Resumen
Fondo
La evidencia experimental y epidemiológica emergente destaca una interacción crucial entre la flora intestinal y los pulmones, denominada “eje intestino-pulmón”. Sin embargo, la función de la microbiota intestinal en las bronquiectasias sigue sin estar definida. En este estudio, nuestro objetivo fue realizar un enfoque basado en múltiples ómicas para identificar el microbioma intestinal y los perfiles metabólicos en pacientes con bronquiectasias.
Métodos
Las muestras fecales recolectadas de pacientes con bronquiectasias sin FQ (grupo BE, n = 61) y voluntarios sanos (grupo HC, n = 37) se analizaron mediante secuenciación de ARN ribosomal 16 S (ARNr). El grupo BE se dividió en dos grupos según su estado clínico: exacerbación aguda (grupo AE, n = 31) y fase estable (grupo SP, n = 30). Además, se realizaron análisis de metaboloma (cromatografía de lípidos-espectrometría de masas, LC-MS) en pacientes seleccionados al azar (n = 29) y voluntarios sanos (n = 31).
Resultados
Se observó una disminución de la diversidad microbiana fecal y composiciones microbianas y metabólicas diferenciales en pacientes con bronquiectasias. Los análisis de correlación indicaron asociaciones entre los géneros diferenciales y parámetros clínicos como el índice de gravedad de las bronquiectasias (BSI). Se excluyó la microbiota intestinal asociada a la enfermedad, y ocho géneros exhibieron una alta precisión para distinguir a los pacientes con SP de los HC en la cohorte de descubrimiento y la cohorte de validación utilizando un modelo de bosque aleatorio. Se aplicaron más redes de correlación para ilustrar las relaciones que conectan los géneros y metabolitos asociados a enfermedades.
Conclusión
El estudio descubrió las relaciones entre la disminución de la diversidad microbiana fecal, las composiciones microbianas y metabólicas diferenciales en pacientes con bronquiectasias mediante la realización de un enfoque basado en múltiples ómicas. Es el primer estudio que caracteriza el microbioma intestinal y el metaboloma en las bronquiectasias y descubre la potencialidad de la microbiota intestinal como biomarcadores de las bronquiectasias.
Registro de prueba: Este estudio está registrado en ClinicalTrials.gov, número NCT04490447.
Antecedentes
Las bronquiectasias no relacionadas con la FQ son la tercera enfermedad crónica más común de las vías respiratorias [1]después del asma y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), y con mayor prevalencia en poblaciones asiáticas [1, 2]. Se caracteriza por una dilatación anormal e irreversible de los bronquios, que provoca infecciones respiratorias recurrentes, tos y producción de esputo. [3]imponiendo una carga económica sustancial a la asistencia sanitaria [4]. La prevalencia estimada en chinos mayores de 40 años es del 1,2%, y las etiologías de más del 70% de los pacientes en China siguen sin aclararse debido a su gran heterogeneidad [5]. Actualmente no existen terapias aprobadas para la bronquiectasia, e incluso la evidencia que respalda las terapias ampliamente aplicadas es limitada. [6].
La microbiota intestinal desempeña un papel esencial en el desarrollo del sistema inmunitario y puede contribuir a la homeostasis metabólica del huésped humano [7,8,9,10]La evidencia emergente ha revelado el fuerte impacto de la microbiota intestinal y el “eje intestino-pulmón” relacionado en la modulación de las respuestas inmunitarias y el desarrollo de enfermedades en los pulmones [11,12,13,14], lo que indica el potencial de modulación de la microbiota intestinal para el tratamiento de enfermedades pulmonares. Los estudios han caracterizado el microbioma intestinal de otras enfermedades respiratorias crónicas, como el asma y la fibrosis quística (FQ) [15,16,17]y varios factores asociados con la EPOC causan disbiosis del microbioma intestinal [18, 19]. Sin embargo, el microbioma intestinal y el metaboloma de las bronquiectasias siguen sin estar claros. Presumimos que los pacientes con bronquiectasias exhibieron un microbioma intestinal y perfiles metabólicos diferentes a los de las personas sanas.
En este estudio, reclutamos a 61 pacientes con bronquiectasias y 37 voluntarios sanos en la cohorte de descubrimiento. Se recogieron muestras fecales para la posterior secuenciación del gen Miseq de ARN ribosomal 16 S (ARNr) y análisis metabolómico. Se reveló el espectro microbiano intestinal desplazado y el metaboloma de los pacientes con bronquiectasia, así como la correlación entre los parámetros clínicos y la abundancia relativa de géneros microbianos. Se entrenó un modelo RF para evaluar el potencial de la microbiota intestinal como biomarcadores no invasivos para las bronquiectasias. La composición de ocho géneros variantes exhibió una alta precisión en la discriminación de pacientes con bronquiectasias de HC tanto en la cohorte de descubrimiento como en la cohorte de validación.
