Koloskopie-Aspirationsspülungen zur mukosalen metataxonomischen Profilierung von Spondylarthritis

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 7015 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Untersuchung der Mikrobiota des Magen-Darm-Trakts von Patienten mit Spondylarthritis (SpA) konzentrierte sich auf die Analyse von Kotproben, die hauptsächlich die luminale Mikrobiota abbilden. Ziel dieser Studie war es, den Beitrag des Schleimhaut- und Lumenmikrobioms zur Darmdysbiose bei SpA mithilfe von Koloskopie-Aspirationsspülungen (CAL), einer aktuellen Alternative für regionale Studien des Gastrointestinaltrakts, zu bestimmen. Wir analysierten 59 CAL (aus dem Sigma und dem distalen Ileum) und 41 Kotproben von 32 SpA-Patienten und 7 gesunden Personen mithilfe einer auf das 16S-rRNA-Gen ausgerichteten metataxonomischen Profilierung. Es wurde eine hohe Prävalenz von Manifestationen des Gastrointestinaltrakts bei SpA-Patienten festgestellt (65,3 %). Metataxonomische Profilierung, bestätigte CAL-Proben aus dem unteren Gastrointestinaltrakt (Dickdarm oder Ileum), zeigten ein charakteristisches und undifferenziertes Bakteriom und unterschieden sich von dem, das in Kotproben oder am Anfang des Gastrointestinaltrakts (Mundhöhle (OC)) gefunden wurde. Proben und Fäzes des unteren Gastrointestinaltrakts von SpA-Patienten zeigten im Vergleich zu den gesunden Kontrollpersonen ein ähnliches Verhalten wie die Mikrobiota der IBD-Gruppe mit verringerter mikrobieller Vielfalt und Diversität. Interessanterweise wurde bei SpA-Patienten ein Anstieg proinflammatorischer Taxa festgestellt, wie z. B. der Familie Enterobacteriaceae (hauptsächlich im Ileum), Succinivibrio spp. und Prevotella stercorea. Im Gegensatz dazu zeigten SpA-Patienten einen signifikanten Rückgang der SCFA-Produzenten Coprococcus catus und Eubacterium biforme. Unsere Daten untermauern den Wert von CAL-Proben für die regionale Untersuchung des Gastrointestinaltrakts und liefern Informationen über potenzielle „Disruptor-Taxa“, die an den bei SpA-Patienten beobachteten Störungen im Zusammenhang mit dem Gastrointestinaltrakt beteiligt sind.

Mikrobiomveränderungen (Dysbiose) im Magen-Darm-Trakt werden mit verschiedenen Pathologien in Verbindung gebracht, die schwerwiegende Folgen für Gesundheit und Wohlbefinden haben. In einigen Fällen können diese Mikrobiomveränderungen als Folge systemischer und degenerativer Erkrankungen wie SpA, einer Gruppe rheumatischer Erkrankungen, die stark mit extraintestinalen Manifestationen und gastrointestinalen Symptomen zusammenhängen, hervorgerufen werden1, wobei unbestreitbar ist, dass die Inzidenz von SpA bei Patienten mit subklinischer Darmerkrankung zunimmt Entzündung2. Sogar seronegative SpA-Patienten mit unspezifischen gastrointestinalen Symptomen zeigten subklinische Darmentzündungen, die durch ileokolonoskopische Befunde definiert wurden3.

Es wurde auch über einen Kausalitätszusammenhang berichtet, der mit einer genetischen Veranlagung zusammenhängt und bei dem eine Dysbiose oder das bloße Vorhandensein pathogener Bakterien eine verstärkte Immunantwort auslösen kann, die die Entwicklung mehrerer Autoimmunerkrankungen wie der entzündlichen Darmerkrankung (IBD) begünstigt, einer eng verwandten Manifestation im Zusammenhang mit SpA4,5. Zahlreiche Studien zielten darauf ab, die Zusammensetzung der Darmmikrobiota und ihre Rolle bei der Entwicklung und dem Fortschreiten von SpA6,7 zu beschreiben. Die Auswirkungen der im Darm dieser Patienten beobachteten Dysbiose sind jedoch nicht genau verstanden8. Trotz Kontroversen scheint die Darmmikrobiota für die Entwicklung dieser Pathologien von entscheidender Bedeutung zu sein.

Das Darmmikrobiom weist eine äußerst vielfältige Zusammensetzung mit einer Bakterienvielfalt von 500 bis 1000 Arten auf9. Die Implementierung PCR-basierter Massensequenzierungstechnologien (z. B. 16S-rRNA-Gensequenzierung) hat ein umfassenderes Verständnis mikrobieller Gemeinschaften ermöglicht und zur Beschreibung des „gesunden“ oder „ungesunden“ Mikrobioms beigetragen. Um die mikrobielle Zusammensetzung des Darms zu untersuchen, können verschiedene Arten von Proben wie Stuhl oder Biopsien des Magen-Darm-Trakts verwendet werden. Am häufigsten wird Stuhl verwendet, da die Entnahme einfach und risikolos ist10, allerdings variiert die Zusammensetzung des Mikrobioms je nach Standort im Magen-Darm-Trakt.

Biopsien, Laser-Capture-Mikrodissektion, Lumenbürste und andere sind Alternativen für die regionale Untersuchung des Gastrointestinaltrakts, die die genaueste Beschreibung der Mikrobiota bieten10. Wenn jedoch ein invasiver Eingriff erforderlich ist (z. B. Koloskopie), ist eine Biopsie (oder Laser-Mikrodissektion) nur bei abnormalen Gewebebefunden erforderlich, was die Entnahme einer ausreichenden Anzahl von Proben in diesem Zusammenhang erschwert von SpA-Studien. Darüber hinaus werden Koloskopien nur kranken Personen verschrieben, und angesichts der Risiken und der Komplexität der Koloskopieverfahren erschwert die Aufnahme gesunder Kontrollpersonen immer die Entwicklung klinischer Studien. All diese Gründe haben dazu geführt, dass Studien zur Darmmikrobiota dazu geführt haben, dass Fäkalien als Stellvertreter für die Zusammensetzung des Darmmikrobioms verwendet werden, hauptsächlich als Darstellung des distalen Teils des Gastrointestinaltrakts11. Nur wenige Studien umfassen proximalere Bereiche wie den Dünndarm, da dieser Abschnitt nur schwer zu erreichen ist, obwohl er im Zusammenhang mit SpA12 einer der am stärksten beeinträchtigten Abschnitte ist.

In den letzten Jahren wurden unkonventionelle Probenahmemethoden vorgeschlagen, die ähnliche Ergebnisse wie Biopsien liefern, beispielsweise die Verwendung von CAL13-Rückständen. Hier bewerten wir die Verwendung von CAL aus dem Sigma und dem distalen Ileum – dem proximalsten Teil des Dünndarms – anhand von Ileonoskopien und vergleichen sie mit Stuhlproben, um das gastrointestinale Mikrobiom bei Patienten mit SpA zu untersuchen. Unsere metataxonomischen Ergebnisse zeigten eine ähnliche Zusammensetzung der CAL-Proben aus Ileum und Dickdarm, jedoch deutliche Unterschiede im Kot. Unabhängig von der Art der Proben zeigten SpA-Patienten eine signifikante Dysbiose in verschiedenen Regionen des Gastrointestinaltrakts, mit einer deutlich erhöhten Häufigkeit von Enterobacteriaceae, die wahrscheinlich ihren Ursprung im Ileum hatte.

