NOVA2調(diào)節(jié)神經(jīng)類circRNA生物形成
2021年6月，最新一篇發(fā)表在Microbiome（IF=11.607）的文章（Microbiota long-term dynamics and prediction of acute graft-versus-host disease in pediatric allogeneic stem cell transplantation.）從共生功能體視點(diǎn)的角度對29名接受同種異體造血干細(xì)胞移植的兒童的腸道、口腔和鼻腔微生物群進(jìn)行了綜合宿主微生物群分析。首次揭示了口腔和鼻子中的細(xì)菌可能預(yù)測急性移植物抗宿主病(aGvHD)。監(jiān)測HSCT患者不同身體部位的微生物群，特別是通過移植前樣本的參與，可能具有預(yù)后價(jià)值，并有助于指導(dǎo)個性化治療策略。識別具有預(yù)測移植后aGvHD潛力的獨(dú)特細(xì)菌，可能為改進(jìn)預(yù)防性臨床管理提供機(jī)會，包括對微生物群的調(diào)節(jié)。
背景：在異種造血干細(xì)胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation, allo-HSCT)中，供者來源的干細(xì)胞輸注被用于治療各種類型的血液病和非血液病。在異種造血干細(xì)胞移植患者中，移植后人體腸道菌群發(fā)生變化，這可能部分歸因于抗菌治療和調(diào)理方案。
隸屬于 隸屬于梭狀芽孢桿菌目丁酸生成菌在移植后早期的腸道中枯竭,而變形菌門和乳酸菌門(如腸球菌)豐度增加,可能由于缺乏丁酸時(shí)腸腔內(nèi)的氧氣水平增加和抗菌素耐藥性所致。然而，到目前為止，HSCT患者的微生物群動態(tài)主要在HSCT后的第一個月進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測，而不是長期監(jiān)測。因此，目前尚不清楚微生物群是否以及何時(shí)恢復(fù)到造血干細(xì)胞移植前類似微生物群落結(jié)構(gòu)。
條件誘導(dǎo)的腸上皮通透性可促進(jìn)細(xì)菌易位和菌血癥，被認(rèn)為是急性移植物抗宿主病(aGvHD)發(fā)病機(jī)制的第一步。急性GvHD是同種異體造血干細(xì)胞移植的常見副作用，同種異體供體T細(xì)胞對宿主體內(nèi)健康組織(包括腸道上皮)表現(xiàn)出細(xì)胞毒性活性。根據(jù)受影響器官的程度，急性GvHD的嚴(yán)重程度可分為四個等級:0級I表現(xiàn)為無或輕度，II級IV表現(xiàn)為中度至重度aGvHD。最近，研究表明較低的腸道微生物群多樣性與aGvHD和aGvHD死亡率相關(guān)，并且某些細(xì)菌類群在HSCT后可能參與促進(jìn)aGvHD。然而，在HSCT之前的微生物群組成是否在預(yù)測可能的aGvHD嚴(yán)重程度方面具有預(yù)測價(jià)值尚未被檢驗(yàn)，本研究對此進(jìn)行了探討。
微生物群對宿主的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)如T細(xì)胞發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能。例如，與擬桿菌屬和梭狀芽胞桿菌相關(guān)的人類共生腸道菌株可以在無菌小鼠中誘導(dǎo)T調(diào)節(jié)(Treg)細(xì)胞。最近的研究表明，功能不同的T細(xì)胞亞群，如輔助T細(xì)胞17 (TH17)和Treg細(xì)胞參與了aGVHD的發(fā)病機(jī)制。除腸道外的身體部位的微生物群，如口腔和鼻腔，也被認(rèn)為參與免疫調(diào)節(jié)。我們之前曾提出，腸道微生物群與同種異體造血干細(xì)胞移植后的免疫細(xì)胞重建有關(guān)。然而，其他粘膜部位的微生物群是否受同種異體造血干細(xì)胞移植的影響，是否與aGvHD相關(guān)，是否與患者免疫系統(tǒng)的恢復(fù)相關(guān)，目前尚不清楚。
一、異種HSCT前后監(jiān)測腸道、口腔和鼻腔微生物群和宿主免疫系統(tǒng)。
在1年的時(shí)間里，從29名兒童的10個時(shí)間點(diǎn)收集糞便樣本、口腔拭子和前鼻孔拭子:在HSCT前2次，HSCT當(dāng)天，HSCT后1個月每周，以及HSCT后12個月的3個隨訪時(shí)間點(diǎn)(圖1)。通過16S rRNA基因譜測定這些樣本中的微生物群落動態(tài)。共對709份患者樣本(212份糞便樣本、248份口腔拭子和249份鼻拭子來自10個時(shí)間點(diǎn))進(jìn)行了鑒定。
