Αφηρημένο

Ιστορικό και Στόχοι

Διερεύνηση των μικροβίων-μεταβολίτη σχέσεις στο έντερο είναι απαραίτητες για την κατανόηση και ενδεχομένως να μειώσουν τον ορθοκολικό καρκίνο (CRC) κινδύνου.

Μέθοδοι

μικροχλωρίδα και η μεταβολισμική προφίλ πραγματοποιήθηκαν σε λυοφιλοποιημένο περιττώματα από 42 περιπτώσεις CRC και 89 μάρτυρες. Πολυπαραγοντική λογιστική παλινδρόμηση χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει στατιστικά ανεξάρτητες ενώσεις με CRC. Πρώτη κύρια συντεταγμένων συστατικών ζεύγους (PCo1-PC1) και ψευδείς ρυθμό ανακάλυψης (0.05) διορθωμένου Ρ-τιμές υπολογίστηκαν για 116.000 Pearson συσχετίσεις μεταξύ 530 μεταβολίτες και 220 μικροβίων σε ένα σεξ * υπόθεση /έλεγχος μετα-ανάλυση.

Αποτελέσματα

Συνολικά μικρόβιο-μεταβολίτη PCo1-PC1 ήταν πιο συσχετίζεται έντονα σε περιπτώσεις από ό, τι στην ομάδα ελέγχου (Rho 0.606 vs 0.201, P = 0,01). CRC συσχετίστηκε ανεξάρτητα με χαμηλότερα επίπεδα Clostridia, Lachnospiraceae,

σ

-αμινοβενζοϊκό και συζευγμένο λινελαϊκό, και με υψηλότερα επίπεδα Fusobacterium, Porphyromonas,

p

-υδροξυ-βενζαλδεϋδη, και παλμιτοϋλ-σφιγγομυελίνη . Μέσω αξιωματική επιπτώσεις στην αποβολή των κυττάρων (παλμιτοϋλο-σφιγγομυελίνη), τη φλεγμονή (συζευγμένο λινελαϊκό), και έμφυτη ανοσία (

σ

-αμινοβενζοϊκό), μεταβολίτες μεσολαβεί τη σύνδεση CRC με Fusobacterium και Porphyromonas κατά 29% και 34%, αντίστοιχα . Συνολικά, παλμιτοϋλο-σφιγγομυελίνη συσχετίζονται άμεσα με την αφθονία των εντεροβακτηριοειδών (Gammaproteobacteria), τρεις Ακτινοβακτηρίων και πέντε Firmicutes. Μόνο Parabacteroides συσχετίζεται αντίστροφα με παλμιτοϋλο-σφιγγομυελίνη. Άλλων λιπιδίων συσχετίζεται αντιστρόφως με Alcaligenaceae (Betaproteobacteria). Έξι Bonferroni-σημαντικές συσχετίσεις βρέθηκαν, συμπεριλαμβανομένων των χαμηλών indolepropionate και threnoylvaline με Ακτινοβακτηρίων και υψηλή erythronate και ένα μη χαρακτηρισμένο μεταβολίτη με Enterobacteriaceae.

Συμπεράσματα

Περιττώματα από τις περιπτώσεις CRC είχε πολύ ισχυρή μικρόβιο-μεταβολίτη συσχετίσεις που είχαν κυριάρχησε από Enterobacteriaceae και ακτινοβακτηρίων. Μεταβολίτες μεσολάβηση άμεση συσχέτιση CRC με Fusobacterium και Porphyromonas, αλλά όχι μια αντίστροφη συσχέτιση με Clostridia και Lachnospiraceae. Αυτή η μελέτη προσδιορίζει συγκρότημα μικρόβιο-μεταβολίτη δικτύων που μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με νεοπλασία και στόχοι για παρέμβαση