Zweiunddreißig Patienten mit SpA gemäß ASAS-Klassifizierung und den Kriterien der European Spondyloarthropathy Study Group (ESSG)14,15, die im Hospital Militar Central und Clinicos IPS in Bogotá, Kolumbien, behandelt wurden, wurden in eine von der Einrichtung genehmigte Querschnittsstudie aufgenommen Ethikkommission. Sieben gesunde freiwillige Personen wurden als Kontrollen für eubiotische Mikrobiota einbezogen. Zusätzlich wurden drei Patienten mit diagnostizierter IBD eingeschlossen, um eine Dysbiose im Gastrointestinaltrakt zu veranschaulichen. Eingeschlossen wurden gesunde Kontrollpersonen im Alter von 18 bis 65 Jahren, deren Lebensstil, sozioökonomischer Status und Beruf denen der Patienten ähnelten. Sie wurden hinsichtlich des Vorliegens gastrointestinaler Symptome (z. B. Durchfall, Stuhlgang mit Schleim, Hämatochezie, tägliche Stuhlzahl, Bauchschmerzen und Blähungen) und ihrer Ernährung befragt (Ergänzungstabelle S1); Es wurde auch eine klinische Untersuchung durchgeführt. Ausschlusskriterien waren Schwangerschaft, Stillzeit, maligne Erkrankungen, andere autoinflammatorische oder Autoimmunerkrankungen, Immunschwäche, chronische Pankreatitis oder chronische Lebererkrankung sowie eine Antibiotikabehandlung in den letzten 3 Monaten. Keine Kontrollgruppe berichtete über Durchfall in den letzten 4 Wochen, 87,6 % berichteten über einen Stuhlgang pro Tag und die restlichen 14,3 % berichteten über zwei Stuhlgänge. Gelegentlich wurde bei zwei Kontrollen über Blähungen im Bauchraum berichtet, und bei 42,9 % wurde über eine leichte Nahrungsmittelunverträglichkeit berichtet, die hauptsächlich auf Milchprodukte zurückzuführen war (28,6 %). Trotzdem befanden sich weder Schleim noch Blut in ihrem Stuhl, und ihre Ileonoskopie ergab keine Hinweise auf Veränderungen des Gastrointestinaltrakts.

Es wurde ein spezifischer Fragebogen zur Erfassung gastrointestinaler Symptome angewendet (Ergänzungstabelle S1), gefolgt von einer klinischen Bewertung durch einen Rheumatologen und bei Patienten mit ≥ 2 gastrointestinalen Symptomen wurde auch eine klinische Bewertung durch einen Gastroenterologen durchgeführt. Danach wurde festgelegt, wer eine Indikation für eine Ileokoloskopie (mit digitaler Chromoendoskopie mit Vergrößerung in der Gastroadvanced Clinic in Bogota, Kolumbien) und eine histologische Analyse hatte. Nach der Beurteilung durch die Gastroenterologie und vor dem Eingriff wurden den Patienten die Vorteile und Risiken der Ileokoloskopie erläutert und Einverständniserklärungen unterzeichnet. Kurz gesagt wurde mit Travad Pik (Natriumpicosulfat 10 mg + leichtes Magnesiumoxid 3,5 g + Zitronensäure 12 g) eine kleinvolumige Vorbereitung für die Koloskopie durchgeführt, um eine angemessene Reinigung aller Dickdarm- und distalen Ileumbahnen zu erreichen, gemessen mit der Boston-Skala (9/9)16.

Die Koloskopien wurden unter Sedierung mit intravenösem Propofol und mit Unterstützung eines Anästhesisten durchgeführt. Alle Verfahren wurden von einem Gastroenterologen-Experten für diagnostische und therapeutische Endoskopie unter Verwendung von EVIS EXERA III CF-HQ190L/I (OLYMPUS) oder ELUXEO® 700 Series EC-760ZP-V/L (FUJI) entwickelt. Nach der Spülung mit 0,9 % NSS (~ 250 ml) wurde die Aspiration des linken Dickdarms und des distalen Ileums mit einem geschlossenen sterilen Kreislauf mit einer ERBE-Pumpe (EIP 2 Spülpumpenspülungen) durchgeführt und die Proben wurden mit einer Polypenfalle gesammelt ( eTrap® BX00711099 – US-Endoskopie) (Abb. 1A–C). Fünf Milliliter Aspirate aus dem Dickdarm (links) und dem distalen Ileum wurden in separaten Eppendorf-Röhrchen gesammelt. Patienten und gesunde Personen stellten außerdem eine in einem sterilen Behälter gesammelte Stuhlprobe zur Verfügung. Sowohl Aspirate (CAL) als auch Stuhl wurden vor der Weiterverarbeitung bei –80 °C gehalten.

Koloskopische Spülrückstände als Alternative zur Mikrobiomanalyse des Magen-Darm-Trakts (GI). (A) Bei der Koloskopie werden Spülrückstände in einer Polypenfalle gesammelt. Wenn die Sonde das Ileum oder den Dickdarm erreicht, werden diese Zonen gewaschen und die Spülrückstände werden gesammelt und für die Mikrobiomanalyse verwendet. Die Gesamt-DNA aus Ileum- und Dickdarmspülungen, Kot und Mundhöhlenproben (Kontrolle außerhalb der Gruppe) wurde extrahiert und durch auf das 16S-Gen ausgerichtete NGS analysiert. (B) Vergrößerung der Bereiche des Dickdarms (links) und des Ileums (rechts), aufgenommen durch Koloskopie plus digitale Chromoendoskopie-Schmalbandbildgebung eines SpA-Patienten. Im Sigma kommen oberflächliche Geschwüre mit Verlust des Gefäßmusters vor. Im distalen Ileum werden Atrophiebereiche mit Zottenverlust beobachtet. (C) Bray-Curtis-Unähnlichkeits-Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) basierend auf Merkmalen der Bakteriengemeinschaft. (D) und (E) Reichtum der Bakteriengemeinschaft. ASV-Amplikonsequenzvarianten, phylogenetische Distanz zwischen Faith und PD Faith. (F) und (G) Shannon-Diversität bzw. Pielou-Gleichmäßigkeit. Signifikante p-Werte (in Kursivschrift) für Tukeys Mehrfachvergleichstest werden angezeigt.

Dickdarm- und Ileumproben (CAL) wurden fünf Minuten lang bei 10.000 U/min zentrifugiert und das Pellet wurde zur Extraktion der Gesamt-DNA mit dem PureLink™ Microbiome DNA Purification Kit (Thermo Fisher Scientific Inc.) verwendet. Die Stuhl-DNA wurde mit dem QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit (QIAGEN®) extrahiert. Extrahierte DNA wurde zur Herstellung von 16S-rRNA-Gen-Amplikonbibliotheken verwendet. Kurz gesagt, ein Segment, das die variablen Regionen V3 und V4 im 16S-rRNA-Gen umfasst, wurde durch PCR mit Herculase II Fusion DNA Polymerase unter Verwendung der Primer 341F und 805R amplifiziert. Diese Produkte wurden zur Erstellung von Nextera XT Index Kit V2-Bibliotheken verwendet und mithilfe der Illumina MiSeq-Plattform sequenziert, um 301 bp Paired-End-Reads zu erhalten. Nach der Sequenzierung betrug die mittlere Anzahl der Lesevorgänge 102.226 (Bereich 56.803–207.845) und erreichte in den Verdünnungsdiagrammen eine Sättigung.

