彎曲菌腸炎感染后腸功能障礙的特征是微生物多樣性降低和微生物群恢復(fù)受損

導(dǎo)讀   腸胃炎后持續(xù)性腸功能障礙(感染后(PI)-BD))已得到廣泛認(rèn)可，但微生物群的相關(guān)變化尚不清楚。本研究旨在確定由空腸彎曲菌( Campylobacter jejuni ) 引起的腸胃炎后的腸功能障礙變化，檢查微生物群的動態(tài)變化和抗生素的影響。 本研究通過155例空腸彎曲菌感染患者在感染后不久(第1次就診，<40天)以及40-60天和>80天后(第2次就診和第3次就診)記錄了初始疾病的特征以及當(dāng)前的腸道癥狀和腸道微生物群組成。利用16S rRNA測序評估微生物群。在完成試驗的99例患者中，有22例出現(xiàn)PI-BD。這些病例報告糞便明顯變稀，身體和胃腸道癥狀增多。評估微生物菌群發(fā)現(xiàn)，與44例年齡和性別匹配的對照組相比，22例患者的微生物多樣性降低，微生物群組成發(fā)生變化。此外，感染后60天，病例顯示包括厚壁菌門，特別是梭菌目( Clostridiales ) 和瘤胃球菌科( Ruminoccocaceae ) 在內(nèi)的23個分類群的豐度降低，變形菌門豐度增加，梭桿菌和γ變形菌的水平增加。微生物群的變化與飲食有關(guān)；較高的纖維消耗與較低水平的γ變形菌有關(guān)。本研究表明，與恢復(fù)患者相比，PI-BD患者的微生物群似乎更受初始感染的干擾。高纖維飲食的益生元作用可能會抑制PI-BD中的一些紊亂。    

彎曲菌腸炎感染后腸功能障礙的特征是微生物多樣性降低和微生物群恢復(fù)

實驗設(shè)計

本研究是一項單中心隊列研究，研究對象是彎曲桿菌檢測呈陽性的患者。臨床研究包括所有155名合格的受試者，在微生物診斷后收集第一份糞便樣本，并在診斷后6周和12周進一步采集樣本。患者被要求在每次就診時收集糞便樣本。如果第1次就診發(fā)生在診斷后5周內(nèi)，則要求患者在第6周(通常是1周后)再次進行第2次就診，以提供進一步的糞便樣本。在診斷后12周的第3次就診時，患者需要完成腸道癥狀問卷，并提供進一步的糞便樣本。隨后測定樣本微生物組成、多樣性、SCFA濃度，并進行統(tǒng)計分析。

結(jié)果

1 臨床研究

在99名完成試驗的受試者中，有22名受試者報告他們的腸道在感染后沒有恢復(fù)正常(病例)，77名受試者的腸道恢復(fù)正常(對照組)。如表1所示，病例明顯更可能是青年、女性，在軀體化評估上得分明顯更高。PHQ-12 SS記錄的病例與對照組的主要特征是睡眠困難、頭痛、背部和四肢疼痛和嗜睡。BD的主要特征包括腹脹加劇，更頻繁更急迫疼痛發(fā)作，大便更稀疏或水樣癥狀加劇。

2 PI-BD特征

感染3個月后，病例的特征是大便明顯稀疏。病例的糞便含水量高于對照組(病例，n=14，均值(SD) 77.95(6.70)%；對照組，n=23，均值(SD) 71.97(7.83)%，Fisher檢驗p=0.04，)。此外，更多的病例報告有急迫感、腹脹和明顯的腹部腫脹。10例(45%) IBS符合Rome III標(biāo)準(zhǔn)，與其余12例不符合標(biāo)準(zhǔn)(PI-BD)非常相似，年齡、焦慮、抑郁和PHQ-12 SS無差異。此外，PI-BD和PI-IBS之間胃腸炎嚴(yán)重程度的標(biāo)記物沒有差異，包括發(fā)燒、便血、嘔吐和抗生素使用。

