研究背景
胰腺外分泌在消化系统中起着至关重要的作用。腺泡细胞合成和分泌大部分消化酶，而导管细胞分泌大量富含碳酸氢盐的液体。胰腺外分泌功能障碍会导致消化不良，导致脂肪泻和体重减轻。在慢性胰腺炎中，常伴有胰腺外分泌功能降低(RPF)，肠道细菌过度生长的报道屡见不鲜。然而，到目前为止，还没有一项基于人群的研究调查胰腺外分泌功能对普通人群肠道微生物组成的影响。本文于年3月，发表于Gastroenterology，影响因子17.37。其第一作者FabianFrost来自德国格赖夫斯瓦尔德大学·内科A，主要从事消化内科，肾脏内科，风湿病，内分泌科方向的研究。通讯作者MarkusM.Lerch医院的医学教授、主任医师和首席执行官。他的研究方向包括胰腺疾病的病理生理学、细胞生物学和遗传学。最近的研究也探讨了与胰腺炎和胰腺癌易感性有关的生物标志物、代谢组学和微生物群的变化。研究结果
01.肠道微生物的β多样性与胰腺弹性蛋白酶水平显著相关
为了研究肠道微生物与胰腺弹性蛋白酶水平之间的关系，课题组对个样本用酶联免疫吸附试验测定了粪便胰腺弹性蛋白酶水平。对所有粪便样本进行16S核糖体RNA基因测序分析测定患者肠道菌群。并通过β-多样性“Bray-CurtisDisifference”(BC)评估微生物样本之间的差异程度。图A显示了基于BC的主坐标分析(PCoA)的前两个主轴。根据样本的胰弹性蛋白酶水平对其进行着色，通过进行变异分析，将胰腺弹性蛋白酶水平与BC联系起来。图B显示了不同因素对β多样性的影响，相较于其他因素，胰腺弹性蛋白酶水平的变化比所有其他因素更能解释微生物的变化。另外图中还显示了16种饮食对微生物多样性的影响。02.肠道微生物的β多样性与胰液分泌存在相关性，但弱于胰腺弹性蛋白酶
为了研究肠道微生物与胰液分泌之间的关系，对其中名愿意接受促胰液素刺激的样本用磁共振胰胆管成像（SMRCP）对胰液分泌（PFO）进行了定量成像，并分析其与肠道微生物多样性之间的关系。PFO主要由胰泌素刺激后导管细胞分泌的富含碳酸氢盐的液体组成。图C显示了PFO与BC之间的关系，结果显示PFO与肠道微生物多样性存在显著相关性，但相关性较胰腺弹性蛋白酶弱（图D）。03.与胰腺外分泌功能变化相关的菌属
为了确定所有与胰腺外分泌功能变化相关的分类群，课题组调查了胰腺弹性蛋白酶水平与属丰度数据的关系，确定了30个相关分类群。经混杂因素校正后，与胰腺外分泌功能呈负相关的有12个，与胰腺外分泌功能呈正相关的有18个（图E）。第一列显示原始属数据与胰腺弹性蛋白酶水平的相关性(RHO)，而第二列显示校正假定混杂因素后调整丰度漂移(AAS)的方向。第3栏显示了重要性级别。所有的分类群都是按照它们的平均相对丰度排序的(从上到下)。04.胰腺外分泌功能降低会导致类杆菌减少，普雷沃特氏菌增多。为了研究特定的菌属与胰腺外分泌功能降低（RPF）之间的关系，课题组使用常用的每克粪便微克粪便胰弹性蛋白酶为分界值，在名受试者中鉴定出有显著RPF的名(9.5%)。与胰腺弹性蛋白酶水平高于阈值的个体相比，RPF病例在几个混杂因素上存在差异。为了避免混淆带来的偏颇结果，我们选择了个表型匹配的对照个体作为对照组。下图显示，RPF组与对照组相比，微生物β多样性有明显的区别。