Παράθεση:. Sinha R, Ahn J, Σαμψών JN, Shi J, Yu G, Xiong Χ, et al. (2016) κοπράνων microbiota, κοπράνων μεταβολιτών, και καρκίνο του παχέος εντέρου συναρτήσεις. PLoS ONE 11 (3): e0152126. doi: 10.1371 /journal.pone.0152126

Επιμέλεια: Πε Yean Cheah, Γενικό Νοσοκομείο Σιγκαπούρη, Σιγκαπούρη

Ελήφθη: 15 Σεπτεμβρίου 2015? Αποδεκτές: 9, Μαρτίου, 2016? Δημοσιεύθηκε: 25 Μαρτίου, 2016

Αυτό είναι ένα ανοικτό άρθρο πρόσβασης, χωρίς όλα τα πνευματικά δικαιώματα, και δεν μπορεί να αναπαραχθεί ελεύθερα, διανεμηθεί, να μεταδοθεί, τροποποιηθεί, χτισμένο πάνω, ή ειδάλλως να χρησιμοποιηθεί από οποιονδήποτε για οποιονδήποτε νόμιμο λόγο. Το έργο γίνεται διαθέσιμα υπό την Creative Commons CC0 αφοσίωση δημόσιο τομέα

Δεδομένα Διαθεσιμότητα:.. Όλα τα σχετικά δεδομένα είναι εντός του Υποστηρίζοντας αρχεία πληροφοριών του χαρτιού και

Χρηματοδότηση: Το έργο υποστηρίχθηκε από το εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου εσωτερικό ερευνητικό πρόγραμμα και επιχορηγήσεις R03CA159414 και R01CA159036. Οι χρηματοδότες δεν είχε κανένα ρόλο στο σχεδιασμό της μελέτης, τη συλλογή και ανάλυση των δεδομένων, η απόφαση για τη δημοσίευση, ή την προετοιμασία του χειρογράφου

Αντικρουόμενα συμφέροντα:.. Οι συγγραφείς έχουν δηλώσει ότι δεν υπάρχουν ανταγωνιστικά συμφέροντα

Συντομογραφίες : ΔΜΣ, δείκτης μάζας σώματος? CRC, καρκίνο του παχέος εντέρου? CI, διάστημα εμπιστοσύνης? FDR, ποσοστό εσφαλμένης ανακάλυψη? Ή, λόγος πιθανοτήτων? PABA,

σ

-αμινοβενζοϊκό? PC, κύριο συστατικό? PCO, κύρια συντεταγμένων? SD, τυπική απόκλιση

Εισαγωγή

Το έντερο μικροβιακού πληθυσμού (μικροχλωρίδα) φέρει μεγαλύτερη από 100 φορές περισσότερα γονίδια από το ανθρώπινο γονιδίωμα, μέσω των οποίων ρυθμίζει πολλές διαδικασίες, όπως η ενέργεια συγκομιδή, το μεταβολισμό διατροφικών συστατικών, ανοσία, και οι δραστηριότητες του ξενιστή ή που προέρχονται μικροβιακή χημικών. [1] Μεταβολή ή ειλικρινής δυσλειτουργία αυτών των διεργασιών είναι στενά συνδεδεμένη με φλεγμονώδη νόσο του εντέρου, τον υποσιτισμό και το μεταβολικό σύνδρομο, [2-4] και επηρεάζει τον κίνδυνο για μια ευρύ φάσμα των ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων του καρκίνου του παχέος εντέρου (CRC). [5-11] Ολόκληρο-γονιδίωμα αλληλουχίας κυνηγετικό όπλο έχει παράσχει πληροφορίες σχετικά με το μεταβολικό δυναμικό της μικροχλωρίδας του εντέρου, ειδικά σε μελέτες που περιλάμβαναν transcriptomics. [1, 12-14] Στοχευμένες ιδέες έχουν προέρχονται από μελέτες της μικροβιακής κοινοπραξιών, διαιτητικές παρεμβάσεις, αξενικά μοντέλα ποντικιών, και τη μεταφορά των κοπράνων μικροχλωρίδας από ασθένειες ή υγιείς ανθρώπους. [3, 13, 15] Παρά την πρόοδο αυτή, μια ολοκληρωμένη σύγκριση όλων των ανιχνεύσιμων μεταβολιτών με όλα τα μικρόβια στο ακραίο ανθρώπινο έντερο είναι ανύπαρκτη.

