CN113337630A - 用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 - Google Patents
用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113337630A CN113337630A CN202110878469.5A CN202110878469A CN113337630A CN 113337630 A CN113337630 A CN 113337630A CN 202110878469 A CN202110878469 A CN 202110878469A CN 113337630 A CN113337630 A CN 113337630A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microbial
- type
- diabetes
- transplantation
- patients
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000002550 fecal effect Effects 0.000 title claims abstract description 64
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 title claims abstract description 47
- 239000003550 marker Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 title claims description 40
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 title abstract description 51
- 230000000694 effects Effects 0.000 title description 26
- 208000001072 type 2 diabetes mellitus Diseases 0.000 claims abstract description 51
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 17
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 14
- 238000003753 real-time PCR Methods 0.000 claims description 12
- 238000012165 high-throughput sequencing Methods 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 claims description 6
- 108020004465 16S ribosomal RNA Proteins 0.000 claims description 5
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 claims description 5
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 241000095588 Ruminococcaceae Species 0.000 claims 2
- 241001013579 Anaerotruncus Species 0.000 claims 1
- 241000736262 Microbiota Species 0.000 claims 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 61
- 230000000968 intestinal effect Effects 0.000 abstract description 40
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 29
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical group N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 19
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 19
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 15
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 15
- 238000007637 random forest analysis Methods 0.000 description 14
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 11
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 11
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 11
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 11
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 11
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 10
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 9
- 238000011160 research Methods 0.000 description 8
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 6
- 230000000291 postprandial effect Effects 0.000 description 6
- 108010075254 C-Peptide Proteins 0.000 description 5
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 5
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 5
- XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N metformin Chemical compound CN(C)C(=N)NC(N)=N XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229960003105 metformin Drugs 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 241000894007 species Species 0.000 description 5
- VOUAQYXWVJDEQY-QENPJCQMSA-N 33017-11-7 Chemical compound OC(=O)CC[C@H](N)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)NCC(=O)NCC(=O)NCC(=O)N1CCC[C@H]1C(=O)NCC(=O)N[C@@H](C)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N1[C@H](C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(O)=O)CCC1 VOUAQYXWVJDEQY-QENPJCQMSA-N 0.000 description 4
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000588921 Enterobacteriaceae Species 0.000 description 4
