COVID-19患者肠道微生物群改变和肠道屏障功能障碍

编译：微科盟索亚，编辑：微科盟索亚、江舜尧。

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导读  

2022年1月20日，复旦大学生命科学学院郑琰与上海公共卫生临床中心陈燕玫等人在BMC Medicine发表题为《Gut microbiome alterations and gut barrier dysfunction are associated with host immune homeostasis in COVID-19 patients》的文章。

研究目标：COVID-19 是一种以多种呼吸道和肺外症状为特征的传染病，同时也包括胃肠道症状。尽管最近的研究已将肠道微生物群落与流感等传染病联系起来，但人们对肠道微生物群在COVID-19病理生理学中的作用知之甚少。

方法：为了更好地了解COVID-19患者中宿主-肠道微生物群的相互作用，我们使用宏基因组学和宏蛋白质组学方法对63名COVID-19患者和8名未感染对照者的肠道微生物群落和肠道屏障功能进行了表征。同时测定了免疫血液学参数和转录谱以反映COVID-19患者的免疫反应。结果：在COVID-19患者中观察到肠道微生物组成的改变，表现为共生物种减少和机会致病菌增加。

COVID-19病症严重程度与四种微生（Burkholderia contaminans，Bacteroides nordii，Bifidobacterium longum以及Blautia sp.CAG 257）、六种微生物途径（例如糖酵解和发酵）和十种毒力基因的丰度较高相关。这些与病症严重程度相关的微生物与宿主的免疫反应相关。

例如，Bu. Contaminans的丰富度与较高水平的炎症生物标志物和较低水平的免疫细胞有关。此外，从血液和粪便样本中鉴定出的人类来源蛋白表明COVID-19患者存在肠道屏障功能障碍。重症患者的脂多糖结合蛋白循环水平升高，并与循环炎症生物标志物和免疫细胞有关。此外，在患者的血液样本中能够检测到疾病相关细菌（如B. longgum）的蛋白质。结论：我们的研究结果表明，肠道微生物组失调和肠道屏障功能障碍可能通过影响宿主免疫稳态在COVID-19的病理生理过程中发挥作用。

关键词：COVID-19、SARS-CoV-2、微生物组、蛋白质组学、肠道屏障、免疫稳态

论文ID

原名：Gut microbiome alterations and gut barrier dysfunction are associated with host immune homeostasis in COVID-19 patients

译名：COVID-19患者肠道微生物群改变和肠道屏障功能障碍与宿主免疫稳态相关

期刊：BMC Medicine

IF：8.775

发表时间：2022.01.20

通讯作者：郑琰、陈燕玫

通讯作者单位：复旦大学生命科学学院、上海公共卫生临床中心

DOI号：10.1186/s12916-021-02212-0

实验设计

在上海市公共卫生临床中心招募符合条件受试者，最终共纳入63例患者，其中轻症39例，重症24例，对照组8例。收集受试者基本信息与临床特征；采集粪便样本并进行SARS-CoV-2检测；同时采集血液样本并进行血液分析。进行肠道微生物宏基因组测序、粪便蛋白组分析、血液转录组分析，探究COVID-19患者肠道微生物群与肠道屏障功能障碍与宿主免疫稳态的关系。

结果

表1. COVID-19患者的基本信息与临床特征

图1. COVID-19患者肠道微生物组成的改变；a，COVID-19患者肠道微生物组成显著改变，微生物组成以未加权Unifrac距离β-多样性表示；b，COVID-19患者和非COVID-19对照者肠道菌群的门（上）和属（下）组成；c，医学手段和基本特征解释的微生物组变异，*表示PERMANOVA的显著相关。

图2. 肠道微生物物种与COVID-19严重程度和宿主免疫反应的关系；a，重症和轻症患者中4种不同物种的相对丰富度，以秩和检验p <0.05和LEfSeLDA > 2表示；b，调整年龄和性别后不同微生物种类与临床特征的关联，红色表示正相关，蓝色表示负相关，白色星号表示p <0.05；c，Burkholderia contaminans相对丰富度与IL-6、CRP水平及CD4 + T细胞和总淋巴细胞计数的关系。

图3. 微生物功能潜能与COVID-19严重程度和宿主免疫反应的关系；a，7种与COVID-19严重程度相关的微生物途径及其与临床特征的关系，红色表示正相关，蓝色表示负相关，白色星号表示与p <0.05；b，碳水化合物途径的相对丰度（PWY-6590）与乳酸脱氢酶水平和中性粒细胞计数的关系；c，糖酵解途径（ANAGLYCOLYSIS-PWY）相对丰度与补体蛋白C4水平和细菌感染的相关性；d，与COVID-19严重程度相关的毒力基因及其与临床特征的关系，不同颜色条显示了VFs的分类。

图4. COVID-19患者的肠屏障功能障碍；a，在COVID-19患者和对照组的粪便样本中检测到人类蛋白质的数量；b，在COVID-19患者和对照组的粪便样本中检测到人类DNA的比值；c，与胃肠道损伤相关的粪便蛋白的相对丰度。      

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