Έχουμε αναφερθεί προηγουμένως ενώσεις CRC με την κοπράνων microbiota, ειδικά μειωμένη σχετική αφθονία των Lachnospiraceae και άλλων Clostridia και αυξημένη μεταφορά Fusobacterium, Atopobium και Porphyromonas. [16] με τον ίδιο πληθυσμό, CRC σχετίστηκε με διαφορές από τους μάρτυρες σε επίπεδα δεκάδες κοπράνων μεταβολιτών. [17] Εδώ, επιδιώξαμε να αποκαλύψει συσχετίσεις μεταξύ των κοπράνων μικροβίων και των μεταβολιτών και για τον εντοπισμό στατιστικά ανεξάρτητες διαφορές μεταξύ CRC και μάρτυρες.

Υλικά και Μέθοδοι

Οι συμμετέχοντες στη μελέτη και τα δείγματα

Ο σχεδιασμός της μελέτης έχει περιγραφεί στο παρελθόν. [18, 19] Εν συντομία, πρόσφατα διαγνωσμένων κρουσμάτων με αδενοκαρκίνωμα του παχέος εντέρου ή του ορθού είχαν προσληφθεί πριν από τη χειρουργική επέμβαση και θεραπεία κατά τη διάρκεια του 1985-1987. [18, 19] οι μάρτυρες ήταν ασθενείς περιμένουν εκλεκτική χειρουργική επέμβαση για μη-ογκολογικές, μη-γαστρεντερικές συνθήκες σε αυτά τα νοσοκομεία κατά την ίδια περίοδο. Ένας μέσος όρος των 6 ημερών (διατεταρτημοριακό εύρος, 3-13 ημέρες) πριν από την εισαγωγή σε νοσοκομείο και τη χειρουργική επέμβαση, οι συμμετέχοντες συμπλήρωσαν διατροφικές και δημογραφικές ερωτηματολόγια και υπό την προϋπόθεση δύο ημερών δείγματα κοπράνων που είχαν παγώσει στο σπίτι σε ξηρό πάγο και στη συνέχεια λυοφιλίζεται. Τα λυοφιλοποιήματα διήμερη συνενώθηκαν, αναμίχθηκαν και αποθηκεύτηκαν στους -40 ° C. Οι συμμετέχοντες με την προϋπόθεση γραπτή συγκατάθεση. Οι διαδικασίες διαδικασία συναίνεσης και της μελέτης εξετάστηκαν και εγκρίθηκαν από την Institutional Review Board στο Εθνικό Ινστιτούτο Καρκίνου. [18, 19]

69 περιπτώσεις και 114 έλεγχοι στην αρχική μελέτη, [18, 19] η υπόθεση -Έλεγχος ανάλυση περιλάμβανε 48 περιπτώσεις και 102 έλεγχοι για τους οποίους υπήρχαν διαθέσιμα τουλάχιστον 100 mg λυοφιλοποιημένου περιττώματα. Έλεγχοι συχνότητα ταιριάζει με τις περιπτώσεις από το δείκτη μάζας του φύλου και του σώματος (ΔΜΣ). Μικροχλωρίδα και μεταβολομική αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν με αυτά τα λυοφιλοποιημένα δείγματα κοπράνων. Όπως περιγράφηκε προηγουμένως, [16, 17], και στα δύο συστήματα δοκιμασίες, τα δεδομένα ήταν άριστης ποιότητας και πολύ επαναλήψιμη. Για τις τρέχουσες αναλύσεις, υπήρξαν 42 περιπτώσεις και 89 έλεγχοι που είχαν τα δύο μεταβολισμική και τα δεδομένα μικροχλωρίδας.