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 4
- LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N Uric Acid Chemical compound N1C(=O)NC(=O)C2=C1NC(=O)N2 LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N Uric acid Natural products N1C(=O)NC(=O)C2NC(=O)NC21 TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 244000005709 gut microbiome Species 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 208000030159 metabolic disease Diseases 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229940116269 uric acid Drugs 0.000 description 4
- 206010022489 Insulin Resistance Diseases 0.000 description 3
- 208000008589 Obesity Diseases 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 3
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 3
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 3
- 150000007523 nucleic acids Chemical group 0.000 description 3
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 3
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 3
- 235000020824 obesity Nutrition 0.000 description 3
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 3
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 description 2
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 2
- 238000007400 DNA extraction Methods 0.000 description 2
- 241001609975 Enterococcaceae Species 0.000 description 2
- 208000001145 Metabolic Syndrome Diseases 0.000 description 2
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 2
- 241000194017 Streptococcus Species 0.000 description 2
- 201000000690 abdominal obesity-metabolic syndrome Diseases 0.000 description 2
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 2
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 2
- 239000003472 antidiabetic agent Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 235000021152 breakfast Nutrition 0.000 description 2
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000003066 decision tree Methods 0.000 description 2
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 2
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 2
- 239000004026 insulin derivative Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000002974 pharmacogenomic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- XUFXOAAUWZOOIT-SXARVLRPSA-N (2R,3R,4R,5S,6R)-5-[[(2R,3R,4R,5S,6R)-5-[[(2R,3R,4S,5S,6R)-3,4-dihydroxy-6-methyl-5-[[(1S,4R,5S,6S)-4,5,6-trihydroxy-3-(hydroxymethyl)-1-cyclohex-2-enyl]amino]-2-oxanyl]oxy]-3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-2-oxanyl]oxy]-6-(hydroxymethyl)oxane-2,3,4-triol Chemical compound O([C@H]1O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]1O)O)O[C@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O)[C@H]1O)N[C@@H]1[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)C(CO)=C1)O)C)[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O XUFXOAAUWZOOIT-SXARVLRPSA-N 0.000 description 1
- ZOBPZXTWZATXDG-UHFFFAOYSA-N 1,3-thiazolidine-2,4-dione Chemical compound O=C1CSC(=O)N1 ZOBPZXTWZATXDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NCMVOABPESMRCP-SHYZEUOFSA-N 2'-deoxycytosine 5'-monophosphate Chemical compound O=C1N=C(N)C=CN1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(O)=O)[C@@H](O)C1 NCMVOABPESMRCP-SHYZEUOFSA-N 0.000 description 1
- LTFMZDNNPPEQNG-KVQBGUIXSA-N 2'-deoxyguanosine 5'-monophosphate Chemical compound C1=2NC(N)=NC(=O)C=2N=CN1[C@H]1C[C@H](O)[C@@H](COP(O)(O)=O)O1 LTFMZDNNPPEQNG-KVQBGUIXSA-N 0.000 description 1
- 208000030090 Acute Disease Diseases 0.000 description 1
- 108010076365 Adiponectin Proteins 0.000 description 1
- 208000007848 Alcoholism Diseases 0.000 description 1