發(fā)現(xiàn)移植前患者的微生物群落組成與健康對照不同；三個身體部位性在HSCT后微生物α多樣性下降；在一年中，微生物群落動態(tài)呈現(xiàn)出三個階段：第一階段(在檢查前和適應(yīng)開始時(shí)的樣本)，第二階段(HSCT的第一天到第1個月)，第三階段(月+3到月+12)(圖1C)；第一階段和第三階段的樣本在口腔和鼻腔重疊，表明微生物群落可能從較晚的時(shí)間點(diǎn)恢復(fù)到與造血干細(xì)胞移植前類似的狀態(tài)。
A.29名兒童在進(jìn)行異體造血干細(xì)胞移植前、移植時(shí)、移植后即刻以及后期隨訪時(shí)均進(jìn)行了監(jiān)測。監(jiān)測患者的基線特征、臨床結(jié)果、免疫細(xì)胞計(jì)數(shù)以及炎癥和感染標(biāo)志物。表S1(附加文件1)詳細(xì)描述了患者特征。宿主免疫系統(tǒng)參數(shù)與腸道、口腔和鼻腔微生物群的縱向動力學(xué)相關(guān)，這些微生物群在指定的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行了評估。
B.每個身體部位HSCT前、移植時(shí)和移植后的細(xì)菌α多樣性以log10變換后的y軸顯示。星號表示時(shí)間點(diǎn)間的中值逆Simpson指數(shù)存在顯著差異。C. 相對于HSCT的時(shí)間點(diǎn)LDA分析。對于糞便樣本，HSCT后立即采集的樣本LDA評分為陽性。對于口腔和鼻腔樣本，在HSCT前和后期隨訪時(shí)間點(diǎn)樣本的LDA評分均為陽性
二、腸道微生物群落動態(tài)變化
確定每個個體部位12個最豐富的科。HSCT后，在腸內(nèi)第II期Lachnospiraceae的豐度減少，從檢查前的13%減少到第1周的4.7%，然后在第III期開始的第3個月恢復(fù)到27.5%(圖2A)。同時(shí)，腸球菌科在II期的擴(kuò)張(檢查前:6.1%;第1周:22.8%)和第二階段的乳酸菌科(預(yù)檢:2%;第3個月后，第三階段分別減少到0.2%和0.6%(圖2A)。LDA在腸道中顯示了19個支系(共102個ASVs)，這些支系在時(shí)間點(diǎn)上對樣品的分離效果最好(圖2B)。兩個最具鑒別能力且LDA系數(shù)為正的進(jìn)化支系包括腸球菌科(Enterococcaceae)和乳酸桿菌科(Lactobacillaceae)的ASVs(圖2B)。從第3個月開始，它們的豐度再次下降到與預(yù)處理時(shí)間相當(dāng)?shù)乃?圖2C)。其中，ASV 78的數(shù)量最多，觀察頻率最高(圖2D)，其16S rRNA部分基因序列與wexlerae序列相似性較高。另一項(xiàng)PCA分析也支持這些發(fā)現(xiàn)(圖2E)。腸球菌科(Enterococcaceae)在II期樣品中更為豐富，Lachnospiraceae和Ruminococcaceae在I期和III期樣品中更為豐富(圖2E)。
三、放線菌和鏈球菌的不同譜系臨時(shí)區(qū)分口腔微生物群
tree-based sparse LDA在口腔中識別出了10個分支，共71個asv，沿第一軸的時(shí)間點(diǎn)分離樣本最好(圖3B)。asv的兩個最大的區(qū)分組隸屬于放線菌科和鏈球菌科(圖3B)。放線菌ASV 18(放線菌ASV 18)和鏈球菌ASV 28 (Streptococcus ASV 28)的ASV數(shù)量最多，且其16S rRNA部分基因序列分別與粘放線菌(放線菌)和鏈球菌(Streptococcus mitis)類群具有較高的序列相似性。另一種鑒別asv分別隸屬于普雷沃菌科(Prevotellaceae)和桿菌科(Bacillales Family XI) (Gemella spp.)。最豐富和最常觀察的ASV是黑色素原性普雷沃氏菌(ASV 42)和血Gemella sanguis (ASV 208)。同意相對豐富家庭動力學(xué),這些演化支共享的模式損耗從HSCT的天或周+ 1起(二期),直到他們的豐度從+ 3月開始恢復(fù)(第三階段)(圖3 a、C)大量類似HSCT之前,作為Ruminococcaceae和腸道Lachnospiraceae觀察。另一項(xiàng)PCA分析也支持這些發(fā)現(xiàn)(圖3D)。例如，放線菌科、普雷沃氏菌科和桿菌科XI在第I期和第III期的樣本中比第II期的樣本更為豐富(圖3D)。
