科研 | 同济大学附属十院:菌群移植联合生物反馈治疗混合型便秘的单中心临床研究 (国人佳作)

2022
01/15

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微生态
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菌群移植联合生物反馈治疗混合型便秘的单中心临床研究

编译:微科盟小木,编辑:微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

       本研究旨在评估粪便菌群移植联合生物反馈治疗混合型便秘患者的有效性和安全性。患者接受生物反馈疗法(生物反馈疗法,n=40)和FMT联合生物反馈疗法(FMT联合组,n=45)。通过分析自主排便(SBMs)频率、Bristol粪便性状评分量表(BSFS)和便秘患者症状自评量表(PAC-SYM)评分来评估疗效。采用胃肠道生活质量指数(GIQLI)评分评估患者的生活质量,以有无不良反应评估FMT联合治疗的安全性。对12例供体和31例患者接受FMT联合治疗前后的粪便样本进行16S rRNA基因测序。治疗1个月后生物反馈组与FMT联合组比较,SBM频率、BSFS、PAC-SYM评分均具有显著差异,分别为2.15±1.05 vs. 3.61±0.89(p=0.0031)、2.1±0.9 vs. 2.5±1.2 (p=0.008)和2.4±0.5 vs. 2.2±0.6 (p=0.0021)。同时,根据治疗后6个月和12个月的数据,FMT联合治疗具有长期的有益疗效。在生活质量方面,治疗1个月后,FMT联合组GIQLI得分(103.6±15.1)高于生物反馈组(88.7±10.1)(p=0.0042)。此外,两组不良反应,包括腹痛、腹泻、头晕、恶心、呕吐和其他副作用均无显著差异。16S rRNA基因测序结果显示,与FMT治疗前样本相比,一些益生菌在FMT联合治疗后显著增加,如普雷沃氏菌(Prevotella)和双歧杆菌(Bifidobacterium)。本研究结果表明FMT联合生物反馈治疗混合型便秘是安全有效的。 

论文ID

名:The Efficacy and Safety of Fecal Microbiota Transplantation Combined With Biofeedback for Mixed Constipation: A Retrospective Cohort Study 

菌群移植联合生物反馈治疗混合型便秘的单中心临床研究

期刊Frontiers in Medicine

IF:5.091

发表时间:2021.10.20

通讯作者:陈启仪

通讯作者单位:同济大学附属第十人民医院(上海市第十人民医院)肠道微生态诊疗中心

DOI号:10.3389/fmed.2021.746990

实验设计

       本研究纳入了85例于2017年6月至2019年6月在上海市第十人民医院肠道微生态诊疗中心就诊并接受生物反馈治疗、或接受生物反馈疗法联合粪菌移植(FMT)的混合型便秘患者,其中40名患者接受生物反馈疗法,45名患者接受生物反馈疗法联合粪菌移植,分别在患者接受治疗前、治疗后的1个月、6个月、12个月评估疗效,并记录患者在治疗和随访过程中出现的不良反应。采用BSFS评估便形、PAC-SYM和SBMs评估便秘患者症状及严重程度、GIQLI评估患者生活质量、16S rRNA基因测序评估肠道菌群的变化,挖掘FMT治疗前后的关键功能菌。

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结果

1 患者的基线特征

       本研究共纳入40例接受生物反馈治疗的患者和45例接受FMT联合生物反馈治疗的患者。FMT联合组与生物反馈组在年龄、性别、BMI方面无显著差异(表1)。FMT联合组和生物反馈组的平均病程分别为7.2±3.1和7.4±3.5年。在复杂心血管疾病、糖尿病、帕金森病方面,两组间无显著差异。此外,两组间定期口服番泻叶提取物、比沙可啶、复方中药制剂、大黄治疗便秘无显著差异。然而,与FMT联合组相比,生物反馈组中使用的聚乙二醇电解质散和酚酞片也明显增多(p = 0.008和p = 0.005,表1)。

表1 生物反馈组和FMT联合组患者的临床特征。 

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2 FMT联合生物反馈治疗的效果

       治疗前1周内SBMs频率平均值在生物反馈组为1.68±0.41,FMT联合组为1.74±0.44(p>0.05)。治疗后1个月SBMs频率(每周次数)生物反馈组为2.15±1.05,FMT联合组为3.61±0.89,具有显著差异(p = 0.0031)。治疗后6个月和12个月生物反馈组SBMs频率平均值分别为2.01±0.91和1.98±0.6。相比之下,FMT联合生物反馈治疗后6个月和12个月SBMs的频率分别为每周3.25±1.1次和2.71±1.21次(p = 0.0024和p = 0.0046,图1)。根据排除标准,生物反馈组和FMT联合组治疗后1/6/12个月的患者数分别为37例和38/32例,36/16例和25例。