- 241000606125 Bacteroides Species 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000017667 Chronic Disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037384 Clostridium Infections Diseases 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- 206010010774 Constipation Diseases 0.000 description 1
- 241001657523 Coriobacteriaceae Species 0.000 description 1
- 241000031711 Cytophagaceae Species 0.000 description 1
- 208000002249 Diabetes Complications Diseases 0.000 description 1
- 208000007342 Diabetic Nephropathies Diseases 0.000 description 1
- 208000032131 Diabetic Neuropathies Diseases 0.000 description 1
- 206010012655 Diabetic complications Diseases 0.000 description 1
- 208000008960 Diabetic foot Diseases 0.000 description 1
- 206010012689 Diabetic retinopathy Diseases 0.000 description 1
- 238000009007 Diagnostic Kit Methods 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000030453 Drug-Related Side Effects and Adverse reaction Diseases 0.000 description 1
- 208000036649 Dysbacteriosis Diseases 0.000 description 1
- 208000027244 Dysbiosis Diseases 0.000 description 1
- 241000588914 Enterobacter Species 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 241001608234 Faecalibacterium Species 0.000 description 1
- 229940089838 Glucagon-like peptide 1 receptor agonist Drugs 0.000 description 1
- 208000002705 Glucose Intolerance Diseases 0.000 description 1
- 206010018429 Glucose tolerance impaired Diseases 0.000 description 1
- 102000017011 Glycated Hemoglobin A Human genes 0.000 description 1
- 108010014663 Glycated Hemoglobin A Proteins 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 208000022559 Inflammatory bowel disease Diseases 0.000 description 1
- 241001468155 Lactobacillaceae Species 0.000 description 1
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 1
- 102100035593 POU domain, class 2, transcription factor 1 Human genes 0.000 description 1
- 101710084414 POU domain, class 2, transcription factor 1 Proteins 0.000 description 1
- 208000037273 Pathologic Processes Diseases 0.000 description 1
- 241000605861 Prevotella Species 0.000 description 1
- 108091028664 Ribonucleotide Proteins 0.000 description 1
- 241000692845 Rikenellaceae Species 0.000 description 1
- 241000605947 Roseburia Species 0.000 description 1
- 108091006744 SLC22A1 Proteins 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940123518 Sodium/glucose cotransporter 2 inhibitor Drugs 0.000 description 1
- 102100032416 Solute carrier family 22 member 1 Human genes 0.000 description 1
- 241000194018 Streptococcaceae Species 0.000 description 1
- 208000006011 Stroke Diseases 0.000 description 1
- 229940123464 Thiazolidinedione Drugs 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 229960002632 acarbose Drugs 0.000 description 1
- XUFXOAAUWZOOIT-UHFFFAOYSA-N acarviostatin I01 Natural products OC1C(O)C(NC2C(C(O)C(O)C(CO)=C2)O)C(C)OC1OC(C(C1O)O)C(CO)OC1OC1C(CO)OC(O)C(O)C1O XUFXOAAUWZOOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 208000038016 acute inflammation Diseases 0.000 description 1
- 230000006022 acute inflammation Effects 0.000 description 1
- 206010001584 alcohol abuse Diseases 0.000 description 1
- 208000025746 alcohol use disease Diseases 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 150000005693 branched-chain amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000023852 carbohydrate metabolic process Effects 0.000 description 1
- 235000021256 carbohydrate metabolism Nutrition 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 208000037976 chronic inflammation Diseases 0.000 description 1
- 230000006020 chronic inflammation Effects 0.000 description 1
- 230000007012 clinical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 208000029078 coronary artery disease Diseases 0.000 description 1