3 腸胃炎嚴(yán)重程度的標(biāo)志

本研究發(fā)現(xiàn)，患者在腸胃炎期間更有可能發(fā)燒(82%的病例和55%的對照組，p=0.02)，但其他嚴(yán)重性標(biāo)志，如便血、嘔吐或體重減輕，在病例和對照組之間沒有差異(見在線補充表S2)。

4 抗生素及伴隨用藥對疾病恢復(fù)的影響

服用抗生素的病例與對照組的比例無差異(分別為41%和32%，Fisher檢驗p=0.45)。在疾病初期，接受抗生素治療的患者似乎未出現(xiàn)更嚴(yán)重的癥狀，并且與未接受抗生素治療的患者沒有明顯的臨床特征不同(見在線補充表S3)，然而，他們更有可能因這種疾病去看 全科醫(yī)生(GP)不 止一次(50% vs 28%，Fisher檢驗p=0.05)。本研究的大多數(shù)患者都很健康，沒有服用任何藥物，這當(dāng)然會影響菌群。少數(shù)患者和對照組都服用了一系列藥物，兩組之間沒有一致的差異。

5 飲食習(xí)慣

在第2次和第3次隨訪中，評估了受試者(19例病例和31例對照)的飲食習(xí)慣以及糞便SCFA(短鏈脂肪酸)濃度(14例病例和23例對照)。病例和對照組之間或兩個時間點之間的任何營養(yǎng)成分或糞便SCFAs均無差異。

6 微生物群研究

在機制研究中，病例和對照組的人口統(tǒng)計學(xué)和疾病嚴(yán)重程度與大型隊列研究沒有差異。

7 腸胃炎后40天內(nèi)收集的樣品的菌群組成受感染影響

對菌群組成影響大的是自初次感染以來的時間，在12周的研究中逐漸恢復(fù)。早期樣本在報告感染后不到40天內(nèi)收集，與后期樣本有差異(MANOVA, p=0.001，)。微生物群恢復(fù)的差異見在線補充表S8- S10。此外，與對照組相比，病例組的菌群恢復(fù)有差異(MANOVA, p=0.045，)。這些變化是由于Collinsella屬(病例中平均相對豐度10.7%，對照組為4.31%，負(fù)二項廣義線性模型q≤0.001)和Eggerthella屬(病例中1.82%，對照組為0.18%，負(fù)二項廣義線性模型，q=0.06，。此外，厚壁菌門許多類群的病例均減少，其中包括糞桿菌屬(Faecalibacterium)(病例6.06% vs 對照8.45%，負(fù)二項廣義線性模型，q<0.001)、腸球菌屬(Enterococcus)(病例0.05% vs 對照0.39%，負(fù)二項廣義線性模型，q=0.003)和瘤胃球菌科(病例11.66% vs 對照18.22%，負(fù)二項廣義線性模型，q<0.001)。

8 微生物群恢復(fù)

本研究旨在研究病例和對照組之間微生物菌群恢復(fù)的差異，并集中研究報告感染后60天以上收集的晚期樣本，因為不再排除服用抗生素的個體，此時我們的樣本多。在這些樣本中，病例的α多樣性(病例均值12.1 vs對照組15.8，ANOVA，p=0.015)和豐富度(病例均值132.1 vs對照組149.2，ANOVA，p=0.017)與對照組相比下降。此外，在報告感染后60天以上收集的樣本中，病例和對照組之間幾個類群的豐度存在差異。厚壁菌門的細(xì)菌豐度下降，特別是梭菌目的豐度與對照組相比減少了20.1%。屬于梭菌目的類群，如瘤胃球菌科和克里斯滕森菌屬(Christensenella)都在病例中減少。此外，病例中有兩個Coriobacteria屬(Eggerthella和Goronibacter)較豐富，在報告感染后60天以上采集的持久性BD患者中，Coriobacteriaceae的豐度增加了32.2%。此外，梭桿菌門和變形菌門的幾個類群也有所增加，其中克雷伯菌(Klebsiella)(γ變形菌綱微生物)增加了35.4倍。