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图1 生物反馈组和FMT联合组治疗前后每周排便频率的变化。治疗前和治疗后12个月的每周排便次数由平均值±SD表示;**p<0.01。

3 FMT联合生物反馈治疗的不良反应

       表2描述了生物反馈组和FMT联合组之间的不良反应。不良反应包括腹痛、腹胀、肛门痛、腹泻、恶心、发热、心悸、头晕、过敏、呕吐和胸闷。结果显示,两组不良反应发生率无显著性差异。在生物反馈组和FMT联合组两组患者中,不良反应发生频率最高的前三项为腹痛(7.5 vs. 15.6%,p = 0.209)、腹胀(7.5 vs. 11.1%,p = 0.425)和肛门痛(7.5 vs. 8.9,p = 0.567)。此外,腹泻(n = 4)、发热(n = 3)、过敏(n = 2)、呕吐(n = 1)、胸闷(n = 1)仅发生在FMT联合组,而在生物反馈组没有出现。

表2 生物反馈组和FMT联合组治疗后的不良反应。

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4 FMT联合生物反馈治疗的次要结果

       此外,我们还分析了患者治疗后1个月、6个月、12个月的次要结果资料,如BSFS、PAC-SYM评分、GIQLI评分。治疗前生物反馈组和FMT联合组的平均BSFS(平均值±SD)分别为1.5±0.5和1.6±0.5(p>>0.05)。治疗1个月后,生物反馈组的BSFS为2.1±0.9,FMT联合组为2.5±1.2 (p = 0.008)。治疗6、12个月后生物反馈组BSFS分别为1.9±0.8、1.8±0.5,FMT联合组BSFS分别为2.4±0.9、2.3±1.1,两组间存在显著差异(p = 0.0163, p = 0.047,表3)。生物反馈组和FMT联合组治疗前PAC-SYM评分分别为2.8±0.4和2.9±0.5(p>0.05)。治疗1个月后,生物反馈组PAC-SYM评分为2.4±0.5,FMT联合组为2.2±0.6(p = 0.0021)。治疗6个月和12个月后,生物反馈组PAC-SYM评分为2.6±0.4和2.5±0.4,FMT联合组PAC-SYM评分为2.4±0.5和2.3±0.6(p = 0.0023和p = 0.001,表4)。

        结合SBMs的结果,表明FMT联合治疗对混合型便秘的疗效优于生物反馈治疗。生活质量方面,治疗前生物反馈组和FMT联合组的GIQLI得分分别为80.5±7.8和85.4±13.2(p>0.05),治疗后FMT联合组的GIQLI得分高于生物反馈组。如表5所示,1个月时,生物反馈组的GIQLI得分为88.7±10.1,FMT联合组为103.6±15.1(p=0.0042),6个月和12个月时,生物反馈组的GIQLI得分分别为86.2±11.3和85.7±10.8,FMT联合组的GIQLI得分分别为98.4±13.2和95.6±11.6(p=0.0035和p=0.0024)。

表3 生物反馈组与FMT联合组治疗前后Bristol评分比较。

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表4 生物反馈组与FMT联合组治疗前后PAC-SYM评分比较。

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表5 生物反馈组与FMT联合组治疗前后GIQLI评分比较。 

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5 FMT联合治疗的患者肠道菌群多样性升高

       为了进一步研究FMT联合治疗患者的肠道菌群的作用,对FMT治疗前和FMT治疗后2个月的供体粪便和患者粪便进行16S rRNA基因测序。图2显示了属水平上的微生物群落组成,拟杆菌属(Bacteroides)、普雷氏沃菌属(Prevotella)和粪杆菌属(Faecalibacterium)是供体粪便中的主要组分(图2)。图3比较了供体粪便和患者FMT治疗前后粪便的α多样性(ACE、Chao1、Shannon、Simpson)。我们发现,供体与混合型便秘患者在ACE(p = 0.66,图3A)、Chao(p = 0.47,图3B)、Shannon(p = 0.11,图3C)、Simpson(p = 0.071,图3D)指数上均无显著差异。FMT联合治疗后样本的ACE(p = 0.05,图3A)和Chao(p= 0.026,图3B)指数显著高于FMT治疗前样本。此外,FMT联合治疗后患者ACE(p = 0.031)、Shannon(p = 0.0081)、Simpson(p = 0.012)均高于供体。对于β多样性,非度量多维标度图(Bray-Curtis距离矩阵)和未加权UniFrac距离的主成分分析(PCoA)显示,FMT联合治疗前后的肠道微生物群落结构存在显著差异(图4)。