- GYOZYWVXFNDGLU-XLPZGREQSA-N dTMP Chemical compound O=C1NC(=O)C(C)=CN1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(O)=O)[C@@H](O)C1 GYOZYWVXFNDGLU-XLPZGREQSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- KHWCHTKSEGGWEX-UHFFFAOYSA-N deoxyadenylic acid Natural products C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C1CC(O)C(COP(O)(O)=O)O1 KHWCHTKSEGGWEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LTFMZDNNPPEQNG-UHFFFAOYSA-N deoxyguanylic acid Natural products C1=2NC(N)=NC(=O)C=2N=CN1C1CC(O)C(COP(O)(O)=O)O1 LTFMZDNNPPEQNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005547 deoxyribonucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000002637 deoxyribonucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 208000033679 diabetic kidney disease Diseases 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 208000016097 disease of metabolism Diseases 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 230000007140 dysbiosis Effects 0.000 description 1
- 235000006694 eating habits Nutrition 0.000 description 1
- 239000002158 endotoxin Substances 0.000 description 1
- 208000037902 enteropathy Diseases 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003877 glucagon like peptide 1 receptor agonist Substances 0.000 description 1
- 239000003862 glucocorticoid Substances 0.000 description 1
- 230000014101 glucose homeostasis Effects 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 201000001421 hyperglycemia Diseases 0.000 description 1
- 229940126904 hypoglycaemic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002757 inflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 208000028774 intestinal disease Diseases 0.000 description 1
- 208000002551 irritable bowel syndrome Diseases 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000037356 lipid metabolism Effects 0.000 description 1
- 229920006008 lipopolysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000000491 multivariate analysis Methods 0.000 description 1
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 238000011369 optimal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008506 pathogenesis Effects 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000009054 pathological process Effects 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 235000013406 prebiotics Nutrition 0.000 description 1
- 201000009104 prediabetes syndrome Diseases 0.000 description 1
- 239000006041 probiotic Substances 0.000 description 1
- 235000018291 probiotics Nutrition 0.000 description 1
- 230000000770 proinflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 208000020016 psychiatric disease Diseases 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000002336 ribonucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000002652 ribonucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003248 secreting effect Effects 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 229940037128 systemic glucocorticoids Drugs 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
- 238000011269 treatment regimen Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6876—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
- C12Q1/6888—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms
- C12Q1/689—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms for bacteria
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
- C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
- C12Q1/06—Quantitative determination
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q2600/00—Oligonucleotides characterized by their use
- C12Q2600/158—Expression markers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q2600/00—Oligonucleotides characterized by their use
