大队列告诉你：儿童 T1D 的肠道病毒组

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文献速递

本文对大量 HLA 型显示为高患病风险的儿童从 3 月龄起每隔一个月跟踪取样，直到发生胰岛自身免疫综合征（IA）或 I 型糖尿病（T1D），共收集 500 患病儿童，得到近 13,000 份粪便样本，并一一匹配年龄、性别、地区、HLA 表型一致的健康表型儿童，通过分析他们粪便样本中的病毒组情况，发现了一些导致患病率上升的病毒相关因素。

文本的研究显示，在一些幼儿中，长时间的肠道病毒 B 感染可能与 IA 发病相关，但与 T1D 无关。此外，部分发病儿童与早期的人类腺病毒 C 感染相关。同时位于 CXADR 基因上的 SNP rs6517774 的表型与 IA 独立相关。

Keywords: T1D, Virome

Title: Prospective virome analyses in young children at increased genetic risk for type 1 diabetes

DOI: 10.1038/s41591-019-0667-0

Journal: Nature Medicine [IF 30.641]

First Authors: Kendra Vehik

Correspondence: Kendra Vehik

Affiliation: Health Informatics Institute, Morsani College of Medicine, University of South Florida, Tampa, FL, USA

Published: 2019-12-01

研究背景

病毒与胰岛 β 细胞自身免疫破坏有关，导致胰岛素缺乏和 1 型糖尿病（T1D）。某些肠病毒可在体外感染 β 细胞，并已在 T1D 患者的胰岛中检测到。但由于 RNA 病毒的高突变率，感染周期和为了感染更多人类导致的选择压力，无法将病毒与胰岛自身免疫综合征（IA）直接关联。

研究思路

① 样本情况    1. 383 个儿童胰岛自身免疫（IA）和112 个儿童（T1D）    2. 巢式匹配的健康人样本（来源TEDDY）    3. 分别来自 6 个地区，科罗拉多州（COL），乔治亚、佛罗里达（GEO），华盛顿（WAS），芬兰（FIN），德国（GER），瑞典（SWE）    4. 从三个月大开始，每个月取样，直到疾病发生。    5. 总共对取得 8,654 份粪便样本用于 IA 研究，3,380 份样本用于 T1D 研究② 病毒组分析    1. 为了研究 DNA 和 RNA 病毒，将整体核酸提取并逆转录后进行二代测序    2. 同时还用对病毒敏感的细胞培养扩增了肠病毒    3. 利用 VirMAP 流程对病毒组进行分析    4. 主要判定标准为 OR 值（odds ratio）

研究结果

1样本病毒组的分布情况

病毒组结果含有 621 个物种，包含 96 个真核病毒属和 57 个噬菌体属。在小于3 岁的5,725 个样本中 72% 为噬菌体，20% 为哺乳动物病毒，8% 为食物来源的植物病毒（图1a）。其中 55.8% 的样本都含有至少一种哺乳动物病毒。

在丰度最高的 20 种哺乳动物病毒中，丰度最高的肠病毒为肠道病毒B （EV-B）和肠道病毒A （EV-A）（图1b）。更进一步，这两种肠病毒可以分为不同的血清型（serotypes）（图1c）。

接下来通过以下三个方面观察这 20 种病毒与 IA 的发病之间的关系：

1.儿童含有某种病毒阳性的样本数；

2.儿童在早期（3-6月）某病毒是否为阳性；

3.儿童是否存在某病毒连续阳性样本的情况（图1def）。

从结果中发现，EV-A 和 EV-B 的阳性样本数，连续感染和 IA 发病相关；儿童早期腺病毒 C 阳性与 IA 发病相关。另外还发现了人类腺病毒 F 与 IA 发展相关，除了 11 个病毒阳性的个体，另外的个体中发现了血清型 HAdV-F41（人类腺病毒F的一种血清型）。除此之外，虽然不显著，但在部分样本中发现人类腺病毒C存在部分IA儿童中，而对照为阴性。

图 1. 病毒的丰度分布情况；与病毒发展情况和IA发病的关联

2不同地区间 IA 发病与病毒的关系

研究中涉及的样本来自 6 个不同的地区，比较发现来自芬兰的样本比其他地区 EV-B和 EV-A 病毒阳性的人群比例要小。由于每个 IA 患儿都有匹配的健康儿童对照，对于病毒阳性的情况，可以分为与对应的患儿、对照同时阳性和对应的患儿、对照为阴性的情况。在地区间的比较中，通过比较患儿和健康儿童，对应样本为阳性和阴性的人数，可以确定特定病毒的阳性情况与 IA 的发病间在指定地区内是否有显著关联。

最终，在 6 个地区的结果中，得到了较为一致的结果，人类腺病毒 C 在早期的阳性和EV-B 病毒的连续阳性都与 IA 发病显著关联。（图2）

图 2. 在不同地区，EV-A、EV-B、人类腺病毒C和人类腺病毒F（从左之右）在早期阳性（a-d）和连续阳性（e-h）对IA发病的影响；红色为IA患儿；蓝色健康儿童；深色为对应样本为病毒阴性；浅色为对应样本为病毒阳性

3与 IA 发展相关的病毒相关的人类基因组 SNP 也与 IA 发病相关

为了进一步探究 EV-B 和 IA 之间的关系，所以检查人类基因组上与反病毒相关相关的SNP。这些 SNP 中包含与 IA 相关的 SNP，以及与 EV-B 存在与否相关的 SNP。主要关注在柯萨奇（胰岛β细胞表面的柯萨奇）和腺病毒受体基因（CXADR）区（chr21q21.1）的SNP。

结果显示了 5 个与 IA 风险相关的 SNP，其中有一个为 CXADR 区域中 rs6517774，这个位点的 G 等位基因的携带者，发生 IA 的风险增加。

同时发现长期或多次的人类腺病毒 F 感染也会增加 IA 的患病风险，而单次的感染对IA 患病风险无显著影响。（图3）

总结下来，影响 IA 发病的因素包括 HLA 基因型、SNP 基因型和病毒感染情况。

图 3. 从上至下为在IA患儿和健康对照间得到的显著与IA发病相关的HLA基因型，SNPs和病毒情况

结论与讨论

作为 TEDDY 项目的一部分，本文收集了大量从早期开始的长期跟踪数据，从发病前的肠道宏基因组数据中的病毒组数据剖析了病毒感染与 IA 发病之间的关系。并将病毒的感染情况分成早期感染、连续感染、多次感染等情况，最终确定了肠病毒 B 和人类腺病毒 C 与 IA 发病之间的显著关系。

M菌 · 笔记

① 文章的病毒组实验方法值得参考，并非特异提取病毒的核酸，而是将常规的宏基因组核酸提取后进行逆转录，以覆盖RNA病毒的情况。这样测序的数据也可以进行宏基因组的细菌和真菌分析等。

② 肠道中展现出来的病毒感染，对儿童早期的免疫系统发育影响较大。值得相关人士多加关注。

参考文献

Vehik K, Lynch K F, Wong M C, et al. Prospective virome analyses in young children at increased genetic risk for type 1 diabetes[J]. Nature Medicine, 2019, 25(12): 1865-1872.

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撰稿 | J    责编 | NSC

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