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图2 供体、混合型便秘患者接受FMT联合治疗前后肠道菌群的分布(属水平)。

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 图3 采用ACE(A)、Chao(B)、Shannon(C)、Simpson(D)指数分析FMT联合治疗前后供体及患者肠道微生物群落α多样性。统计分析采用Wilcoxon秩和检验。

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 图4 (A)相似性分析比较各组及两组(FMT治疗前后)菌群结构的差异。(B) FMT治疗前后粪便菌群的主成分分析。

6 FMT治疗后微生物群落的差异

       通过LEfSe分析绘制Cladograms图,在分类学水平上FMT治疗前和FMT治疗后之间的微生物群落差异最为显著(图5A)。图5B-F分别显示了FMT治疗后患者与FMT治疗前患者肠道菌群在门、纲、目、科和属水平上的高维和低维生物标志物。在门水平上,放线菌门(Actinobacteria)丰度显著增加,黏胶球形菌门(Lentisphaerae)丰度降低(图5B)。在纲水平上,放线菌纲(Actinobacteria)和红蝽菌纲(Coriobacteriia)增加,黏胶球形菌纲(Lentisphaeria)减少(图5C)。在目水平上,双歧杆菌目(Bifidobacteriales)、Coriobacteriales和Actinobacteria增加,食物谷菌目(Victivallales)减少(图5D)。在科水平上,普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)、双歧杆菌科(Bifidobacteriaceae)、Coriobacteriaceae、Barnesiellaceae、Actinobacteria和肠球菌科(Enterococcaceae)增加,拟杆菌科(Bacteroidaceae)和Victivallaceae减少(图5E)。在属水平上,普雷沃氏菌属(Prevotella)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、Paraprevotella、Collinsella、Barnesiellaceae、放线菌(Actinobacteria)、Slackia、Adlercreutzia和肠球菌属(Enterococcus)增加,拟杆菌属(Bacteroides)减少(图5F)。

图6A为PICRUSt基于所有患者的微生物组测序数据预测的京都基因和基因组百科全书(KEGG)注释(图6B)和直系同源簇(COG)功能(图6B)。基于PICRUSt的结果,利用STAMP软件进行二级分类比较中的KEGG通路(图6C)和COG功能(图6D),探讨FMT治疗前后患者微生物组功能组成的潜在差异。接受FMT联合治疗后,肠道菌群的遗传信息处理(转录和翻译)更加活跃(图6C)。FMT治疗后患者的肠道菌群的无机离子转运和代谢、辅酶转运和代谢均不如FMT治疗前患者活跃。

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图5 FMT治疗前后患者肠道菌群的组成不同。(A) Cladogram图描述了FMT联合治疗前后2个月的粪便样本中微生物谱系的系统发育分布。(B-F) FMT处理后肠道菌群在门(B)、纲(C)、目(D)、科(E)和属水平(F)改变的主要系统发育型。

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 图6 基于混合型便秘患者16S rDNA基因测序数据的PICRUSt预测的KEGG注释(A)和COG功能分类(B)。混合型便秘患者FMT联合治疗前和治疗2个月后的KEGG通路(C)和COG功能(D)差异。

讨论

       混合型便秘是一种伴有STC和出口梗阻的慢性便秘,其临床治疗困难。在本研究中,我们旨在评估FMT联合生物反馈治疗混合型便秘的有效性和安全性。基于本文的研究结果,FMT联合治疗可能比生物反馈治疗有更好的长期效果。

       粪便菌群移植是指将健康供体粪便中的功能性菌群移植到受体肠道中,旨在恢复肠道微生物群的多样性,达到治疗肠道和肠道外疾病的目的。20世纪80年代末,Borody等人对4例慢性便秘患者进行FMT治疗,结果显示排便次数显著改善,FMT后腹痛、早饱、恶心等症状立即改善。一项前瞻性研究报道称,FMT可能通过FMT治疗后一年内供体肠道菌群的恢复和定植来发挥其作用。人们认为,对于传统治疗策略难以治愈的患者,FMT可能是一个有希望的选择。