- C12Q2600/178—Oligonucleotides characterized by their use miRNA, siRNA or ncRNA
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2333/00—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
- G01N2333/195—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from bacteria
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2800/00—Detection or diagnosis of diseases
- G01N2800/04—Endocrine or metabolic disorders
- G01N2800/042—Disorders of carbohydrate metabolism, e.g. diabetes, glucose metabolism
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2800/00—Detection or diagnosis of diseases
- G01N2800/52—Predicting or monitoring the response to treatment, e.g. for selection of therapy based on assay results in personalised medicine; Prognosis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开一种肠道宏观基因组特征作为二型糖尿病患者的粪菌移植疗效筛选标志，所述肠道微生物宏基因特征为Rinkenellaceae科和Anaerotruncus属肠道菌群，根据这些特定肠道菌群标志物的表达水平，来选择适合粪菌移植治疗的二型糖尿病患者。根据此肠道菌群生物标志物和不同的检测技术平台，设计开发相应的检测试剂盒。此系统和产品可用于基于个体化的二型糖尿病精准治疗。
Description
技术领域
本发明属于微生物检测技术领域，具体涉及一组人二型糖尿病粪菌移植疗效相关的肠道菌群标志物及其在临床精准医学中的应用。
背景技术
糖尿病是当前威胁全球的重要慢性疾病之一，药物在糖尿病治疗的过程中占有重要地位。近来根据二型糖尿病发病的生理病理机制研制很多的靶点药物，如GLP-1受体激动剂、DDP-4抑制剂及SGLT-1、2抑制剂等。但是在治疗的过程中，二型糖尿病对药物对疗效反应个体化差异普遍存在。其发生机制与遗传、性别、年龄、身高、体重、生活饮食习惯、疾病状态及合并用药等众多因素有关。虽然药物基因组学确定了个人遗传信息的使用，在临床个体化用药和评估药物不良反应发生风险方面起着越来越重要的作用。然而有关糖尿病药物的“基因化精准治疗”并不是很多，虽然报道有机阳离子转运蛋白1（OCT1）基因的多态性影响二甲双胍的摄取，从而影响药物的疗效和代谢。噻唑烷二酮类药物基因组学研究主要集中在CYP450酶，脂联素基因多态性的上。近来研究发现，宿主肠道微生物的构成变化影响糖尿病药物的代谢和疗效，患者对治疗的异质反应可能是由于肠道微生物组的差异引起。因此，事先了解个体的微生物组成可能有助于预测治疗结果和/或建议最佳治疗策略。Gu等证明肠道微生物组可以对新发的二型糖尿病（T2D）患者进行分类，分为两个聚类，即聚类P（由Prevotella主导）和B（以Bacteroides为主），发现阿卡波糖治疗三个月后糖尿病患者，与B类组相比，P类组代谢改善更加明显。这些发现表明，量化患者粪便样本中的微生物组成有助于预测治疗结果并将患者分为潜在的反应者或无反应者，特别是糖尿病药物和肠道菌群相互作用对二型糖尿病的疗效影响，目前仍然不是很清楚。所以探索降糖药物和肠道微生物的相互作用，更好的精准治疗二型糖尿病具有重要的临床意义。
人体肠道中定植着大量微生物，由超过3500种细菌组成，肠道菌群细胞数量是人体细胞数量的10倍左右，细菌重量约为1.5 kg，数量如此之巨的细菌所携带的基因数是人体自身基因的100倍。肠道菌群基因组信息的总和被称为肠道宏基因组，是控制人体健康的人类“第二基因组”，在代谢、免疫、炎症等生理病理过程中具有重要的调控作用。越来越多的证据表明，肠道菌群的异常与糖代谢、脂代谢、胰岛素敏感性、炎症系统等的紊乱具有密切联系。科学家正在研究哪些细菌是有益的，怎样促进它们，希望将来能通过控制肠道细菌来战胜疾病，如肠道易激综合征、肥胖、二型糖尿病。目前越来越多的研究表明，肠道菌群与肥胖及二型糖尿病等代谢性疾病的发生发展密切相关，以肠道菌群为切入点来探索二型糖尿病的发病机制及药物的精准靶向治疗已成为国际上的研究新热点。人肠道菌群和二型糖尿病相互作用于2012年首次报道并发表于《自然》，该研究发现，二型糖尿病患者的肠道罗斯氏菌属（Roseburia）以及柔嫩梭菌属（Faecalibacterium）等主要产丁酸梭菌及其产丁酸功能的相对丰度显著低于正常人群，而条件致病性的肠杆菌科（Enterobacteriaceae）物种菌群产脂多糖、硫化氢促炎功能及支链氨基酸转运功能的水平则显著高于正常人群。随后，Dr Fredrik Bäckhed及其团队于2013年发现欧洲老年女性糖尿病患者及糖耐量受损的糖尿病前期人群存在类似的肠道菌群失调，例如链球菌属（Streptococcus）物种的显著富集。此外，多个独立研究中，研究者发现健康人或二型糖尿病患者服用二甲双胍前后的肠道菌群变化的显著特征一致。干预或者重构宿主肠道菌群可能成为糖尿病和肥胖等代谢性疾病新的治疗策略。然而，目前研究肠道菌群组成改变与二型糖尿病之间的关系复杂，是肠道菌群导致二型糖尿病和（或者）二型糖尿病导致肠道菌群紊乱，目前研究结果尚不一致，而且不同区域的环境同样对宿主肠道菌群影响明显。尤其探索肠道菌群和代谢产物作为二型糖尿病早期预警，诊疗靶点以及和降糖药物之间相互作用，更是缺乏临床相关资料。粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）是将健康人粪便中的功能菌群移植到患者肠道内，重建具有正常功能的肠道菌群，实现肠道及肠道外疾病的治疗。迄今，FMT已用于复发性难辨梭状芽孢杆菌感染，难治性炎症性肠病、难治性便秘、代谢综合征等疾病的治疗。2017年Cell metabolism首次报道FMT对代谢综合征患者的血糖，胰岛素功能影响，结果发现FMT能够重塑患者肠道菌群，增加有益菌，改善患者胰岛素抵抗，提高胰岛素敏感性。这为将来研究肠道菌群引起的代谢疾病及开发用于治疗的益生菌、益生原提供新的思路。但是，到目前为止，尚没有评估来自健康供体的粪便微生物移植（FMT），是否可以让二型糖尿病患者获益。南京医科大学第二附属医院消化医学中心早在2012年就建立标准化FMT（含标准化粪菌库）实验室体系，用标准化FMT挽救治疗多种难治性肠病，注册临床实验（NCT01790061,NCT01790711, NCT01793831），并获得了很好的研究结果。课题组前期在江苏省重点研发（社会发展）项目（No.BE2016800，丁大法主持）、江苏省卫生厅“科教强卫”青年医学重点人才项目（No.QNRC2016674，丁大法主持）支持下，已取得部分原创性发现。通过对江苏省南京地区健康人群和二型糖尿病患者的肠道菌群进行研究，该前期课题研究的重要临床意义是：1）进一步丰富了肠道菌群的紊乱是导致二型糖尿病发生发展关键因素；2）国际上首次报道FMT治疗二型糖尿病患者，重建肠道菌群，并取得良好的临床效果；3）发现宿主肠道菌群个体化差异决定FMT治疗二型糖尿病的疗效反应，为FMT在二型糖尿病治疗指明了临床适应症和治疗策略，为后期研究FMT在二型糖尿病精准治疗提供了思路和方向。
鉴于目前世界范围内尚没有针对二型糖尿病人粪菌移植疗效预测的肠道菌群标志物和评分系统可以用于指导受益病人的精准选择，因此，提供一种特异性好、灵敏度高、拥有对受益病人精准预测和选择能力的二型糖尿病微生物标志物具有重要意义。
发明内容
本发明基于全面的二型糖尿病人肠道菌群组学数据，采用多步骤生物信息学策略，开发一组菌群标志物。多变量随机森林分析显示，该标志物能够对二型糖尿病人粪菌移植疗效进行预测和评估。
本发明中的样本为二型糖尿病人的排泄物，由粪便样本分离出DNA，测定两个肠道菌群标志物的表达水平，然后通过预测模型来筛选适合粪菌移植治疗的二型糖尿病人。上述两个菌群标志物为Rinkenellaceae科和Anaerotruncus属（Ruminococcaceae科），对照菌群为总体肠道菌群。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