Zur Verarbeitung der generierten Bibliotheken wurde die Pipeline Qiime 2™17 wie folgt verwendet. Zunächst wurden bei der Verwendung von DADA2 die letzten 20 nt am 3'-Ende aufgrund geringer Qualität weggeschnitten, und die Lesevorgänge wurden bereinigt, zusammengefügt, entrauscht und als Amplikonsequenzvarianten (ASV) geclustert. Es wurden 6042 Features (ASV) in den Bibliotheken mit einer mittleren Häufigkeit von 41.881 (Bereich 9584–68.910) gefunden. Merkmale wurden unter anderem zur Bestimmung der phylogenetischen Distanz (PD) von Shannon, Faith und Richards und der Pielou-Gleichmäßigkeitsindizes verwendet, um den Reichtum, die Diversität und die relative Häufigkeit in den Studiengruppen zu bewerten. Andererseits wurden ASVs mithilfe der Greengenes-Datenbank (Version 13.5, aktualisiert am 01.05.2019)18 klassifiziert und taxonomischen Ebenen zugeordnet. Die taxonomische Klassifizierung wurde mit der Datenbank SILVA 132_99 validiert (aktualisiert am 13.12.2017). Für die bioinformatische Analyse haben wir aufgrund der physiologischen Unterschiede als Kontrollgruppe Mundhöhlenmikrobiome dieser Patienten einbezogen. Zusätzlich wurden trotz der geringen Anzahl an Proben zum Nachweis einer Dysbiose Mikrobiome von IBD-Patienten, die aus CAL und Kot entnommen wurden, in die Vergleiche einbezogen. Die statistische Analyse wurde jedoch nur für IBD-Proben aus Ileum und Dickdarm durchgeführt, wo wir mindestens drei Proben erhalten.

Die Ähnlichkeit zwischen Gruppen wurde in QIIME2 mittels ungewichteter Unifrac-Abstände und Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) mit Bray-Curtis-Index, mit der PERMANOVA-Methode und der Berechnung von 1000 Permutationen bewertet. Statistische Unterschiede zwischen Gruppen hinsichtlich Reichtums- und Diversitätsindizes wurden mithilfe einer gewöhnlichen einfaktoriellen ANOVA und des Mehrfachvergleichstests von Tukey in der GraphPad Prism-Software, Version 9, bewertet. In der taxonomischen Analyse der relativen Häufigkeit wurden Taxa mit signifikant unterschiedlicher Häufigkeit zwischen Gruppen in STAMP19 unter Verwendung von Whites Non ermittelt -parametrischer t-Test. Unterschiede zwischen Mittelwerten von durchschnittlichen Anteilen > 0,2 % mit einem p-Wert < 0,05 wurden als signifikant angenommen.

Diese Studie wurde vom Corporate Research Ethics Committee des Hospital Militar Central genehmigt. Alle Teilnehmer unterzeichneten eine Einverständniserklärung zur Teilnahme und wurden über die Risiken der Eingriffe aufgeklärt. Alle Experimente wurden in Übereinstimmung mit den einschlägigen Richtlinien und Vorschriften durchgeführt.

Die in dieser Studie analysierte Personengruppe bestand aus 32 Patienten mit SpA und sieben gesunden Personen. Von den SpA-Patienten waren 56,2 % männlich, und zum Zeitpunkt der Studie gaben 9,4 % an, zu rauchen, 28,1 % rauchten und 15,6 % betrachteten sich als Passivraucher. Was den Familien- und Wirtschaftsstatus betrifft, waren 56,3 % verheiratet (oder lebten mit dem Ehepartner zusammen), und die Mehrheit war Arbeitnehmer (34,4 %) oder hatte eine Altersrente (28,1 %). Der Body-Mass-Index (BMI) ergab, dass 56,3 % übergewichtig und 12,5 % fettleibig waren, während die restlichen 31,2 % einen normalen BMI aufwiesen. In der Gruppe der gesunden Kontrollpersonen waren 85,7 % Frauen, 14,3 % Raucher, 42,9 % hatten geraucht und 28,6 % waren Passivraucher. Je nach Familienstand gaben 42,8 % an, mit dem Ehepartner zusammenzuleben, 71,4 % waren Angestellte, und in dieser Gruppe wurde bei 71,4 % ein normaler BMI beobachtet und die restlichen 28,6 % waren übergewichtig. Bezüglich der Essgewohnheiten gaben alle Kontrollpersonen an, Allesfresser zu sein, während in der SpA-Gruppe 3,1 % angaben, strikte Vegetarier zu sein. Darüber hinaus wurden in diese Analyse auch drei Patienten mit IBD (ohne SpA-Manifestationen) einbezogen, um die dysbiotische Mikrobiota darzustellen. Das Durchschnittsalter dieser Patienten betrug 33,2 Jahre (24–54), zwei Männer und eine Frau, alle waren Patienten mit Pankolitis vom Typ Colitis ulcerosa mit der Montreal-Klassifikation für Colitis ulcerosa E3S1. Aufgrund der milden Aktivität und des Ausmaßes der Erkrankung befanden sie sich zum Zeitpunkt der Probenentnahme in pharmakologischer Behandlung mit Aminosalicylaten; Der MAYO-Score für die klinische Aktivität lag zwischen 3 und 5, was eine leichte klinische Aktivität bedeutet, und der MAYO-Endoskopie-Score für die 3 Patienten betrug 1 mit leichter endoskopischer Aktivität. Bei keinem Patienten traten Komplikationen auf, die auf eine Colitis ulcerosa zurückzuführen waren oder eine Operation erforderlich machten20,21.

Wir konzentrierten uns auf die rheumatologischen klinischen Variablen in der SpA-Gruppe und stellten fest, dass bei 71,9 % der Patienten eine ankylosierende Spondylitis (AS), bei 21,9 % eine Psoriasis-Arthritis (PsA) und bei 6,3 % eine reaktive Arthritis (ReA) diagnostiziert wurde. Gemäß den ASAS-Kriterien wurde bei 9,4 % der Patienten eine axiale Beteiligung festgestellt, bei 25,0 % eine periphere Beteiligung und bei 65,6 % traten gleichzeitig axiale und periphere Symptome auf. In 9,4 % der Fälle wurde eine Infektion vor der Diagnose gemeldet. Was die muskuloskelettalen Symptome betrifft, so wurde bei 84,4 % das Vorliegen entzündlicher Lendenschmerzen angegeben, während 15,6 % über mechanische Lendenschmerzen, 87,5 % über Enthesitis und Arthritis und 18,8 % über Daktylitis berichteten. Bei 59,4 % der SpA-Patienten wurde über eine biologische Behandlung mit IL-17-Inhibitoren (9,4 %) und Anti-TNFα (50 %) berichtet; Die restlichen Fälle erhielten eine konventionelle Behandlung (40,6 %). Die Rolle der Manifestationen des Gastrointestinaltrakts bei SpA wird dadurch untermauert, dass 65,3 % dieser Patienten im letzten Monat über mehr als zwei gastrointestinale Symptome berichteten.

