腹泻型肠易激综合征患儿肠道菌群的定量分析
Quantitative Profiling of Gut Microbiota of Children with Diarrhea-Predominant Irritable Bowel Syndrome
The American Journal of Gastroenterology (2012)
doi:10.1038/ajg.2012.287
Abstract
OBJECTIVES: Human intestinal microbiota has a number of important roles in human health and is also implicated in several gastrointestinal disorders. The goal of this study was to determine the gut microbiota in two groups of pre- and adolescent children: healthy volunteers and children diagnosed with diarrhea-predominant irritable bowel syndrome (IBS-D).
METHODS: Phylogenetic Microbiota Array was used to obtain quantitative measurements of bacterial presence and abundance in subjects’ fecal samples. We utilized high-throughput DNA sequencing, quantitative PCR, and fluorescent in situ hybridization to confirm microarray findings.
RESULTS: Both sample groups were dominated by the phyla Firmicutes, Bacteroidetes, and Actinobacteria, which cumulatively constituted 91% of overall sample composition on average. A core microbiome shared among analyzed samples encompassed 55 bacterial phylotypes dominated by genus Ruminococcus; members of genera Clostridium, Faecalibacterium, Roseburia, Streptococcus, and Bacteroides were also present. Several genera were found to be differentially abundant in the gut of healthy and IBS groups: levels of Veillonella, Prevotella, Lactobacillus, and Parasporobacterium were increased in children diagnosed with IBS, whereas members of Bifidobacterium and Verrucomicrobium were less abundant in those individuals. By calculating a nonparametric correlation matrix among abundances of different genera in all samples, we also examined potential associations among intestinal microbes. Strong positive correlations were found between abundances of Veillonella and both Haemophilus and Streptococcus, between Anaerovorax and Verrucomicrobium, and between Tannerella and Anaerophaga.
CONCLUSIONS: Although at the higher taxonomical level gut microbiota was similar between healthy and IBS-D children, specific differences in the abundances of several bacterial genera were revealed. Core microbiome in children was dominated by Clostridia. Putative relationships identified among microbial genera provide testable hypotheses of cross-species associations among members of human gut microbiota.
人体肠道微生物群在人体健康中具有重要的作用，并与多种胃肠道疾病有关。在公认与肠道菌群失衡有关的疾病中，肠易激综合症是一种全球范围内的常见病，影响着约10% - 20%的人群。该综合征不仅影响成年人，而且影响儿童和青少年，其发病率呈上升趋势。
最近的一些研究评估了健康和IBS受试者以及诊断为不同IBS亚型的患者肠道远端微生物群组成的差异。但是这些研究的结果并没有显示出很强的一致性。之前绝大多数比较肠易激综合征患者和健康对照组肠道菌群的研究都是在成人身上进行的，而涉及儿童患者的研究则相对较少。
虽然肠道菌群以前被认为在大一些的儿童和成人之间是相似的，但是我们最近发现在健康的成年人和健康的青少年之间存在着肠道菌群的差异。
在这项工作中，作者使用人体肠道微生物特异性系统发育微生物群阵列，目的是确定患有腹泻型肠易激综合征（IBS-D）的学龄前和青春期儿童的粪便微生物群是否与健康儿童存在不同之处。
研究对象：22例腹泻型肠易激综合征（IBS-D）的儿童(年龄范围:8-18岁，平均年龄:13.2岁;10名男性，12名女性)，22例健康的学龄前和青少年志愿者(年龄范围:11-18岁，平均12岁。6年;男性10例，女性12例)作为对照组。
入组标准：
健康的志愿者没有任何胃肠道症状，参与研究的儿童在研究前均未服用益生菌补充剂，在研究前均未服用抗生素至少6个月；
IBS-D患者，排除了导致儿童腹痛的器质性疾病，确诊的儿童都符合罗马II IBS标准。
实验方法：收集受试者粪便样品，评估在健康儿童和IBS-D儿童的肠道菌群中是否可以检测到任何特殊的差异。
检测方法：16S rDNA高通量测序（V1–V2–V3区）、荧光原位杂交（FISH）、实时定量PCR (qPCR)。
研究结果：
两组样品均以厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门为主，平均合计占总样品组成的91%；
分析样品共享的核心微生物群包括以瘤胃球菌属（Ruminococcus）为主的 55个类群；还发现了梭菌属（Clostridium），柔嫩梭菌属（Faecalibacterium），罗斯氏菌属（Roseburia），消化链球菌属（Streptococcus）和拟杆菌属（Bacteroides）；
在健康组和IBS组的肠道中发现了几个不同的菌群，在诊断为IBS的儿童中韦荣氏球菌属（Veillonella），普雷沃氏菌属（Prevotella），乳酸杆菌属（Lactobacillus）和Parasporobacterium的水平升高，而在这些个体中，双歧杆菌属（Bifidobacterium）和疣微菌属（Verrucomicrobium）的数量较少；
通过计算所有样本中不同属丰度之间的非参数相关矩阵，作者还检验了肠道微生物之间的潜在联系。其中韦荣氏球菌属丰度与嗜血杆菌属（Haemophilus）和消化链球菌属的丰度呈显著正相关；厌氧贪食菌属（Anaerovora）丰度与疣微菌属丰度显著正相关、福赛斯坦纳菌属（Tannerella）丰度与Anaerophaga的丰度显著正相关。
结论：
虽然在较高的分类水平上，健康儿童和IBS-D儿童的肠道微生物群相似，但在几种细菌属的丰度方面存在特定差异。儿童核心微生物群以梭状芽胞杆菌为主。微生物属间的假定关系为人类肠道微生物群成员间的跨物种关联提供了可验证的假设。
Figure 1. Distribution of bacterial relative abundances among samples.
图1. 样品间细菌相对丰度分布。不同的样本用柱状图表示;分析的属被绘制成行。每个属的相对丰度是用图中所示的梯度比例尺显示的。样品名称显示在每一栏的顶部。样品kIBS02缺少柔嫩梭菌属（Faecalibacterium）成员，用一个边框突出显示。竖线分隔kIBS和kHLT样本。右边显示了12个最丰富的属；图片左侧显示了四个最丰富门的属分配。数字分别代表kIBS和kHLT样本中每组的相对平均丰度(加权平均)。
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