注：椭圆围绕着各个样本95%的数据，菱形表示每组的质心。比较RPF组（图B）和对照组（图A）的属丰度数据，课题组确定了22个丰度显著不同的分类群。特别是，与对照组相比，普雷沃特菌（Prevotella）的相对丰度增加了%（q0.，Mann-Whitney检验），而最丰富的拟杆菌（Bacteroides）属减少了38%（q0.，Mann-Whitney检验）。在完整队列（Fig.S5）和对照组（Fig.S6）中均呈双峰分布的普雷沃特菌，在RPF病例中呈几乎单峰的高丰度分布。按照Arumugam等人的描述进行肠型聚类，课题组确定了以拟杆菌或普氏杆菌为主的两组。下图A显示，完整队列（n=）中以拟杆菌为主的样本有例，普氏杆菌为主的有例，图B表示胰腺弹性蛋白酶、类杆菌和普氏杆菌对β多样性的贡献。每个属的箭头长度(绿色)由它们所在样本位置的加权平均值定义。图C表示拟杆菌(棕色)和普氏杆菌(绿色)在肠型-1和-2中的相对丰度。分析对照组和RPF病例的肠型比例发现，RPF病例从1型（拟杆菌为主）向2型（普氏菌为主）明显转变（P0.，Fisher精确检验）。总结与讨论
本研究表明，胰腺外分泌功能对肠道微生物组的组成有显著影响。SMRCP测定的胰液分泌(导管细胞产物)与胰腺弹性酶(腺泡细胞产物)相比，相关性明显较小，这表明腺泡细胞的分泌主要负责胰腺对肠道微生物组的调节。这就引出了一个问题，即腺泡细胞的哪个产物导致了实验中观察到的效应？在依赖有氧培养的早期研究中，抑制犬胰液中的蛋白水解酶不会削弱其对选定细菌菌株的抗菌活性，这意味着胰腺消化蛋白酶不是抗菌特性的载体。在胰腺外分泌功能不全的狗中，补充消化酶不能防止微生物的失调，进一步证明消化酶不是调节微生物群组成的因素。除了消化蛋白酶，胰腺腺泡细胞还分泌抗菌肽。最近在小鼠身上的一项研究表明，胰腺腺泡细胞钙选择离子通道Orai1的缺失会导致严重而致命的肠道细菌过度生长。Orai1-/-小鼠胰腺提取物中抗菌化合物中放线菌素相关肽(CRAMP)的含量明显降低。补充消化酶未能防止肠道生物失调，而补充CRAMP显著提高了存活率。但是当我们检测RPF患者粪便中的放线菌素肽（CAMP）并与对照组比较时，我们没有检测到显著的差异(图C)。这并不排除抗菌肽是导致微生物组成改变的腺泡细胞因子，因为已经发现中性粒细胞和结肠上皮细胞也表达CAMP。肠内CAMP分泌可能因此补偿受损的胰腺CAMP分泌。微生物区系组成变化的另一种解释可能是RPF增加了大肠中复杂碳水化合物的利用率，作为各种微生物区系物种的营养底物。在与胰腺弹性蛋白酶减少共同出现的不良生物变化中，普雷沃泰氏菌(一种与促进慢性炎症有关的细菌)明显增多。据报道，某些普雷沃特氏菌产生的硫酸能可通过细胞凋亡诱导胰腺损伤，甚至可能导致胰腺外分泌功能的进一步下降。综上所述，这是第一个以人群为基础的研究，表明胰腺外分泌功能是迄今为止已知的影响人类肠道微生物群形成的最重要的因素。如此显著地调节肠道微生物群组成的具体胰腺分泌物目前尚不清楚(CRAMP除外)，RPF受试者微生物组成改变导致的病理生理后果也有待进一步研究。导师：孙志广稿件编辑：祖广全稿件审阅：孙志广预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