Mithilfe des CAL konnten 29 bzw. 30 Proben aus dem Ileum und dem Dickdarm entnommen werden; Außerdem wurden 41 Kot- und 29 OC-Proben einbezogen, wobei die letzte einer Fremdgruppenkontrolle entsprach. Die Metaprofilierung des 16S-rRNA-Gens zeigte – wie aufgrund der deutlichen physiologischen Unterschiede erwartet –, dass OC-Proben als entfernte Gruppe zum unteren Gastrointestinaltrakt und zu Kotproben im Bray-Curtis-PCoA gruppiert waren (Abb. 1C). Obwohl Kotproben und Proben des unteren Gastrointestinaltrakts näher gruppiert waren, waren Ileum und Dickdarm nicht zu unterscheiden (multiple lineare Regression zur Varianzanalyse: p = 0,5691, R-Quadrat = 0,8609), während die Kotgruppe leicht zu einer der Achsen verschoben war und sich von Ileum und Dickdarm unterschied Doppelpunkt (p-Werte: 0,0051 bzw. 0,0114). Da der Stuhl Mikroben mit sich herumträgt, die über den gesamten Magen-Darm-Trakt verteilt sind, kann dies die Stuhlunterschiede erklären. Folglich zeigten Kotproben einen deutlich höheren Artenreichtum mit einem Mittelwert von 212 ± 73 #ASVs gegenüber 142 ± 73 und 140 ± 69 für Dickdarm und Ileum (Abb. 1D). Die phylogenetische Distanz von Faith (Reichtumsindex basierend auf der phylogenetischen Baumgröße) bestätigte eine deutlich reichhaltigere Kotbakteriengemeinschaft mit 18,9 ± 5,4 für Kot, gegenüber 10,6 ± 4,4 und 12,9 ± 4,3 (Substitutionen/Stelle) für Dickdarm bzw. Ileum ( Abb. 1E). Trotz des größeren ASV-Anteils (Abb. 1D) war das OC-Bakteriom im Vergleich zu Dickdarm und Ileum deutlich weniger vielfältig (Shannon-Index: 4,9 ± 0,87, 4,8 ± 0,97 bzw. 4,1 ± 1,1 für Dickdarm, Ileum und OC) (Abb . 1F). Dementsprechend waren die Kotproben am vielfältigsten (Shannon-Index: 5,9 ± 0,87). Dementsprechend war die Kotgruppe am gleichmäßigsten (relative Gleichmäßigkeit der Arten), und auch hier zeigten Proben aus dem unteren Gastrointestinaltrakt eine mittlere Gleichmäßigkeitsverteilung (Abb. 1G). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CAL-Proben aus dem unteren Gastrointestinaltrakt (Dickdarm oder Ileum) ein charakteristisches und undifferenziertes Bakteriom aufwiesen und sich von dem unterschieden, was in Kotproben oder am Anfang des Gastrointestinaltrakts wie OC gefunden wurde.

Die identifizierten Merkmale wurden zur taxonomischen Klassifizierung bewertet und ergaben eine klare Zusammensetzungssignatur für die Schleimhautproben des unteren Gastrointestinaltrakts (Dickdarm und Ileum), die hauptsächlich aus den Gattungen Bacteroides, Faecalibacterium, Prevotella, Eubacterium, Dorea und Clostridium bestanden (Abb. 2A). Obwohl auch Bacteroides und Faecalibacterium im Kot reichlich vorhanden waren, zeigte Prevotella in dieser Gruppe einen deutlichen Anstieg, und im Allgemeinen war das vorherrschende Bakteriom (entspricht den Taxa mit einer relativen Häufigkeit von > 0,5 %) größer, einschließlich 22 Gattungen, gegenüber 16 und 17 für Dickdarm bzw. Ileum. Auf Familienebene waren Ruminococcaceae, Bacteroidaceae, Lachnospiraceae, Enterobacteriaceae, Prevotellaceae, Fusobacteriaceae und Erysipelotrichaceae im vorherrschenden Bakteriom des unteren Gastrointestinaltrakts vorhanden. Auf dieser taxonomischen Ebene zeigten Kotproben ihre vorherrschenden Bakteriome: unter anderem Succinivibrionaceae, Verrucomicrobiaceae und Bifidobacteriaceae, die aus diesem Grund wahrscheinlich von Orten transportiert werden, die weit vom unteren Gastrointestinaltrakt entfernt sind oder sich von der Schleimhaut (luminal zirkulierende Bakterien) unterscheiden wurden bei CAL aus Dickdarm oder Ileum nicht als vorherrschend festgestellt (Abb. 2B). Die Ordnungsklassifizierung ergab, dass Clostridiales, Bacteroidales, Enterobacteriales, Fusobacteriales und Erysipelotrichales im entfernten Gastrointestinaltrakt vorherrschen (Abb. 2C). Im Allgemeinen kann die größere Diversität und Reichhaltigkeit, die in Kotproben beobachtet wurde, durch eine Zunahme der Familien und Gattungstaxa erklärt werden, nicht jedoch durch die Reihenfolge und Klasse, bei der die Anzahl der Taxa, die in den drei Gruppen als vorherrschend identifiziert wurden, ähnlich war (Abb. 2C, D). ).

Taxonomische Analyse für Dickdarm-, Ileum- und Kotproben. Dickdarm und Ileum weisen eine engere Bakterienzusammensetzung auf. Balken stellen die durchschnittliche relative Häufigkeit auf verschiedenen taxonomischen Ebenen für jede Gruppe dar. Es werden die Ebenen Gattung (A), Familie (B), Ordnung (C) und Klasse (D) angezeigt. Es werden Taxa mit einer relativen Häufigkeit von mehr als 0,5 % angezeigt. Die am häufigsten vorkommenden Taxa werden rechts in jedem Balken beschrieben, beginnend oben mit den am häufigsten vorkommenden Merkmalen.