四、HSCT前通過腸道微生物組成預(yù)測急性GvHD 嚴(yán)重性
基于機(jī)器學(xué)習(xí)，hsct前腸道微生物群組成預(yù)測aGvHD嚴(yán)重程度。
A.在0級aGvHD患者中，12個最豐富的家族隨著時(shí)間的推移在腸道中的相對豐度。
B. svmLinear模型識別出的前20個預(yù)測腸道ASV的重要性圖，其重要性得分表明，如果將各自的ASV排除在模型之外，預(yù)測精度會平均下降。最終的交叉驗(yàn)證svmLinear模型從腸ASVs preHSCT的豐度中預(yù)測了aGvHD (0 I vs II IV)，準(zhǔn)確率為86% (95% CI: 65 - 97%)。通過Boruta特征選擇確認(rèn)的asv用星號表示。
C.條件推理樹(CTREE)顯示asv被非參數(shù)回歸識別為有意義的分裂節(jié)點(diǎn)用于aGvHD預(yù)測。沿分枝的數(shù)目表明變異的分裂值穩(wěn)定了細(xì)菌豐度。終端節(jié)點(diǎn)顯示來自aGvHD分級為0 I級和II IV級患者的樣本比例(n =樣本數(shù)量)。
D.箱形圖描述了在0級aGvHD患者和II級IV級患者移植前各時(shí)間點(diǎn)預(yù)測ASVs的log轉(zhuǎn)化相對豐度。在aGvHD 0級I和II級IV的患者中,乳酸菌科和Tannerellaceae ASVs的E軌跡通過基于樹的稀疏LDA識別，包括asv3和asv128，它們可以預(yù)測aGvHD(粗體線).
五、急性GvHD的嚴(yán)重程度可以在造血干細(xì)胞移植之前通過口腔微生物群的組成來預(yù)測
A.相對豐度:隨著時(shí)間的推移，在0級aGvHD患者的口腔中12個最豐富的家族。
B. svmLinear模型識別出的前20名口腔預(yù)測ASV的重要性圖，重要性分?jǐn)?shù)表示剔除該ASV后，預(yù)測精度平均下降。最終的交叉驗(yàn)證svmLinear模型從口服ASVs preHSCT的豐度中預(yù)測了aGvHD (0 I vs II IV)，準(zhǔn)確率為92% (95% CI: 73 ~ 99%)。通過Boruta特征選擇確認(rèn)的asv用星號表示。
C.條件推理樹(CTREE)顯示asv被非參數(shù)回歸識別為有意義的分裂節(jié)點(diǎn)用于aGvHD預(yù)測。沿分枝的數(shù)目表明變異的分裂值穩(wěn)定了細(xì)菌豐度。終端節(jié)點(diǎn)顯示來自aGvHD分級為0 I vs II IV患者的樣本比例(n =代表樣本數(shù)量)。
D.箱形圖描述了在0 I級aGvHD患者和II IV級aGvHD患者移植前時(shí)間點(diǎn)預(yù)測ASVs的對數(shù)轉(zhuǎn)化相對豐度。在aGvHD 0級I和II級IV的患者中基于樹的稀疏LDA識別出普雷沃氏科和放線菌科ASVs的E軌跡，包括ASV 226和ASV 568，這些ASV 226和ASV 568可以預(yù)測aGvHD(粗體線).
六、急性GvHD的嚴(yán)重程度可以在造血干細(xì)胞移植前同時(shí)從所有三個身體部位的微生物群預(yù)測
在一個聯(lián)合模型中，來自所有三個身體部位的分類群都可以預(yù)測HSCT之前樣本的aGvHD嚴(yán)重程度(圖6)。該報(bào)道發(fā)現(xiàn)了7種預(yù)測性asv，其中2種來自腸道，1種來自口腔，1種來自鼻子，2種主要在口腔中發(fā)現(xiàn)，但也在鼻子中發(fā)現(xiàn)，1種主要在口腔中發(fā)現(xiàn)，但也在鼻子和腸道中發(fā)現(xiàn)(圖6A)。3個類群(副弧菌屬ASV_131、放線菌屬ASV_568和梭菌屬ASV_166)起源于后來發(fā)展為II級和IV級aGvHD的患者。一致地，這些asv的log-transformed相對豐度在檢查前、適應(yīng)開始和HSCT當(dāng)天，在aGvHD分級為II級和IV級的患者中大多高于那些表現(xiàn)為0級和I級的患者(圖6B)。所有七個分類單元都在CTREE回歸框架中從所有身體部位識別出來，在身體站點(diǎn)特異性支持向量機(jī)線性核(svmLinear)模型和/或Boruta特征選擇和/或CTREE回歸框架中也檢測到(圖6C)。