μικροχλωρίδας αναλύει

Οι λεπτομέρειες σχετικά με την ενίσχυση, αλληλούχιση, ταξινόμηση και ανάλυση των γονιδίων 16S rRNA είναι σε Ahn et al. [16] εν συντομία, το DNA εκχυλίζεται με τη χρήση της Mobio PowerSoil DNA Kit Απομόνωση (Carlsbad, CA). 16S rRNA αμπλικόνια που καλύπτουν μεταβλητές περιοχές V3 έως V4 δημιουργήθηκαν, και τα αμπλικόνια αλληλουχήθηκαν με το σύστημα Pyrosequencing 454 Roche FLX Titanium. Φιλτράρεται ακολουθίες ομαδοποιημένων σε επιχειρησιακά ταξινομικές μονάδες με 97% ταυτότητα και ευθυγραμμισμένο με πλήρως προσδιορισμένα γονιδιώματα μικροβιακών (IMG /GG Greengenes) με τη χρήση του αγωγού QIIME. [20] Η παρούσα ανάλυση περιορίστηκε στα 220 μικρόβια (σε όλη ταξινομικά επίπεδα, συμπεριλαμβανομένων των 91 Firmicutes, 33 Bacteroidetes, 45 Πρωτεοβακτηρίων, 11 Ακτινοβακτηρίων, 5 Fusobacteria, και 35 σε άλλα φύλα) που εντοπίστηκαν σε τουλάχιστον 13 (10%) από τα άτομα.

Μεταβολομική αναλύει

φάσμα των μικρών μορίων (πιο & lt? 1.000 Daltons) ανιχνεύθηκε στα λυοφιλοποιημένη δείγματα κοπράνων με χρωματογραφία υγρής φάσης υψηλής απόδοσης και αέριο χρωματογραφία σε συνδυασμό με διαδοχική φασματομετρία μάζας (HPLC-GC /MS-MS, Metabolon, Inc., North Carolina, USA) όπως περιγράφεται προηγουμένως. [21, 22] Εν συντομία, μη στοχοθετημένη μοναδικής εκχύλισης μεθανόλης, ακολουθούμενα από κατακρήμνιση πρωτεΐνης. Μεμονωμένα μόρια και τα σχετικά επίπεδα τους ταυτοποιήθηκαν από τις αιχμές φάσματος μάζης σε σύγκριση με μια βιβλιοθήκη χημική αναφοράς που παράγεται από 2500 πρότυπα, με βάση την μάζα φασματικές κορυφές, οι χρόνοι κατακράτησης, και η μάζα προς φορτίο αναλογίες. Τα μόρια περιλαμβάνουν, αλλά δεν περιορίζονται σε αυτά, αμινοξέα, υδατάνθρακες, λιπαρά οξέα, ανδρογόνα, και ξενοβιοτικών. Πτητικές μόρια, όπως λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου, μπορεί να χαθεί κατά την διάρκεια της λυοφιλοποίησης ή εκχύλιση. Ωστόσο, αυτή η απώλεια είναι γενικά ισοδύναμη απέναντι δείγματα, και λυοφιλίωση είναι η βέλτιστη για δείγματα κοπράνων για να εξασφαλιστεί ίση φόρτωση του ξηρού βάρους. Η παρούσα ανάλυση περιορίστηκε στα 530 μεταβολίτες που εντοπίστηκαν σε τουλάχιστον 118 (90%) από τα άτομα.