Die Analyse der unterschiedlichen Häufigkeit (unter Verwendung von Mittelwertdifferenzen, DBM) zeigte beim Vergleich auf Arten-, Gattungs-, Familien-, Klassen- und Stammesebene keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen Schleimhautkolon- und Ileumbakteriomen. Allerdings war die Ordnung der Burkholderiales im Dickdarm häufiger (mittlerer Anteil für Ileum bzw. Dickdarm: 0,82 ± 1,07 % und 1,54 ± 1,52 %, p = 0,0499). Diese Ergebnisse bestätigen das nicht unterscheidbare Bakteriom, das anhand von CAL-Proben im Dickdarm oder Ileum identifiziert wurde. Im Vergleich zu Kot zeigten Proben des unteren Gastrointestinaltrakts jedoch eine Anreicherung von Dorea formicigenerans, Haemophilus parainfluenzae (nur für das Ileum signifikant), Clostridium paraputrificum und Methylobacterium mesophilicum (Abb. 3A). Dickdarm- und Ileumproben zeigten eine signifikante Anreicherung der Gattungen Bacteroides und Faecalibacterium; Enterobacteriaceae- und Bacteroidaceae-Familien (Abb. 3C); und Enterobakterien-Reihenfolge (Abb. 3D). Andererseits bestätigte die Differentialhäufigkeitsanalyse die Anreicherung und größere Diversität im Kot (Abb. 3A–D), die hauptsächlich durch Bacteroidales (Ordnung) und unter diesen insbesondere durch die Prevotellaceae (Familie) und die Gattung Prevotella verursacht wird Prevotella copri. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CAL-Proben aus dem unteren Gastrointestinaltrakt nützlich für die Untersuchung von Schleimhautbakterien mittels gezielter Strategien auf 16S-rRNA-Gene sind, wobei eine beträchtliche Anzahl von Mikroorganismen, die scheinbar unspezifisch vom Kot aus dem gesamten Verdauungssystem mitgeschleppt werden, dezimiert werden .

Dickdarm und Ileum weisen eine charakteristische Bakterienzusammensetzung auf, wobei einige Taxa in diesen Regionen des Magen-Darm-Trakts überrepräsentiert sind. Der Unterschied zwischen der mittleren relativen Häufigkeit (DBM, obere X-Achse) für Dickdarm (grün) oder Ileum (rot) und Kot wird als Balken dargestellt. Positive Werte zeigen an, dass die Taxa im Dickdarm oder Ileum überrepräsentiert sind, und negative Werte zeigen an, dass die Taxa im Kot überrepräsentiert sind. Sternchen entsprechen den p-Werten (untere x-Achse) für den nichtparametrischen t-Test von White. Taxa mit einem DBM > 0,2 % und einem p-Wert < 0,05 für mindestens einen Paarvergleich (Ileum oder Dickdarm vs. Kot) wurden in die Diagramme einbezogen. (A) Artenklassifizierung. (B) Gattung. (C) Familie. (D) Ordnung, Klasse und Stamm.

Bibliotheken zur gezielten Sequenzierung des 16S-rRNA-Gens aus Fäkalien und CAL-Proben wurden verwendet, um mögliche Unterschiede zwischen dem Bakteriom von SpA-Patienten und gesunden Personen festzustellen. Die Mikrobiota von Stuhlproben von SpA-Patienten zeigten keine signifikanten Unterschiede in der Anzahl der ASVs (252 ± 45 bzw. 208 ± 73, SpA vs. gesund) und Faith-PD (20,1 ± 4,1 und 19,0 ± 5,4, SpA vs. gesund). ) Reichtumsindizes im Vergleich zu denen, die in der gesunden Gruppe identifiziert wurden (Abb. 4A). Auch die Pielou-Gleichmäßigkeitsverteilung der Bakterienpopulation zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen gesunden und SpA-Patienten. Dennoch war die in dieser Art von Proben bewertete Shannon-Diversität bei SpA-Patienten signifikant geringer, mit einem Mittelwert von 5,9 ± 0,43 gegenüber 6,4 ± 0,52 bei gesunden Personen (p = 0,0400).

Gesunde Personen wiesen in verschiedenen Bereichen des Magen-Darm-Trakts den höchsten Bakterienreichtum und die höchste Bakterienvielfalt auf. Reichtum (Amplikonsequenzvarianten, ASVs), Shannon-Diversität, phylogenetische Faith-Diversität (PD) und Pielou-Gleichmäßigkeit werden für Kot- (A), Dickdarm- (B) und Ileum- (C) Proben angezeigt. Signifikante p-Werte (fett-kursiv) für Tukeys Mehrfachvergleichstest werden angezeigt. SpA Spondylarthritis, IBD entzündliche Darmerkrankung. Bei IBD-Proben wurde die statistische Analyse nur für Ileum und Dickdarm durchgeführt, wo wir mindestens drei Proben erhalten. Diese Gruppe wurde einbezogen, um eine Darmdysbiose zu veranschaulichen.

Die im Dickdarm ansässigen Mikrobiota zeigten einen signifikanten Rückgang der Reichhaltigkeitsindizes für SpA-Patienten, sowohl für die mittlere Anzahl der ASVs (217 ± 26 vs. 132 ± 72, gesund bzw. SpA) als auch für Faith-PD (15,6 ± 2,5 vs. 10,0 ± 4,1) (Abb. 4B). Wie für IBD-Patienten erwartet, zeigte diese Gruppe im Vergleich zu gesunden Personen einen signifikanten Rückgang des Reichtums, jedoch keine Unterschiede gegenüber SpA. Die Shannon-Diversität war bei SpA- und IBD-Patienten in dieser Lokalisation des Gastrointestinaltrakts geringer, die Unterschiede waren jedoch nicht signifikant, obwohl ein möglicher Trend zu einer Abnahme aufgrund der niedrigen p-Werte (< 0,1) nicht ausgeschlossen werden kann. Ähnliche Ergebnisse wurden im Ileum gefunden; Auch hier waren der Bakterienreichtum und die Shannon-Diversität bei SpA-Patienten (nicht signifikant, aber mit niedrigen p-Werten) und IBD-Patienten im Vergleich zu gesunden Personen geringer (Abb. 4C). Diese Ergebnisse könnten durch eine unzureichende statistische Aussagekraft aufgrund des Verlusts einer Ileumprobe in der gesunden Gruppe erklärt werden.

Mithilfe des DBM der relativen Häufigkeiten (Prozentsatz in der gesunden Gruppe minus SpA) haben wir Taxa ermittelt, die Unterschiede zwischen den Gruppen aufweisen (Abb. 5). Die Ordnung Enterobacteriaceae, insbesondere die Familie Enterobacteriaceae, zeigte bei SpA-Patienten eine konsistente Anreicherung (Abb. 5C, D), sowohl an Stellen im unteren Gastrointestinaltrakt als auch im Kot. Obwohl die Häufigkeit dieser Taxa in Dickdarmproben um etwa sieben Prozentpunkte zunahm (größer als im Kot beobachtet), war diese nicht signifikant (grüne Punkte). Es ist anzumerken, dass der höchste signifikante Anstieg dieser Taxa bei SpA-Patienten im Ileum beobachtet wurde (− 11,2 %, p = 0,0128). Insgesamt deuten diese darauf hin, dass der scheinbare Anstieg der Stuhlmenge wahrscheinlich auf eine Anreicherung der Enterobacteriaceae-Familie im unteren Gastrointestinaltrakt von SpA-Patienten, hauptsächlich im Ileum, zurückzuführen ist.

Unterschiede zwischen den mittleren relativen Häufigkeiten (DBM) (y-Achse) für die Kontrollgruppe (gesunde Personen) im Vergleich zu SpA-Patienten für Kot- (orange), Ileum- (rot) und Dickdarmproben (grün). Positive DBM-Werte weisen auf Taxa hin, die bei gesunden Personen überrepräsentiert sind, und negative DBM-Werte weisen auf Taxa hin, die bei SpA-Patienten überrepräsentiert sind, beispielsweise Prevotella stercorea im Dickdarm (A). Auf der x-Achse sind die p-Werte für die nichtparametrischen t-Test-Paarvergleiche nach White (gesund vs. SpA) aufgetragen. Die willkürlichen DBM-Schwellenwerte (± 0,2 %) und der signifikante p-Wert-Schwellenwert (0,05) werden jeweils in gestrichelten blauen horizontalen und vertikalen Linien angezeigt. Es werden Taxa mit signifikant unterschiedlicher Häufigkeit für die Klassifizierungen Arten (A), Gattung (B), Familie (C) und Ordnung (D) angezeigt.