Métodos
Reclutamiento de sujetos y recolección de muestras.
Noventa y dos pacientes con bronquiectasias y 59 voluntarios sanos fueron reclutados del Hospital Pulmonar de Shanghai. Parte de los pacientes fueron recomendados por los miembros del hospital de Bronchiectasia Treatment and Research Alliance of China (BEChina, http://www.chinabronchiectasis.com/). Finalmente, se incluyeron 58 voluntarios sanos y 87 pacientes debido a que 1 voluntario sano y 5 pacientes no cumplían los criterios de inclusión y exclusión. Todos los sujetos eran chinos Han de la región del delta del río Yangtze en China con hábitos alimenticios similares. Todos los pacientes con bronquiectasia incluidos cumplen con los criterios de diagnóstico de la “Guía de la Sociedad Torácica Británica para las bronquiectasias sin fibrosis quística (FQ)” [20]. Todos los voluntarios sanos incluidos no recibieron antibióticos ni probióticos en el mes anterior [21]. Los criterios de inclusión y exclusión más detallados para la inscripción de sujetos se enumeraron en el archivo adicional 1: Tabla S1. Los pacientes con bronquiectasias clínicamente estables que no presentaban signos de agudización y que no habían recibido antibióticos sistémicos ni nebulizados en el mes previo fueron asignados al grupo SP. Los pacientes que tuvieron una exacerbación aguda y requirieron tratamiento antibiótico fueron asignados al grupo EA, en referencia a la definición de consenso de exacerbación pulmonar en adultos con bronquiectasias. en resumen, los pacientes con deterioro en tres o más de los síntomas clave, incluyendo tos, volumen y/o consistencia del esputo, purulencia del esputo, disnea y/o tolerancia al ejercicio, fatiga y/o malestar general, hemoptisis y que necesitaban un cambio en el tratamiento de las bronquiectasias fueron consideró que padecía una exacerbación pulmonar [22]. Se recogieron un total de 145 muestras fecales de los participantes mencionados. Cada muestra fecal se dividió en tres alícuotas y se almacenó inmediatamente a -80 ℃ como se describe [23]. Después del control de calidad de los datos, las muestras se asignaron aleatoriamente a la cohorte de descubrimiento y la cohorte de validación. Para la cohorte de descubrimiento, se recolectaron 30, 31 y 37 muestras fecales de los grupos SP, AE y HC, respectivamente, y se asignaron a la secuenciación del gen 16 S rRNA. Diecisiete y 19 muestras fecales por separado de los grupos HC y SP en la cohorte de validación se sometieron a la secuenciación del gen 16 S rRNA para validar los hallazgos de la cohorte de descubrimiento. Se realizaron análisis metabolómicos adicionales (cromatografía de lípidos-espectrometría de masas, LC-MS) en el grupo SP seleccionado al azar (n = 29) y el grupo HC (n = 31).
Extracción de ADN y secuenciación del gen 16 S rRNA de la microbiota intestinal de pacientes con bronquiectasias
La extracción de ADN se realizó con el QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Alemania), siguiendo las instrucciones del fabricante. El tamaño del ADN se verificó mediante electroforesis en gel de agarosa al 1% y su concentración se midió mediante NanoDrop 2000 (Thermo Scientific, Waltham, MA, EE. UU.). La región hipervariable V3-V4 del gen del ARN ribosomal (ARNr) 16S bacteriano se amplificó con los cebadores 341F (5′-CCTACGGGRSGCAGCAG-3′) y 806R (5′-GGACTACVVGGGTATCTTAATC-3′). Después de la purificación, los amplicones se cuantificaron, se agruparon para igualar las concentraciones y se secuenciaron utilizando una plataforma Illumina Miseq PE250 (Illumina, California, EE. UU.).
Análisis de datos de secuenciación de la microbiota intestinal de pacientes con bronquiectasias
Las secuencias con más del 97% de umbrales de similitud se asignaron a una de las Unidades taxonómicas operativas (OTU) descritas utilizando UPARSE (http://drive5.com/uparse/), y las secuencias quiméricas se filtraron utilizando Usearch V.7.0.1090. La taxonomía fue analizada por el…
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