Στατιστικές αναλύσεις

Ο γενικός στόχος ήταν να προσδιοριστούν συμμεταβολή και τις πιθανές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κοπράνων μεταβολίτες και κοπράνων μικρόβια, είτε σχετίζονται με CRC ή όχι. Για την ένωση CRC, χρησιμοποιήσαμε άνευ όρων λογιστικής παλινδρόμησης για τον υπολογισμό της αναλογίας πιθανοτήτων (OR) και το 95% διάστημα εμπιστοσύνης (CI), με καθεστώς υπόθεση ως εξαρτημένη μεταβλητή και κάθε CRC που σχετίζονται μικρόβιο ως κύρια ανεξάρτητη μεταβλητή? [16] την ηλικία, το φύλο, και ΒΜΙ συμπεριλήφθηκαν για εμπειρική προσαρμογή του δυναμικού σύγχυση. Συμπεριλαμβανομένων κούρσα στα μοντέλα δεν είχαν καμία ουσιαστική επίδραση στις εκτιμήσεις. Για κάθε μοντέλο μικρόβιο, μεταβολίτες προστέθηκαν σε ένα προς τα εμπρός κατά βήματα λογιστικής παλινδρόμησης, και οι μεταβολίτες που σχετίζονται με CRC στο P≤0.15 διατηρήθηκαν. Αλλαγή σε Ή με την προσθήκη των μεταβολιτών υπολογίστηκε ως (ή

δεν metabs-ή

metabs) /(ή

δεν metabs- 1). Για τις τυποποιημένες εκτιμήσεις, η σχετική αφθονία των μικροβίων και τα φυσικά επίπεδα-καταγραφής των μεταβολιτών ομαλοποιήθηκαν να σημαίνει 0 και τυπικό σφάλμα 1. Πρέπει επίσης να αναφέρουν τους συντελεστές συσχέτισης Pearson μεταξύ τους μεταβολίτες και τα μικρόβια που σχετίζονται με CRC.

για το συνολικό στόχο, ανεξάρτητα από CRC, θεωρήσαμε όλα τα 530 μεταβολίτες και 220 μικρόβια, και να χρησιμοποιηθεί γραμμική παλινδρόμηση, στρωματοποιημένη ανά φύλο και την περίπτωση την κατάσταση, να εντοπίσει συσχετίσεις μεταξύ των μεταβολιτών και των μικροβίων. Για κάθε ένα από τα 530 x 220 παλινδρομήσεις, έχουμε προσαρμοστεί για την ηλικία, τη φυλή (White vs Άλλα), BMI, και το νοσοκομείο. Εμείς απεικονίζουν τη συνολική έκταση των ενώσεων με γραφική παράσταση της-log10 (P-values) για κάθε σύζευξη μεταβολίτη-μικρόβιο σε οικόπεδο «Μανχάταν». Υπολογίσαμε επίσης συσχετίσεις κορυφή κύριο συστατικό (PC1) και κύρια συντεταγμένων (PCo1) των μεταβολιτών και μικρόβια, αντίστοιχα. Οι κύριες συνιστώσες και οι βασικές συντεταγμένες ελήφθησαν από την υπολειμματική μήτρα γραμμικά μοντέλα παλινδρόμησης, προσαρμοσμένο για την ηλικία, τη φυλή, BMI, και το νοσοκομείο, για κάθε μεταβολίτη ή μικρόβιο, αντίστοιχα. Για να συγκρίνετε το ρ συσχέτιση

1, μεταξύ PC1 και PCo1 σε περιπτώσεις κατά της συσχέτισης ρ

2 σε ελέγχους, εφαρμόσαμε Z-μετασχηματισμός Ζ (ρ) του Fisher = 0.5ln ((1 + ρ /1-ρ) ) σε κάθε συσχέτιση και έπειτα ελέγχθηκαν αν Z (ρ

1) -Ζ (ρ

2) ήταν σημαντικά διαφορετική από το 0. Υποθέσαμε Ζ (ρ

1) -Ζ (ρ

2) ήταν κανονική κατανομή με μέση τιμή 0 και διακύμανση 1 /(N

1-3) + 1 /(N

2-3) υπό την μηδενική υπόθεση όπου N

1 και Ν

2 είναι ο αριθμός των περιπτώσεων και ελέγχων, αντίστοιχα. Το 2 όψεων P-τιμή είναι 2 * (1-Ρ

κανόνας [(Ζ (ρ

1) -Ζ (ρ

2)] /sqrt (var)). Οι στατιστικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν σε R έκδοση 3.1.0 (R Ίδρυμα για στατιστικούς υπολογισμούς, Βιέννη, Αυστρία, https://www.R-project.org/).