Gesunde Personen zeigten eine Anreicherung einiger spezifischer Taxa in Kotproben, wie z. B. Erysipelotrichales (Ordnung), Erysipelotrichaceae (Familie), Eubacterium (Gattung) und Eubacterium biforme (Abb. 5A–D), die jedoch weder im Dickdarm noch im Ileum verändert waren Teil des reichlich vorhandenen Mikrobioms an diesen Orten zu sein (siehe Abb. 2). In ähnlicher Weise waren Aeromonadales (Ordnung), Succinivibrionaceae (Familie) und Succinivibrio (Gattung) bei SpA-Patienten angereichert, insbesondere im Kot, jedoch nicht im Dickdarm oder Ileum. Diese Taxa wurden jedoch an diesen anderen Orten nicht häufig gefunden. Zusammengenommen lassen diese Ergebnisse vermuten, dass diese fäkalienspezifischen Veränderungen wahrscheinlich durch Bakterien verursacht werden, die sich an anderen Orten als dem Sigma oder dem distalen Ileum befinden. Darüber hinaus zeigten einige andere Taxa wie Coprococcus (insbesondere C. catus) und Prevotella stercorea (nur in Dickdarmproben) bei SpA-Patienten eine Reduktion bzw. Anreicherung mit geringfügigen, aber signifikanten Veränderungen (Abb. 5A, B), die nur in CAL-Proben aus Dickdarm oder Ileum wahrnehmbar. Diese Taxa gehören zum häufig vorkommenden Bakteriom in Stuhlproben, was wahrscheinlich die im Dickdarm und/oder Ileum beobachteten subtilen zonenspezifischen Veränderungen behindert. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass, obwohl SpA-assoziierte Dysbiose in jeder Art von Proben festgestellt werden kann, es mithilfe von CAL möglich war, Hinweise auf lokale Veränderungen der Bakterientaxa bei SpA-Patienten zu liefern.

Der Einsatz alternativer Darmprobenentnahmemethoden wird für die tiefergehende Analyse regionalspezifischer Bakterienzusammensetzungen immer attraktiver. Es wurde berichtet, dass die Nährstoffquelle und die Interaktion mit dem Wirt die Zusammensetzung der Bakterien im Magen-Darm-Trakt beeinflussen und mit der Progression in Richtung des distalen Darms die Häufigkeit und Diversität erhöhen22. Deshalb ist der Einsatz zonenspezifischer Probenahmemethoden wichtig für das Verständnis der Dynamik zwischen Wirt und lebenden Bakterien, die die Pathogenese fördert. Obwohl Biopsien als Goldstandard für regionale Studien zum Schleimhaut-GI-Trakt gelten, gibt es einige Einschränkungen wie die geringe DNA-Ausbeute (in einigen Fällen unzureichend für NGS-Studien), eine hohe Wirts-DNA-Kontamination, das Risiko von Blutungen und Infektionen während der Entnahme und die Ungeeignetheit für Gesunde Personen erhöhen die Schwierigkeit regionaler Untersuchungen des Gastrointestinaltrakts. Aus diesem Grund bewerten wir hier den Einsatz von CAL für die Untersuchung von Schleimhautveränderungen des Gastrointestinaltrakts bei SpA-Patienten. Es wurde berichtet, dass CAL höhere bakterielle DNA-Ausbeuten generiert, auf gesunde Kontrollpersonen anwendbar ist und im Vergleich zu Biopsien nur minimale Unterschiede aufweist13,23. Unsere Ergebnisse tragen zum Wissen über regionalspezifische Schleimhautbakteriome des Gastrointestinaltrakts bei, da sich bisher (überarbeitet am: 11.03.2023) nur wenige Studien auf die Verwendung von Schleimhaut- statt Stuhlproben konzentriert haben13,23,24,25, 26,27,28, und keine davon im Zusammenhang mit SpA-assoziierten Veränderungen des Gastrointestinaltrakts.

Unsere Ergebnisse zur Fülle, Diversität und Unähnlichkeit (PCoA) zeigten, dass CAL-Proben aus Dickdarm oder Ileum ein einzigartiges und nicht unterscheidbares Bakteriom aufwiesen, das sich von dem in Kotproben oder im OC gefundenen Bakteriom unterschied. Diese Ergebnisse wiesen auf zwei wichtige Schlussfolgerungen hin: Erstens ist die CAL-Sammlung eine gute Probenahmemethode für die Untersuchung des Schleimhautmikrobioms (das durch Biopsien, Laser-Capture-Mikrodissektion oder CAL dargestellt wird), da beim Vergleich mit Kotproben, die eine bessere Darstellung ermöglichen, starke Unterschiede beobachtet wurden des luminalen Darmbakterioms; Zweitens sind CAL-Proben nicht am besten für die Identifizierung von Veränderungen im Verlauf des GI-Trakts geeignet, da beim Vergleich von Dickdarm- und Ileumgruppen nur minimale Abweichungen beobachtet wurden (keine Unterschiede im Reichtum und in der Diversität und nur die Ordnung Burkholderiales zeigte eine Anreicherung im Dickdarm). Die Ununterscheidbarkeit des Bakterioms des unteren Gastrointestinaltrakts (distales Ileum vs. Sigma) und ein Unterschied zum fäkalen Bakteriom wurden bereits bei Biopsien (die als Goldstandard gelten) gezeigt24,29. Vaga et al. anhand von Biopsien wurde festgestellt, dass der Artenreichtum und die Diversität des Metagenoms an mehreren Stellen des Schleimhaut-GI-Trakts (terminales Ileum, Querkolon und Rektum) keine signifikanten Unterschiede aufwiesen; und in ähnlicher Weise haben Zoetendal et al. fanden keine Unterschiede im Ähnlichkeitsindex bei Verwendung von Schleimhautbiopsieproben, die entlang des Dickdarms verteilt waren30. Eine vernünftige Erklärung für diese Ergebnisse mithilfe von CAL oder Biopsien ist, dass Veränderungen in der Zusammensetzung der Schleimhautmikrobiota an verschiedenen Stellen durch Kontamination aus der GI-Luminalflüssigkeit durch den endoskopischen Kanal behindert werden können10. Als Beweis zeigen die Daten, dass die vorherrschenden Bakteriengruppen im Ileum Anaerobier waren. Es ist bekannt, dass der Großteil der vorherrschenden Bakterienpopulation im Ileum fakultative Anaerobier sind, mit einem kleinen Anteil an Anaerobiern31. Um die Kontamination zu reduzieren, wurde der Blinddarm jedoch mit NSS (100 ml) gewaschen, und nach dem Absaugen des Inhalts wurde der Kanal erneut mit NSS (50 ml) gewaschen, bevor das distale Ileum kanüliert wurde; Sobald sie sich im distalen Ileum befanden, wurde zunächst der gesamte Inhalt abgesaugt, verworfen und erneut mit NSS (~ 250 ml) gespült. Der Inhalt wurde mit einem sterilen geschlossenen Kreislauf abgesaugt und die Proben wurden mit einem Polypen gesammelt fangen.

