同。

• 粪便微生物群的MiSeq测序表明，产丁酸盐菌的减少和条件致病菌的增加可能部分导致维生素A缺乏组菌群多样性降低。

结论：

在不同维生素A的营养水平下，持续性腹泻儿童肠道微生物群的多样性和主要的系统类型有显著差异。

补充知识点：

未来的研究方向应着重于有关丁酸盐生产差异、条件致病菌的存在以及维生素A营养水平影响迁延性腹泻儿童细菌多样性和肠道微生物群变化的生物学机制的其他功能证据。

Fig. 3. Gut microbiota diversity comparison of the VAD and VAN groups of children with PD via Shannon curves. 

图3 通过Shannon曲线法比较维生素A缺乏组和维生素A正常组迁延性腹泻儿童肠道微生物群的多样性。利用Mothur软件得到Shannon曲线。蓝色曲线表示维生素A缺乏组的迁延性腹泻儿童，红色曲线表示维生素A正常组的迁延性腹泻儿童。请参阅在线版本中的颜色图。

Fig. 6. Heatmap analysis of the significantly different 20 genera in the gut microbiota of the VAD and VAN groups of children with PD. 

图6. 维生素A缺乏组和维生素A正常组迁延性腹泻患儿的肠道微生物群中具有显著性差异的20个属的热图分析。热图分析显示每个属（Y轴）在每个样本（X轴）中的相对比例。每个样本中每个属的相对丰度由图底部的颜色强度表示。请参阅线上版本中的颜色图。

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