Αποτελέσματα

Πλήρης κοπράνων δεδομένων μικροχλωρίδα και μεταβολιτών ήταν αναλύθηκαν για 42 περιπτώσεις CRC και 89 ηλικία και το ΒΜΙ-μάρτυρες [2] Αυτά τα 131 άτομα είχαν μέση ηλικία 60 έτη (SD 13,2) και ένα μέσο ΔΜΣ 25,6 (SD 4,2)?. ήταν κυρίως το λευκό και το αρσενικό ( Πίνακας 1). υποθέσεις που δεν διέφεραν από τους ελέγχους σχετικά με την ηλικία, το ΒΜΙ, το κάπνισμα ή το νοσοκομείο, αλλά ένα μεγαλύτερο ποσοστό των περιπτώσεων ήταν αφροαμερικάνων και αρσενικό (Πίνακας 1).

η

κοινή ενώσεις των κοπράνων μικροχλωρίδας και κοπράνων μεταβολίτες με CRC

σε μοντέλα λογιστικής παλινδρόμησης που περιλάμβαναν την ηλικία, το φύλο και το ΔΜΣ, τέσσερις μικρόβια συσχετίστηκε σημαντικά με τον CRC σε ξεχωριστά μοντέλα: Fusobacterium (OR 10.17, CI 2,95 έως 35,0), Porphyromonas (OR 5.32, CI 1,76 – 16,05), Clostridia (OR 0.57, CI 0,38 – 0,85), και Lachnospiraceae (OR 0.61, CI 0,40 – 0,92). Ο Πίνακας 2 παρουσιάζει αυτά και την προσθήκη των κοπράνων μεταβολίτες που σχετίζονται με CRC σε ένα κριτήριο P≤0.15. Σε αυτά τα μοντέλα, η OR για CRC ήταν περίπου 2,8 με παλμιτοϋλ-σφιγγομυελίνη, 2.4 με

p

-υδροξυ-βενζαλδεΰδης, 0,5 με

σ

-αμινοβενζοϊκό (PABA), και 0,5 με conjugated- λινελαϊκ-18-2N7 (CLA). Άλφα τοκοφερόλη (OR 0,6) συνέβαλαν τα μοντέλα Fusobacterium και Porphyromonas, και αμυγδαλικό (OR 1.6) συνέβαλε τα μοντέλα Clostridia και Lachnospiraceae. Με μεταβολιτών στα μοντέλα μικρόβιο, η υψηλή ή του CRC με Fusobacterium μειώθηκε κατά 29% (από 10,17 να 7,53), και η υψηλή ΕΙΤΕ με Porphyromonas μειώθηκε κατά 34% (από 5,32 να 3,83). Εξασθένηση των χαμηλών ΕΑΠ με ​​Clostridia και Lachnospiraceae ήταν λιγότερο σημαντική (3,9% και 1,5%, αντίστοιχα).

Η

Για περισσότερες γνώσεις σχετικά με τα μικρόβια και τεσσάρων μεταβολιτών που συνέβαλαν σε όλα τα μοντέλα λογιστικής παλινδρόμησης, συντελεστές συσχέτισης Pearson ζεύγη υπολογίστηκαν με βάση την κατάσταση ασθενών-μαρτύρων. Σε περιπτώσεις, ισχυρή συσχετίσεις (