Dennoch gelang es unseren CAL-Proben, das Schleimhautbakteriom abzubilden, das aufgrund seiner bekannten direkten Interaktion mit Epithel- und Immunzellen besonders wichtig ist23. Tatsächlich zeigten SpA-Patienten eine Abnahme des Bakterienreichtums, und dies war am Schleimhautbakteriom (Ileum und Dickdarm) deutlicher zu erkennen. Andere Studien haben auf deutlichere Unterschiede bei der Verwendung von Schleimhautoberflächen anstelle von Stuhlproben hingewiesen27. Leider war die Rekrutierung gesunder Personen, die der Entnahme von Koloskopienproben (CAL) zustimmten, schwierig, was unsere Kontrollgruppe verkleinerte, was sich auf die statistische Aussagekraft für die Bakterienvielfalt (Shannon-Index) auswirkte, obwohl SpA-Patienten einen Trend zur Abnahme der Diversität zeigten (p < 0,1).

Der Verlust an Reichtum und Vielfalt wurde durch die Anreicherung und Verarmung einiger Taxa bei den SpA-Patienten erklärt, was ihr Potenzial als Kandidaten für zukünftige Studien hervorhebt. Unter ihnen zeigte die Familie der Enterobacteriaceae eine konsistente Anreicherung bei SpA-Patienten, sowohl an Stellen im Magen-Darm-Trakt mit niedriger Schleimhaut als auch im Kot. Der höchste signifikante Anstieg für dieses Taxon wurde im Ileum bei SpA-Patienten beobachtet, was darauf hindeutet, dass der Anstieg der Fäkalien wahrscheinlich auf die Anreicherung im unteren Schleimhaut-GI-Trakt zurückzuführen ist, hauptsächlich im Ileum, wo die meisten Darmentzündungen axial und peripher auftreten SpA tritt auf32. Es wurde bereits früher berichtet, dass die fäkale Mikrobiota der Familie der Enterobacteriaceae bei Spondylitis ankylosans angereichert ist, der repräsentativsten Diagnose bei SpA-Patienten33. Darüber hinaus sind einige Enterobacteriaceae-Gattungen wie Yersinia spp., Salmonella spp. und Shigella spp. wurden mit reaktiver Arthritis in Verbindung gebracht34. Es ist erwähnenswert, dass Enterobacteriaceae nachweislich ein entscheidendes Mitglied der mikrobiellen Konsortien sind und in der Lage sind, mit der endogenen mikrobiellen Gemeinschaft zu interagieren, um maternale vererbte Kolitis und IBD auszulösen35, und die Verhinderung des Auswachsens von Enterobacteriaceae verringerte SI-Schäden in murinen Kolitismodellen36. Es wäre interessant, Enterobacteriaceae weiter zu untersuchen, um Mitglieder dieser Familie zu bestimmen, die für die Interaktion mit dem Immunsystem unserer Patienten relevant sind, da nachgewiesen wurde, dass eine breite Palette von Bakterien dieser Familie in der Lage ist, reaktive Gedächtniszellen Th1/17 zu stimulieren , bekannt durch seine proinflammatorische Aktivität (Sekretion von IFN-γ, IL-17A und IL-22)37, und das könnte mit dem Magen-Darm-Trakt oder systemischen Manifestationen bei SpA-Patienten zusammenhängen. Leider war es aufgrund der Auflösungsleistung der in dieser Studie verwendeten Sequenzierungstechnologie nicht möglich, mit SpA angereicherte Mitglieder dieser Familie zu klassifizieren.

Merkwürdigerweise fanden wir in Stuhlproben von SpA-Patienten einen starken und signifikanten Anstieg von Succinivibrionaceae (und Succinivibrio spp), begleitet von einem nicht signifikanten Anreicherungsmuster von Akkermancia muciniphila und Bacteroides fragilis (Abb. 5). Alle diese Taxa wurden als Succinatproduzenten gemeldet38. Bemerkenswerterweise wurden IBD, Kolitis und andere mit der Darmmikrobiota-Dysbiose einhergehende Pathologien mit der Ansammlung von Succinat im Darmlumen in Verbindung gebracht, was entweder auf eine Zunahme der Succinatproduzenten und/oder eine Abnahme der Succinatkonsumenten zurückzuführen sein kann39,40. Darüber hinaus haben Saraiva et al. Bei der Verwendung von Mäusen, denen der Succinatrezeptor Sucnr1/GPR91 fehlt, wurde die Arthritisentwicklung abgeschwächt und der Verkehr und die Ausbreitung von Th17-Zellen zu den Lymphknoten verringert. Umgekehrt steigerte die Succinatkomplementierung die Rekrutierung und den Verkehr von Th17 und den Schweregrad der Arthritis41. Diese Ergebnisse und unsere Ergebnisse der Anreicherung von Succinat-produzierenden Bakterien im Lumen von SpA-Patienten legen nahe, dass sie mit auf Succinat-Entzündungen abzielenden Therapien wie Clematichinenosid AR (C-AR), einem natürlichen traditionellen chinesischen Arzneimittel42, oder einem anderen behandelt werden könnten Ernährungsstrategie, die das zirkulierende Succinat reduziert. Ein weiteres an der Succinatproduktion beteiligtes Taxon ist Prevotella spp. Dies verschlimmert Entzündungen der Darmschleimhaut, erhöht den Succinatspiegel und reduziert kurzkettige Fettsäuren (SCFA) im Magen-Darm-Trakt43. Interessanterweise fanden wir eine signifikante Anreicherung von Prevotella stercorea im Sigma kolumbianischer SpA-Patienten.

Im Gegensatz zum Anstieg der Succinatproduzenten stellten wir einen signifikanten Rückgang gesunder Taxa wie Coprococcus catus und Eubacterium biforme in der Schleimhaut- (Dickdarm und Ileum) bzw. luminalen Mikrobiota (Kot) von SpA-Patienten fest. Beide Taxa sind weithin bekannt für ihre Fähigkeit, nützliche Metaboliten zu produzieren und Teil des gesunden Darmmikrobioms zu sein44,45. Sie produzieren Butyrat und Coprococcus catus produziert auch Propionat (SCFAs)46. In Tiermodellen wurde gezeigt, dass mit der Nahrung ergänztes Propionat (und einige SCFA) den Schweregrad von Arthritis und Gelenkentzündungen reduzieren47 und eine gesunde Darmmikrobiota wiederherstellen48. Dementsprechend beeinträchtigte die Butyrat-Supplementierung auch die Entwicklung von Arthritis, indem sie die Produktion des Metaboliten 5-HIAA (5-Hydroxyindol-3-essigsäure) durch sekundäre Akteure im Darmmikrobiom förderte und einen immunregulatorischen Zustand stimulierte (Erhöhung der Breg-Zellen)49 .