9 微生物群與膳食成分、短鏈脂肪酸和糞便含水量之間的關(guān)系

盡管病例和對照組在飲食習(xí)慣(共54個記錄)或SCFA濃度(共52個記錄)方面沒有差異，但我們發(fā)現(xiàn)了與他們的微生物群特征的幾個關(guān)聯(lián)。用線性模型計算出菌群組成與測量的SCFAs之間有38個關(guān)聯(lián)(在線補充表S11)，所有值也都得到了的斯皮爾曼相關(guān)性支持。其中包括丁酸與糞桿菌屬呈正相關(guān)(線性混合效應(yīng)(log)，q=0.09, r=0.384)，總SCFA濃度與γ-變形菌呈負(fù)相關(guān)(廣義線性混合模型，q=0.01, r=?0.36)。此外，與膳食成分有23種關(guān)聯(lián)。變形菌的水平與纖維(廣義線性混合模型，q=0.03, r=?0.46，圖4)、非淀粉多糖(廣義線性混合模型，q=0.05, r=?0.47)和淀粉(廣義線性混合模型，q=0.003, r=?0.43)的攝入量之間存在很強的負(fù)相關(guān)關(guān)系。糞便含水量的增加與β變形菌綱細(xì)菌水平的增加相關(guān)(廣義線性混合模型，q=0.03, r=?0.23)。

討論

本研究證實了先前的發(fā)現(xiàn)，PI-BD繼發(fā)彎曲菌感染的特征是大便稀松、腹脹和急癥。決定這種功能變化的因素尚不清楚，但我們現(xiàn)在報道PI-BD患者的腸胃炎菌群恢復(fù)比對照組更慢且更不完整?？赡芘c菌群多樣性降低相關(guān)，并且在感染后的60多天內(nèi)的報告中，無論是否使用抗生素，這一現(xiàn)象都持續(xù)存在。這很可能是由于炎癥，因為類似的菌群多樣性喪失已被報道與克羅恩病和諾如病毒感染有關(guān)，并且我們發(fā)現(xiàn)也與變形菌的增加有關(guān)。在我們的研究中，病例在抗生素使用和疾病嚴(yán)重程度方面與對照組沒有區(qū)別，除了報告發(fā)燒的比例更高(94% vs 55%)。因此，菌群的變化很可能反映了原有菌群的恢復(fù)能力和患者對空腸彎曲菌的炎癥反應(yīng)的綜合效應(yīng)。這耗盡了正常的共生細(xì)菌，并通過減少定植抗性，允許病原體增殖。

成人腸道微生物群的特點是存在于一種穩(wěn)定的狀態(tài)，需要大的干擾(如一次腸胃炎)才能改變這種狀態(tài)。在該隊列病例中，表明這種轉(zhuǎn)變的是主要細(xì)菌類別的巨大和持續(xù)性變化，如梭菌水平的下降。梭菌是一種通常與健康益處相關(guān)的分類群，如SCFA的產(chǎn)生。我們發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，感染60多天后，梭菌的減少與γ-變形菌等類群的增加相對應(yīng)。有趣的是，γ-變形菌的水平與總SCFAs和更具體的丁酸和丙酸呈負(fù)相關(guān)。此外，患者對纖維、不易消化多糖和淀粉的消耗與γ-變形菌的豐度呈負(fù)相關(guān)。大量證據(jù)表明，高纖維攝入對健康的好處部分是通過增加短鏈脂肪酸的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)的，短鏈脂肪酸的產(chǎn)生降低了結(jié)腸中的pH值，抑制γ-變形菌的生長。綜上所見，這表明高纖維飲食有助于糾正菌群紊亂和預(yù)防PI-BD，這一點應(yīng)該在隨機對照臨床試驗中進一步評估。