       在我们之前的随机对照试验(RCT)研究中,与常规治疗组相比,接受FMT治疗的患者的粪便性质和排便频率等症状均有明显改善。与此同时,与假想疗法、通便药物或抗焦虑药物地西泮相比,生物反馈疗法已被证明对直肠排空障碍相关便秘患者更有效,且长期效果良好。在这项研究中,我们发现FMT结合生物反馈治疗对混合型便秘具有持续性效果。随访一年后,与仅接受生物反馈治疗的患者相比,接受FMT联合治疗的患者排便次数相对较多,便秘相关症状较轻,生活质量较好。

       肠道微生物被认为对人体的生理和营养有着深远的影响,是人类生命的本质。研究发现,与宿主基因相比,微生物群和宿主之间稳态的破坏在一系列疾病的发展中具有更重要的作用,如炎症性肠病、肥胖和二型糖尿病。越来越多的证据表明,慢性便秘与肠道菌群的显著变化有关。虽然意义不大,但我们发现便秘患者与健康捐赠者相比,细菌数量和多样性有所增加,这在我们之前的研究和其他研究中都有报道。Mattea Müller的研究已经证实,结肠远端传输缓慢和硬便与肠道微生物多样性增加有关。虽然缺乏明确的共识,但便秘患者的粪便中双歧杆菌(Bifidobacteria)和普雷沃氏菌(Prevotella)等放线菌的丰度低于健康对照组。双歧杆菌通常作为一种益生菌用于便秘的成人和儿童。本研究中,患者接受FMT联合治疗后,肠道中普雷沃氏菌、双歧杆菌和放线菌的丰度明显增加。这些结果表明,FMT可以改变混合型便秘患者的肠道菌群组成,特别是上调有益菌群,这是FMT疗效的主要原因。除此之外,还发现了一些其他显著变化的细菌。例如,拟杆菌(Bacteroides)是FMT联合治疗后最显著下调的菌群,但有趣的是,其在健康供体也具有相对较高的丰度(图2,5F)。以往的研究对拟杆菌的丰度给出了相互矛盾的结果,一些研究报告便秘患者的拟杆菌丰度较高,而另一些研究报告则较低。我们推测拟杆菌在肠道菌群中丰度最高,易受其他细菌组成变化的影响,但对便秘的影响较小。

       关于安全性,普遍认为FMT是一种安全且耐受性良好的治疗方法。在本研究中,FMT联合组和生物反馈组的不良反应差异不大。FMT联合组不良反应多为短期和轻度,已知与分娩方式有关。我们注意到FMT联合组有3例患者出现低烧,而生物反馈组没有出现低烧。发热的出现可能是由于对移植细菌的暂时性系统免疫反应的结果,其他研究人员也报道了FMT的副作用为低烧。此外,在FMT治疗后随访期间,FMT的长期免疫效应也应受到关注。值得注意的是,FMT术后可能出现的不常见的严重副作用,主要是指感染传播的风险。美国食品和药物管理局(FDA)报告了两例产生超广谱β-内酰胺酶的大肠杆菌感染病例,导致1人死亡,2例发生致病性大肠杆菌感染,4例通过供体粪便感染产生志贺毒素的大肠杆菌(https://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/ safety-availability-biologics /safety-alert-regarding-use-fecalmicrobiota-transplantation-and-risk-serious-adverse-eventslikely)。严格的供体筛选和检测可以将FMT的风险降到最低。近年来,我国颁布了FMT管理规范和捐献者评估标准,为FMT临床应用提供了保障。考虑到混合型便秘是STC和出口梗阻性便秘的结合,严重影响患者的生活质量,本研究结果表明FMT联合生物反馈疗法有助于缓解患者症状,提高患者的生活质量。

       本研究的主要局限性在于它是在一个回顾性环境中进行的。当患者被分为两组,采用不同的治疗方法时,严格的随机控制很困难,这可能会导致选择偏倚。同时,同时,慢性便秘的诊断和治疗指征可能因处方医生而异。因此,需要进一步的案例进行深入评估。由于FMT功效的机制是全面的,而16S rRNA基因测序只是在微生物组水平上解释,因此在未来的研究中,应该应用代谢组来进一步探讨FMT的机制。最后,每个捐赠者为1-8名患者提供粪便悬浮液,患者表现出不同程度的疗效。因此,很难确定哪些捐赠者更有效。

       总之,与生物反馈疗法相比,FMT联合生物反馈疗法在治疗混合型便秘方面具有更好的疗效和同等的不良反应,减轻了便秘症状,提高了患者的生活质量;但仍需要一项大规模的前瞻性研究来进一步评估FMT联合治疗混合型便秘的益处和风险。

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关键词:
FMT,治疗,患者,便秘,联合

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