Zusammenfassend bestätigte die metataxonomische Profilierung, dass CAL-Proben aus dem unteren Gastrointestinaltrakt (Sigmoidkolon oder distales Ileum) in SpA ein charakteristisches Bakteriom mit ähnlichem Verhalten wie die IBD-Gruppe aufwiesen, mit verringerter mikrobieller Vielfalt und Diversität im Vergleich zu den gesunden Kontrollpersonen. In diesem Sinne könnte die Wiederherstellung einer gesunden Mikrobiota und/oder die Kontrolle der Metabolitenzirkulation im Magen-Darm-Trakt eine Strategie für die Behandlung von SpA-Patienten sein, die die konventionellen oder biologischen Behandlungen ergänzen könnte, um Symptome zu lindern oder Ergebnisse zu verbessern. Dieser Beweis für eine Dysbiose bei SpA-Patienten untermauert zusätzlich die Bedeutung der Erforschung unkonventioneller Strategien, wie beispielsweise einer ballaststoffreichen Ernährung (die die SCFA erhöht), einer Metabolitenergänzung oder der Entwicklung von Therapien, die auf Metaboliten – oder deren Rezeptoren – abzielen. Hier liefern wir mithilfe regionalspezifischer Mikrobiota-Profilierung Informationen über potenzielle „Disruptor-Taxa“, die an den bei SpA-Patienten beobachteten Erkrankungen des Gastrointestinaltrakts beteiligt sind und die Entwicklung dieser neuen Strategien unterstützen könnten.

Manifestationen des Gastrointestinaltrakts sind bei SpA-Patienten weit verbreitet. Die Interaktion zwischen Darmmikrobiota und Immunsystem könnte diese systemischen und lokalen Manifestationen erklären. Aktuelle metataxonomische Studien zu dieser Krankheit (und die meisten Studien zum Gastrointestinaltrakt) konzentrieren sich auf die Analyse des luminalen Mikrobioms unter Verwendung von Kotproben, dennoch finden Reizinteraktionen in der Schleimhaut statt. Hier implementieren wir Proben von CAL, um den Schleimhaut-GI-Trakt darzustellen und mit der luminalen Mikrobiota zu vergleichen. Unseres Wissens ist dies die erste Studie über mikrobielle Gemeinschaften bei SpA-Patienten, die Koloskopie-Aspirationsspülungen verwenden. Unsere Strategie ermöglichte die Einbeziehung gesunder Personen, was bei der Verwendung von Biopsien nicht sinnvoll ist. Wir haben wichtige Beweise für die luminale und mukosale SpA-Dysbiose erbracht und einige „Disruptor-Taxa“ identifiziert, von denen zuvor berichtet wurde, dass sie an der Aktivierung von Entzündungszuständen beteiligt sind und mit der Anreicherung und Erschöpfung einiger wichtiger Metaboliten verbunden sind, die die Entwicklung oder Umsetzung neuer beeinflussen könnten Strategien zur Behandlung von SpA. Um diese Schlussfolgerungen zu untermauern, sollten zukünftige Studien jedoch einige Einschränkungen unserer Ergebnisse berücksichtigen, wie z. B. die geringe Anzahl gesunder Kontrollpersonen und dysbiotischer IBD-Proben.

Die für diese Studie generierten Datensätze (Rohdaten) finden Sie im NCBI BioProject PRJNA847196 und in Tabelle S1.

Spondylarthritis

Entzündliche Darmerkrankung

Magen-Darmtrakt

Koloskopie-Aspirationsspülungen

Mundhöhle

Phylogenetische Distanz des Glaubens

Hauptkoordinatenanalyse

Unterschiede zwischen den Mitteln

Kurzkettige Fettsäuren

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Wir danken den Institutionen, dem Laborpersonal und den Forschern der Universidad El Bosque, des Hospital Militar Central, der Clinicos IPS und der Fundación Instituto de Rheumatología Fernando Chalem.

Diese Studie wurde vom Ministerium für Wissenschaft, Technologie und Innovation (Fördernummer 130877757442), der Universidad El Bosque, dem Hospital Militar Central (2017–023 und 2019–032), IPS Clinics, Gastroadvanced, der Fernando Chalem Rheumatology Foundation, Investigation und unterstützt Biomedizin von Chihuahua und Kolumbianische Vereinigung für Rheumatologie (Stipendium – 2019). Die Finanzierung der Publikationsgebühren erfolgte durch die Kolumbianische Vereinigung für Rheumatologie und die Universität El Bosque.

Labor für bakterielle Molekulargenetik/LGMB, Vizerektor für Forschung, Universität El Bosque, Av. Cra 9 Nr. 131 A–02, Bogotá, Kolumbien

Ricaurte A. Marquez-Ortiz, Deisy Abril und Javier Escobar-Perez

Masterstudiengang in biomedizinischen Grundlagenwissenschaften, Fakultät für Naturwissenschaften, Universidad El Bosque, Bogotá, Kolumbien

Moises Leon

Gruppe für zelluläre und molekulare Immunologie/INMUBO, Fakultät für Zahnmedizin, Universität El Bosque, Av. Cra 9 Nr. 131 A–02, Bogota, Kolumbien

Cristian Florez-Sarmiento, Viviana Parra-Izquierdo und Consuelo Romero-Sanchez

Gastroadvanced, Bogotá, Kolumbien

Cristian Florez-Sarmiento und Viviana Parra-Izquierdo

Stiftung Fernando Chalem Institute of Rheumatology, Bogotá, Kolumbien

Philippe Chalem

Hospital Militar Central, Abteilung für Rheumatologie und Immunologie, Bogotá, Kolumbien

Consuelo Romero-Sanchez

Gruppe für klinische Immunologie, Medizinische Fakultät, Militäruniversität Nueva Granada, Bogotá, Kolumbien

Consuelo Romero-Sanchez

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RAM-O.: Konzeptualisierung, Finanzierungseinwerbung, Datenkuration, formale Analyse, Methodik, Validierung, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung; ML: Methodik und Schreiben – Rezension; DA: Datenkuration, Methodik und schriftliche Überprüfung; JEP: Konzeptualisierung, Finanzierungseinwerbung und schriftliche Überprüfung; CF-S.: Datenkuration, formale Analyse, Methodik und schriftliche Überprüfung; VPI: Datenkuration, formale Analyse, Methodik und schriftliche Überprüfung. PC: Konzeptualisierung, Finanzierungseinwerbung, Datenkuratierung, formale Analyse, Methodik und schriftliche Überprüfung. CR-S.: Konzeptualisierung, Finanzierungseinwerbung, Datenkuratierung, formale Analyse, Methodik und Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung.

Korrespondenz mit Ricaurte A. Marquez-Ortiz oder Consuelo Romero-Sanchez.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Marquez-Ortiz, RA, Leon, M., Abril, D. et al. Koloskopie-Aspirationsspülungen zur mukosalen metataxonomischen Profilierung von Spondylarthritis-assoziierten Veränderungen des Gastrointestinaltrakts. Sci Rep 13, 7015 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33597-y

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Eingegangen: 05. Juli 2022

Angenommen: 15. April 2023

Veröffentlicht: 28. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33597-y

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Koloskopie-Aspirationsspülungen zur mukosalen metataxonomischen Profilierung von Spondylarthritis