結(jié)果表明，微生物多樣性和厚壁菌門總數(shù)均減少，尤其是梭菌目和瘤胃球菌科類群。這可能反映了持續(xù)的腸道轉(zhuǎn)運障礙，特征為大便含水量增加和稀便或水樣便。這與之前的研究結(jié)果一致，即即使在健康受試者中，糞便軟硬度也與多樣性降低有關(guān)。在該研究中，大多數(shù)糞便較硬的個體都具有瘤胃球菌-擬桿菌腸道型，表明不同的一致性對不同的物種有利?？焖俎D(zhuǎn)運和粘膜炎癥都擾亂了結(jié)腸環(huán)境的厭氧性，使嚴(yán)格的厭氧菌消耗殆盡，使兼性厭氧菌和γ-變形菌、梭菌等快速復(fù)制的厭氧菌增殖并占據(jù)了空缺的生態(tài)位。在因腸胃炎住院的秘魯兒童中也報告了類似的厚壁菌門的減少，特別是那些感染了空腸彎曲菌、志賀氏菌和沙門氏菌等細(xì)菌的兒童。IBD中厚壁菌門的持續(xù)減少和變形菌門的增加被認(rèn)為代表了炎癥過程中產(chǎn)生的小分子的增加，如一氧化氮和活性氧，它們可以作為兼性厭氧菌(如變形菌)的電子受體。

在我們的PI-BD病例中，早期感染后Coriobacteriea科的幾個成員就增加了，并且在整個研究過程中持續(xù)增加。之前有研究也將這個菌科與腸易激綜合征（IBS）聯(lián)系起來。Vich Vila等人用宏基因組學(xué)研究了412名腸易激綜合征患者，結(jié)果顯示腸易激綜合征患者的Coriobacteria水平增加，尤其是Eggerthella屬。這與包括瘤胃球菌科在內(nèi)的幾種重要梭菌物種豐度的下降相輔相成，在我們的病例中也發(fā)現(xiàn)了這種模式。在Roux-en-Y手術(shù)治療肥胖癥后，Coriobacteria、Proteobacteria和Fusobacteria的豐度也有類似的增加。與之前的研究結(jié)果和我們的PI-BD患者的共同之處可能是通過腸道更快地轉(zhuǎn)運，這會以多種方式改變結(jié)腸環(huán)境，包括減少次生膽汁酸、提高pH值和減少SCFAs等。 雖然梭桿菌只占總細(xì)菌的一小部分，但在整個研究過程中，我們病例中梭桿菌的比例明顯較高。梭桿菌也被注意到是在霍亂弧菌感染后立即增殖的一種特征生物體簇的一部分。厚壁菌門較低而梭桿菌增多的模式令人感興趣，因為在母系分離的應(yīng)激大鼠中也存在同樣的模式，并且母系分離大鼠對直腸膨脹的過敏嚴(yán)重程度與梭桿菌數(shù)量相關(guān)。此外，當(dāng)給大鼠灌胃時，梭桿菌引起內(nèi)臟過敏。

先前的研究表明，PI-BD的風(fēng)險與損傷的嚴(yán)重程度成正比。研究人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱是PI-BD發(fā)生的一個重要風(fēng)險因素，可能是反映C. jejuni感染引起的通透性增加的嚴(yán)重標(biāo)志。我們的結(jié)果與一項薈萃分析不同，在該薈萃分析中，服用抗生素被認(rèn)為是發(fā)生PI-IBS的風(fēng)險因素。然而，我們確實發(fā)現(xiàn)，服用抗生素的患者更有可能去看他們的全科醫(yī)生不止一次，盡管他們有相似的疾病嚴(yán)重程度標(biāo)記，所以這可能反映了尋求醫(yī)療保健行為的潛在差異，而不是抗生素的直接影響。我們發(fā)現(xiàn)患者的PHQ12-SS升高，證實了其他研究的結(jié)果，即不良心理特征，如神經(jīng)質(zhì)、抑郁和多種非胃腸道軀體癥狀，會增加感染后腸易激綜合征的風(fēng)險。有報道，與男性相比，女性發(fā)生PI-IBS