在实施方案中，本发明提供一组用于评估粪菌移植治疗二型糖尿病患者疗效的微生物标志物，包括Rinkenellaceae科和Ruminococcaceae科。
优选的，上述Ruminococcaceae科微生物为Anaerotruncus属。
在另一实施方案中，本发明提供一种微生物标志物，用于构建评估粪菌移植治疗二型糖尿病患者疗效的模型。
在一些实施方案中，上述微生物标志物相对含量的测定方法包括定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术。
优选的，上述微生物标志物相对含量可通过定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术进行16S rRNA测序。
在另一实施方案中，本发明提供微生物标志物在制备用于二型糖尿病人粪菌移植疗效检测试剂中的应用。
在另一实施方案中，本发明提供一组用于二型糖尿病人粪菌移植疗效检测试剂的微生物探针或引物，该微生物探针能够通过分子杂交与所述目标微生物结合产生杂交信号，而引物能够通过基于PCR的技术对所述目标微生物进行扩增。
在一些实施方案中，上述微生物探针或引物可通过定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术来检测微生物标志物。
优选的，上述微生物探针或引物可通过定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术来检测微生物标志物在二型糖尿病患者粪便中的表达水平。
在另一实施方案中，本发明提供一种用于评估二型糖尿病粪菌移植疗效的组合物，其包括上述微生物探针或引物。
在另一实施方案中，本发明提供一种用于评估二型糖尿病粪菌移植疗效的试剂盒，包括上述组合物。
在本文中使用的术语“生物标志物”应做广义理解，其包括任何可检测生物指标，可以包含基因标志物、物种标志物（种标志物/属标志物/科标志物）以及功能标志物（KO/OG标志物）。标志物的含义并不局限于可以表达具有生物活性的蛋白质的基因，还包括任何核酸片段，可以是经修饰的DNA或者RNA，也可以是未经修饰的DNA或者RNA。
本说明书中使用的术语“微生物探针”和“引物”表示寡核苷酸，优选为单链的脱氧核糖核苷酸，包括天然（naturally occurring）dNMP（dAMP、dGMP、dCMP和dTMP）、变形核苷酸或非天然核苷酸，此外，还可以包含核糖核苷酸。
本发明中利用的微生物探针和标志物引物包含与靶核酸的目标位置互补的杂交核苷酸序列。术语“互补”的含义是指，在杂交条件下引物或探针与靶核酸序列选择性地进行杂交的充分互补，具有将实质上互补（substantially complementary）和完全互补（perfectly complementary）全部包括在内的含义，优选地为完全互补。本说明书中使用的术语“实质上互补的序列”不仅包括完全一致的序列，也包括在能够在特定靶序列上发挥引物作用且与作为比较对象的序列有部分不一致的序列。
微生物探针和标志物的引物序列不需要具有与模板的一部分序列完全互补的序列，只要在能够与模板杂交从而发挥其固有作用的范围内具有充分的互补性即可。因此，本发明中的微生物探针和引物不需要具有与作为模板的上述核苷酸序列完全互补的序列，只要在能够与模板杂交从而发挥其固有作用的范围内具有充分的互补性即可。引物和探针的设计为本领域技术人员所掌握的技能，例如可以利用引物设计程序（例如：PRIMER 3程序）。
本发明中菌群表达水平的测定可以利用本领域公知的方法进行，包括但不限于定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术。
本发明提供一种含有本发明的菌群标志物引物对二型糖尿病人粪菌移植疗效预测诊断试剂盒。本发明的试剂盒中，除了针对上述两个菌群标志物的引物或探针之外，还可以追加含有用于PCR反应的本领域公知的工具和/或试剂。本发明的试剂盒可以根据需要追加含有用于各成分的混合的管、微孔板和记载使用方法的指示资料等。
有益效果
本发明成功发现预测二型糖尿病人粪菌移植疗效的两个特定的生物标志物菌群，并首次建立了基于这组菌群表达水平的疗效预测系统。多变量随机森林分析显示，它拥有对受益病人的精准预测和选择能力，能够用于选择粪菌移植治疗二型糖尿病的受益个体，进行治疗选择，避免过度医疗，达成个体化医疗的目的。
附图说明
图1：本发明应用的临床试验设计方案。
图2a-2c：健康人群与二型糖尿病人在科（family）水平上的肠道菌群差异。（图2a）T2DM患者和健康对照者主要微生物科的相对丰度；（图2b）T2DM患者肠道菌群科级的PCA，17个T2DM样本（十字）和20个对照样本（空心圆圈），p值是从排列的多元方差分析（PERMANOVA）中获得的；（图2c）12个科的相对丰富度箱形图显示了T2DM患者与健康对照者之间的显著差异，通过Mann-Whitney检验获得p值，方框代表第一和第三四分位数之间的中位数和四分位数范围，点代表离群值。
图3a-3b：属（genus）水平上的肠道菌群同糖尿病相关临床参数之间的关联。（图3a）T2DM患者和健康对照样品中，属丰富度与临床因素之间Spearman相关系数图，* p ＜0.05；** p ＜0.01；（图3b）随机森林分析评估属水平的微生物丰度与临床因素之间的关联，显著水平用灰线表示（p <0.05）。
图4a-4f：粪菌移植治疗对病患肠道菌群及临床参数的影响。（图4a）FMT治疗前后T2DM患者肠道菌群的PCA，FMT治疗之后的微生物组样本与FMT治疗前的微生物组样本分离，治疗前的受益者和非受益者其样本微生物组明显分离。（图4b~4f）箱形图显示受益者和非受益者在FMT治疗前后的临床因素变化，通过Mann-Whitney检验获得p值。
图5a-5f：粪菌移植治疗前后，病患临床参数的变化对比。（图5a）空腹血糖；（图5b）餐后血糖；（图5c）血红蛋白A1c（HbA1c）；（图5d）尿酸；（图5e）空腹C肽；（图5f）餐后C肽。
图6a-6b：两个肠道菌群生物标志物，在健康人群及二型糖尿病人（粪菌移植治理前后）的表达水平。（图6a）Rikenellaceae科；（图6b）Anaerotruncus属。
图7：本发明对二型糖尿病人粪菌移植疗效的预测效果，经过训练的模型可以根据治疗前粪便样本中的Rikenellaceae科和Anaerotruncus属肠内菌的丰度来预测患者对FMT处理的反应。
具体实施方式
本发明首先确认了健康人群同二型糖尿病人群之间在不同肠道菌群水平上的显著差异菌群（图2a-2c），与健康对照相比，科水平（family）的分类单元相对丰度有显著变化（图2a），T2DM患者和健康对照通过所有科的最大折叠度量学习（MCML）分析显示出分离（图2b），此外，我们发现Rikenellaceae、Lactobacillaceae、Enterobacteriaceae、 Coriobacteriaceae、Enterococcaceae、Streptococcaceae、Cytophagaceae、 Actinomycetaceae和Erysipelotrichaceae科的丰度显著增加，而Ruminococcaceae科的丰度显著下降（图2c）。
接着确认肠道菌群同糖尿病相关临床参数之间的关联，通过数据深度分析、Spearman计算发现在属（genus）的水平上，Dorea的丰度与空腹时血液中葡萄糖和血红蛋白A1c（HbA1c）水平呈显著正相关，而Megasphaera的丰度也与HbA1c水平呈显著正相关（图3a）；在科（family）的水平上，Rikenellaceae、Enterobacteriaceae、Enterococcaceae、 Erysipelotrichaceae的丰度与空腹葡萄糖水平显著正相关，而在科水平中没有一个与HbA1c水平显著相关；在属和科水平上未发现尿酸水平与丰度之间有显著相关性（图3a）；随机森林分析进一步证实了这些观察结果（图3b），确定了肠道菌群作为二型糖尿病的病因学依据。
本发明通过使用自主主导的粪菌移植治疗二型糖尿病的临床试验，纳入了17名T2DM患者（ChiCTR-ONC-17011792）评估FMT治疗后的临床结果（图1），17例T2DM患者有1年或更长时间的临床症状，并且每日两次胰岛素注射联合二甲双胍治疗均未得到充分控制。对受试者进行粪菌移植治疗前评估，并留存排泄物以及血样。临床评估显示，与20名健康对照组相比，这些患者的血糖和血红蛋白A1c（HbA1c）水平明显较高（表1）。
