供稿：李天洲，武汉大学
校稿：余思宇，武汉大学
推送：余思宇，武汉大学
今天给大家分享的文献发表在Journal of Hazardous Materials上，标题为Gut antibiotic resistome during pregnancy associates with the risk of gestational diabetes mellitus: New evidence from a prospective nested case-control study，四川大学华西第二医院潘雄飞研究员、复旦大学生命科学学院郑琰研究员、暨南大学环境学院陈达教授为本文共同通讯作者。
抗生素耐药性通常由抗生素耐药基因（Antibiotics Resistance Gene，ARG）赋予细菌，已成为全球环境和公共卫生威胁之一，除了药物诱导外，ARGs还可以通过食物摄入、皮肤接触、饮水和吸入等方式从环境传播到人体进行定植。人类肠道含有丰富多样的微生物群落，是耐药基因的储存库。肠道微生物的演替也受到许多外部和内部因素的影响，导致肠道抗生素耐药性特征发生动态变化。妊娠期糖尿病 （Gestational Diabetes Mellitus，GDM） 是妊娠期间最常见的代谢紊乱，影响着全世界14.7%的妊娠，并增加了孕产妇和新生儿不良妊娠结局的风险。肠道抗生素抵抗组的出现可能与血糖特征和2型糖尿病（T2DM）的进展有关，是微生物群进化的必然特征。然而，妊娠期间抗生素耐药性是否会破坏代谢稳态并增加GDM的发病率仍不清楚。本研究旨在基于前瞻性嵌套病例对照研究，探索妊娠期肠道抗生素抵抗组的特征以及与GDM风险的潜在关联。
本研究基于同济-双流出生队列（TSBC），建立了一个嵌套组对照研究，包括120例GDM患者和120例匹配的健康对照，所有参与者都在妊娠24-28周时完成口服糖耐量试验（OGTT），并接受体格检查及提供了血液和粪便样本。参与者的平均入组年龄为27.4（±3.9）岁，GDM组与对照组在教育水平、酒精摄入量、吸烟状况或家族T2DM病史方面没有显著差异。
作者收集了240名研究对象，T1、T2、T3三个孕期共计720份粪便样本进行粪便宏基因组学分析。作者在粪便样本（N=720）中共鉴定出715种ARG，这些ARG对20种抗生素具有耐药性。其中，在>10%的粪便样本中发现了隶属于17种ARG类型的214种ARG亚型（图1a）。两组中ARG的数量也随着妊娠周数的增加而显著减少（图1b）。在患病率超过10%的已鉴定的ARG中，超过94%的ARG在GDM组和对照组中是共有的（图1a）。尽管GDM患者和对照组在每个妊娠期的肠道ARG组成相似，但两组的ARG组成的时间变化不同。此外，作者在健康孕妇的三个妊娠期中观察到ARG组成存在显著变化（图1c），而在GDM组中未观察到显著变化（图1d）。
图1 怀孕期间人类肠道抗生素抵抗组的组成变化
最丰富的ARG类型包括四环素、大环内酯-林可酰胺-链阳霉素（MLS）、β-内酰胺、氨基糖苷、杆菌肽和多药（图2a），它们合计占总丰度的96%以上（图2b）。作者还在GDM组中观察到ARG总丰度随妊娠期增加而下降的趋势，但在对照组中没有（图2d），此外，T1期间，GDM组中观察到的总ARG丰度高于对照组（图2d）。
图2 肠道抗生素耐药基因的丰度
鉴于GDM患者T1时期总ARGs的丰度明显高于健康对照组，作者探讨了肠道抗生素抵抗是否与GDM的发生风险相关。在T1时期，GDM组与对照组之间存在显著丰度差异的28种ARG亚型中，经潜在混杂因素校正后，属于氨基糖苷类、β-内酰胺类、MLS类、多药类和四环素类的25种亚型的丰度与GDM高风险显著相关（图3a）。基于GDM相关的ARGs，构建了GDM-ARG 评分（GAS），较高的GAS与GDM风险增加显著相关（图3b），表明GAS可能是GDM相关肠道抗生素抵抗组的一个重要特征。随机森林分类分析用于基于传统特征（即年龄、BMI、胎次、T2DM家族史、身体活动、收缩压、舒张压、血红蛋白A1c和空腹血糖）或传统特征和肠道抗生素抵抗组特征（即GDM相关ARGs和GAS的丰度）的组合来预测GDM风险。结果表明，在预测GDM时，纳入肠道阻力的预测模型优于仅基于传统特征的模型 （图3c和3d）。虽然整体预测能力有待提高，但研究结果表明，妊娠早期肠道抗生素抵抗组特征是GDM发生的重要危险因素，可以添加到已知模型中，以更好地预测GDM的发生。
图3 肠道抗生素抵抗组特征与 GDM 风险的关联
抗生素耐药性特征与血浆代谢物广泛相关，例如，GAS、β-内酰胺和多药均与选定的磷脂脂肪酸、氨基酸和酰基肉碱（图4a），代谢途径分析表明，与肠道抗生素耐药性相关的代谢物主要富集在苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢、以及花生四烯酸代谢途径中（图4b）。
图4 肠道抗生素抵抗组特征与血浆代谢物有关
垂直基因转移和水平基因转移是宿主细菌细胞中ARGs增殖、传播和维持的主要驱动因素，本研究在所有参与者中发现了656种微生物，其中相对丰度≥0.01%、流行度≥10%的有214种。此外，在粪便样本中鉴定出2113种移动遗传元件（MGEs）亚型，其中在10%以上的样本中发现了884种亚型，包括质粒、整合酶、转座酶和插入元件。妊娠期GDM组和对照组均未观察到MGEs组成的显著变化。T1阶段，ARGs的Shannon指数与微生物种类的Shannon指数呈显著正相关（图5a），总ARGs丰度与总MGEs丰度呈显著相关（图5b）。这些结果表明微生物和MGEs可能在塑造人类肠道内ARG分布中发挥重要作用。
图5 GDM相关ARGs、微生物种类和MGE的共现模式
本研究首次报告了妊娠肠道抗生素抵抗组与GDM风险之间的关联。结果揭示了肠道ARGs在怀孕期间的动态变化，以及GDM组和对照组在ARGs组成模式和丰度方面的差异。作者发现选定的ARGs与GDM风险和血浆内源性代谢物水平显著相关。此外，GDM相关ARGs、微生物物种和MGE以及GDM相关ARGs的潜在宿主之间共存的证明有助于了解孕妇体内耐药基因组的定植和传播。综上所述，本研究表明，妊娠早期肠道抗生素抵抗组可能是GDM发展的重要危险因素，应将其添加到已知危险因素中，以更好地预测和预防GDM发病率。
文章编号：430
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135434
原文引用：
Jing Li#, Zhonghan Sun#, Fengjiang Sun, Yuwei Lai, Xinzhu Yi, Zhang Wang, Jiaying Yuan, Yayi Hu, An Pan , Xiongfei Pan*, Yan Zheng*, Da Chen*. Gut antibiotic resistome during pregnancy associates with the risk of gestational diabetes mellitus: New evidence from a prospective nested case-control study. J. Hazard. Mater., 2024, 478:135434.（#为共同第一作者）
