Association of bacteriomes with drug susceptibility in lesions of pulmonary tuberculosis patients
Du W, Zhao Y, Zhang C, Zhang L, Zhou L, Sun Z, Huang X, Zhang N, Liu Z, Li K, Che N.
Heliyon. 2024 Sep 6;10(18):e37583.
doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e37583. eCollection 2024 Sep 30.
PMID: 39309911
作者：杜伟丽，赵颖丽，张晨，张莉，周立娟，孙祖钰，黄晓洁，张娜娜，刘子臣，李琨，车南颖
第一作者及单位：杜伟丽，首都医科大学附属北京胸科医院病理科
通讯作者及单位：车南颖，首都医科大学附属北京胸科医院病理科
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研究背景
根据世界卫生组织（WHO）发布的《2023年全球结核病报告》，2022年全球新发结核病患者中，耐多药/利福平耐药结核病（MDR/RR-TB）患者41万（3.9%），新患者中MDR/RR-TB患者的比例为3.3%、复治患者中耐药比例为17%。结核病耐药机制复杂，主要包括特殊的细菌壁结构、药物外排泵、菌体代谢与基因突变等。最新研究表明，肺部固有菌群在结核分枝杆菌的初始定植、抗结核免疫应答、结核病预防和治疗中发挥非常重要的作用。目前，肺结核肺部菌群的研究主要在痰、肺泡灌洗液样本中开展，这些样本容易受到污染，不能准确代表肺部菌群，尤其是病灶中的菌群特征。肺结核病灶是抗结核免疫应答的主要场所，然而病灶菌群与结核药敏性的相关性及其在结核耐药中的作用尚不清楚。
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研究方法
本研究回顾性地纳入于2020年1月至2020年12月就诊于首都医科大学附属北京胸科医院的63例接受手术切除治疗的肺结核患者，收集患者肺病灶石蜡包埋组织标本，其中14例是耐药结核患者；47例是敏感结核患者。另外，收集18例肺癌患者病灶旁正常组织作为肺部菌群的基线。提取石蜡组织标本中的核酸，采用细菌16S rRNA高通量测序技术解析肺结核患者肺部菌群特征，并在PICRUSt2平台对菌群代谢功能进行预测。
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研究结果
细菌16S rRNA高通量测序结果表明，肺部细菌类群主要包括Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes和Fusobacteria，它们序列数占比达96.01%（图1A）。在属水平上主要类群有Bukholderlaceae spp.、Pseudomonas、Mycobacterium、Sphingomonas和Bacteroides（图1B）。结核病灶菌群结构与正常组织差异显著（ANOSIM，R=0.418，P=0.001），然而细菌群落在结核耐药组和敏感组之间没有显著差异（ANOSIM，R=0.069，P=0.173）。结核敏感组中Mycobacterium的相对丰度显著高于结核耐药组和正常组织（图1C）。经过序列比对，根据97%相似性共得到1173个OTU（Operational Taxonomic Unit），其中65.8%的OTU在所有的样本类型中是共有的；结核耐药组中特异OTU是95个，显著高于结核敏感组（5个）和正常组织（3个）。
在PICRUSt2平台上对肺部菌群代谢功能进行预测。与正常组织相比，结核病灶中共预测到657个KEGG酶，其中最显著富集的是预苯酸脱水酶（EC:1.3.1.12, P<0.001）和整体-酰基载体蛋白质合成酶（EC:2.7.8.7, P<0.001）（图2A）。在正常组织中显著富集的包括角质酶(EC:3.1.1.74)、D-阿拉伯糖醇脱氢酶(EC:1.1.1.287)、金霉素(EC:3.4.24.29)、蓝藻酶(EC:3.4.15.6)和脂肪酰胺水解酶 (EC:3.5.1.99)等（图2B）。与耐药结核病灶菌群相比，正常组织中显著富集的酶主要包括D-阿拉伯糖脱氢酶(EC:1.1.1.287)、金霉素(EC:3.4.24.29)和脂肪酰胺水解酶(EC:3.5.1.99)等（图2C）。与结核敏感组相比，有126个KEGG酶在结核耐药组中得到富集，其中富集最显著的两个酶是腺苷三磷酸酶（EC:3.6.3.32，P=0.002）和甲基乙二醛和酶（EC:4.2.3.3，P= 0.003）；在结核敏感组中也发现了富集的酶，包括高丝氨酸琥珀酰转移酶（EC:2.3.1.46）、泛解酸脱氢酶（EC:1.1.1.169）、NAD(+)合成酶（EC:6.3.1.5）（图2D）。以上结果提示结核分枝杆菌感染能重新塑造病灶菌群的代谢功能，并且某些结核病灶菌群功能与药敏性显著相关。
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研究结论
病灶是肺结核局部免疫应答的主要场所，病灶菌群可直接参与抗结核免疫应答。本研究表明肺结核病灶菌群与正常组织差异显著，然而与药敏性并无显著相关性。在结核耐药组、结核敏感组和正常组织中均检测到了特异OTU类群，提示这三组生态位可能存在差异。在结核耐药组和结核敏感组中均预测到显著富集的KEGG酶，它们在维持肺微生态位的生理功能方面起着至关重要的作用。这项研究创新性地揭示了结核病药物敏感性与肺组织肺细菌组之间的关系，为开发结核病预防和治疗的新策略提供了重要的见解。
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编辑：王 然
审校：郭 萌
发布日期：2024-10-16
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