17例T2DM患者通过中肠TET技术接受两次FMT（图1），使用Illumina MiSeq对T2DM患者和健康对照者，总计37例的粪便样本进行16S rRNA测序，可以看出FMT治疗之后的微生物组样本与FMT治疗前的微生物组样本有所差异（图4a），证实FMT重构了T2DM患者的肠道微生物组。采用多步骤的生物信息学方法来进行分析，通过测量血红蛋白（HbA1c）和其他与T2DM相关的临床标志物的水平来评估所有患者的临床结果。然后，通过临床标准定义为有应答的患者来评估FMT治疗效率（图4a-4f、图5a-5f、表2、表3、表4），发现17名T2DM患者中有11人对FMT治疗有应答（图4b-4f），在11名受益者中，空腹血糖、餐后血糖、HbA1c和尿酸水平均显著降低，而餐后C肽（C-peptide）水平则显著升高，胰岛分泌功能明显改善（图4b-4f）；而在6个无反应者中，这些临床参数没有变化（图4b-4f）。
最后，通过随机森林深入的预测模型分析对粪菌移植治疗后，二型糖尿病人肠道菌群和同健康组之间的肠道菌群进行对比分析，在对FMT治疗无应答的6名受益者中，Rikenellaceae科和Anaerotruncus属（Ruminococcaceae科）在治疗前的丰度与健康对照中的水平相似，而对FMT治疗有应答的11名受益者中，Ricenellaceae科和Anaerotruncus属在治疗前丰度显著高于健康对照组，FMT处理可将其丰度调节至健康水平（图6a-6b），这表明丰富的Rikenellaceae科和Anarunrotruncus属对FMT治疗T2DM患者有因果关系。
本发明提供了世界首例二型糖尿病患者粪菌移植效果评估系统，为粪菌移植治疗二型糖尿病提供了精准医学的依据。
本发明中，试样为病患的排泄物，优选为粪便。本发明的二型糖尿病人粪菌移植疗效预测的菌群标志物可通过不同检测技术平台进行检测，包括但不限于定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics和Nanostring技术，并针对不同的技术平台，设计了相应的菌群引物（定量PCR）和探针（基因芯片、二代高通量测序、Panomics和Nanostring技术）。优选方案为目标菌群的表达量检测，更优选为目标菌群的表达量定量检测。为了检测表达量，需要从试样组织内分离DNA，可以利用本领域公知的分离试样中DNA的方法。我们定义的随机森林预测模型如上描述。
另一方面，本发明提供一种二型糖尿病人粪菌移植疗效预测诊断用组合物，其含有菌群探针或引物作为有效成分，该菌群探针或引物是针对上述Rikenellaceae科和Anaerotruncus属。
另一方面，本发明提供一种二型糖尿病人粪菌移植疗效预测诊断试剂盒，其包括上述组合物。
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1 DNA提取及测序
DNA提取方法：基因组DNA根据制造商的说明，使用QIAamp PowerFecal Pro DNA试剂盒从0.25克粪便样本中提取。处理的样品被添加到珠子跳动管中。使用机械和化学方法实现快速彻底的均质化。一旦细胞被分化，IRT用于去除抑制剂。总基因组DNA以自旋柱格式捕获在硅膜上。然后洗涤和洗脱DNA，为下游应用做好准备。
使用Illumina MiSeq对样本进行16S rRNA测序。
实施例2 生物标志物的鉴定
生物标志物的鉴定和筛选需要同时符合以下3个条件：
1. 该细菌的相对丰度，在健康人群和粪菌移植治疗有效的糖尿病人（粪菌移植前）之间，有统计学差异；并且，在健康人群和粪菌移植治疗有效的糖尿病人（粪菌移植后）之间，无统计学差异。
2. 该细菌的相对丰度，在健康人群和粪菌移植治疗无效的糖尿病人（粪菌移植前）之间，无统计学差异；并且，在健康人群和粪菌移植治疗无效的糖尿病人（粪菌移植后）之间，无统计学差异。
3. 该细菌的相对丰度，在粪菌移植治疗有效的糖尿病人（粪菌移植前）和粪菌移植治疗无效的糖尿病人（粪菌移植前）之间，有统计学差异。
实施例3 模型训练
构建的分类器为随机森林。使用物种的相关丰度作为风险值，估计曲线下面积AUC，AUC越大，表示诊断能力越高。基于Rikenellaceae和Anaerotruncus相对丰富的水平进行的随机森林分类得到了约82.4％的预测准确性，而AUC约为0.83（图7）。经过训练的模型可以根据患者FMT治疗前粪便样本中的Rikenellaceae科和Anaerotruncus属的丰度来预测患者对FMT处理的反应。
实施例4 临床实验设计
患者资格
符合条件的患者年龄在18-71岁，BMI落在22-30 kg/m2，且在入组时，每天多次注射胰岛素（MDI）和二甲双胍（6.5％≤HbA1c≤8.5％）无法充分控制二型糖尿病（T2DM），患病持续1年或更长时间；医院体检中心的20名无糖尿病参与者作为健康对照，通过性别、BMI和其他临床参数与糖尿病参与者匹配。在入组前，患者必须接受稳定的胰岛素和二甲双胍治疗方案，并采用稳定的胰岛素管理方法超过12周。详细的纳入和排除标准描述如下：
纳入标准为：（i）18至71岁；（ii）过去12个月符合美国糖尿病协会T2DM的标准定义；（iii）除T2DM外，没有全身性和代谢性疾病，并且在过去3个月内没有感染；（iv）在过去3个月中没有摄入可能会干扰葡萄糖体内稳态的饮食或药物，例如糖皮质激素或抗生素；（v）HbA1c低于8.5％。
排除标准为：（i）具有临床意义的重大全身性疾病，包括恶性肿瘤；（ii）严重的糖尿病并发症（糖尿病性视网膜病、糖尿病性神经病、糖尿病性肾病和糖尿病足）；（iii）入选前3个月内连续使用抗生素超过3天；酒精滥用，定义为男性> 80 g/d，女性> 40 g/d；连续服用减肥药超过1个月；（iv）严重的器质性疾病，包括冠心病、心肌梗塞或中风；（v）急性疾病、急性或慢性炎症、感染性疾病；（vi）精神疾病，使参与者无法理解研究的性质、范围和可能的后果。
该研究得到中国南京南京医科大学第二附属医院伦理委员会的批准（协议编号：[2015] KY 044），该试验已在中国临床试验注册中心注册（ChiCTR-ONC-17011792）。图1中显示了研究设计方案和37名参与者的示意图。
粪菌移植治疗过程
粪菌捐赠者是根据标准招募，供体的筛选应综合考虑遗传因素、饮食和生活习惯等环境因素、健康状况对供体肠道菌群的影响。中华粪菌库从年龄、生理、病理、心理、真实性、时间因素、生活环境和受者状态8个方面综合筛选健康供体。
所有T2DM参与者都通过一种名为“经内镜肠管（TET）”的新技术接受FMT治疗，一周两次，一次200ml，共移植50~60g，对参与者的血糖水平进行为期12周的监测。
血糖监测和胰岛素剂量调整
根据患者的血糖水平调整胰岛素剂量以降低患者的高血糖症。在为期12周的治疗期间，患者被指示注射胰岛素类似物或预混胰岛素类似物基础的剂量，使早餐前的血糖水平达到4.4至6.7 mmol/L，并应指导患者调整注射胰岛素的剂量，使午餐前、晚餐前和就寝前的血糖水平达到4.4至6.7 mmol/L。研究人员可以根据自己对患者个人病史的了解，在建议调整胰岛素剂量时运用判断力，要求患者在指定的时间点记录每日的血糖测量值和胰岛素的剂量，以评估患者对胰岛素剂量的依从性。
样本采集
在FMT治疗前和治疗后3个月，收集二型糖尿病患者及正常对照人群的血浆和粪便样本,并比较糖尿病患者接受FMT治疗前后不同时期的临床及生化资料。
血液样本：空腹过夜10小时，早餐后2小时内采血。将血液样本在室温下放置30分钟，然后在3000xg下离心20分钟以获得血清，置于-20℃保存(有条件者可置于-80℃)。
粪便样本：在收集血液样本的同一天收集粪便样本，于干冰中快速冷冻，并保存在-80℃直至分析。
17例T2DM患者通过中肠TET技术接受两次FMT（图1），使用Illumina MiSeq对T2DM患者和健康对照者，总计37例的粪便样本进行16S rRNA测序，证实FMT重构了T2DM患者的肠道微生物组（图4a）。采用多步骤的生物信息学方法来进行分析，通过测量血红蛋白（HbA1c）和其他与T2DM相关的临床标志物的水平来评估所有患者的临床结果。
通过临床标准定义为有应答的患者来评估FMT治疗效率（图4a-4f、图5a-5f、表2、表3、表4），发现17名T2DM患者中有11人对FMT治疗有应答（图4b-4f），在11名受益者中，空腹血糖、餐后血糖、HbA1c和尿酸水平均显著降低，而餐后C肽水平则显著升高，胰岛分泌功能明显改善（图4b-4f）；而在6个无反应者中，这些临床参数没有变化（图4b-4f）。
实施例5 二型糖尿病人粪菌移植疗效预测
采集临床接收的病患粪便，并提取DNA。然后用本发明开发的试剂盒与相应的仪器（如定量PCR、Panomics、芯片等）定量检测两个菌群的表达水平。将两个菌群的表达水平输入本发明建立的随机森林预测模型，确定该病患的粪菌移植疗效。
通过随机森林深入的预测模型分析对粪菌移植治疗后，二型糖尿病人肠道菌群和同健康组之间的肠道菌群进行对比分析，在对FMT治疗无应答的6名受益者中，Rikenellaceae科和Anaerotruncus属（Ruminococcaceae科）在治疗前的丰度与健康对照中的水平相似，而对FMT治疗有应答的11名受益者中，Ricenellaceae科和Anaerotruncus属在治疗前丰度显著高于健康对照组，FMT处理可将其丰度调节至健康水平（图6a-6b），这表明丰富的Rikenellaceae科和Anarunrotruncus属对FMT治疗T2DM患者有因果关系。
实施例6 精准选择适合粪菌移植治疗的二型糖尿病人
采集临床接收的病患粪便，并提取DNA。然后用本发明开发的试剂盒与相应的仪器定量检测Rikenellaceae科和Anaerotruncus属（Ruminococcaceae科）2个菌群的表达水平。将2个菌群的表达水平输入本发明建立的随机森林预测模型，对适合粪菌移植的病患进行精准选择。具体决策细节如下：在随机森林建模过程中，包含了1000棵决策树，当超过半数决策树的决策认为治疗有效/无效时，随机森林做出病人适合FMT治疗/不适合FMT治疗的决策。当随机森林做出适合FMT治疗的决策，该病人将接受粪菌移植治疗，否则建议选择其他治疗方案。
表1、健康人群和二型糖尿病人的临床参数对比。
表2、粪菌移植治疗前后，病人的临床参数比较。
表3、粪菌移植治疗前后，受益者及非受益者之间的临床参数对比。
表4、粪菌移植治疗前，受益者及非受益者之间的临床参数对比。
Claims (11)
1.用于评估粪菌移植治疗二型糖尿病患者疗效的微生物标志物，其特征在于，所述微生物标志物包括Rinkenellaceae科和Ruminococcaceae科的组合。
2.根据权利要求1所述的微生物标志物，其特征在于，所述Ruminococcaceae科为Anaerotruncus属。
3.如权利要求1或2所述的微生物标志物，其特征在于，所述微生物标志物用于构建评估粪菌移植治疗二型糖尿病患者疗效的模型。
4.如权利要求3所述的微生物标志物，其特征在于，所述微生物标志物相对含量的测定方法包括定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术。
5.根据权利要求4所述的微生物标志物，其特征在于，所述微生物标志物相对含量可通过定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术进行16S rRNA测序。
6.如权利要求1或2所述的微生物标志物在制备用于二型糖尿病人粪菌移植疗效检测试剂中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，所设计的一组微生物探针或引物，所述微生物探针能够通过分子杂交与目标微生物结合产生杂交信号，所述引物能够通过基于PCR的技术对目标微生物进行扩增。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述微生物探针或引物可通过定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术来检测所述微生物标志物。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述微生物探针或引物可通过定量PCR、基因芯片、二代高通量测序、Panomics或Nanostring技术来检测所述微生物标志物在二型糖尿病患者粪便中的表达水平。
10.一种用于评估二型糖尿病粪菌移植疗效的组合物，其特征在于，其包括权利要求7所述的微生物探针或引物。
11.一种用于评估二型糖尿病粪菌移植疗效的试剂盒，其特征在于，其包括权利要求10所述的组合物。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110878469.5A CN113337630A (zh) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 |
| CN202111419850.1A CN116042866A (zh) | 2021-08-02 | 2021-11-26 | 用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110878469.5A CN113337630A (zh) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113337630A true CN113337630A (zh) | 2021-09-03 |
Family
ID=77480513
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110878469.5A Pending CN113337630A (zh) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 |
| CN202111419850.1A Pending CN116042866A (zh) | 2021-08-02 | 2021-11-26 | 用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111419850.1A Pending CN116042866A (zh) | 2021-08-02 | 2021-11-26 | 用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (2) | CN113337630A (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117037914B (zh) * | 2023-07-25 | 2024-04-02 | 中科国康(浙江)生命科学有限公司 | 一种基于个体特征定向制备的肠道菌群的系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106192020A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-12-07 | 北京航空航天大学 | 一种利用自体健康状态时微生物构建以用于菌群移植的菌群库的方法 |
| US20180122511A1 (en) * | 2014-10-21 | 2018-05-03 | uBiome, Inc. | Method and system for characterizing microorganism-related conditions |
| US20190085396A1 (en) * | 2015-09-09 | 2019-03-21 | uBiome, Inc. | Method and system for microbiome-derived diagnostics and therapeutics for conditions associated with gastrointestinal health |
-
2021
- 2021-08-02 CN CN202110878469.5A patent/CN113337630A/zh active Pending
- 2021-11-26 CN CN202111419850.1A patent/CN116042866A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180122511A1 (en) * | 2014-10-21 | 2018-05-03 | uBiome, Inc. | Method and system for characterizing microorganism-related conditions |
| US20190085396A1 (en) * | 2015-09-09 | 2019-03-21 | uBiome, Inc. | Method and system for microbiome-derived diagnostics and therapeutics for conditions associated with gastrointestinal health |
| CN106192020A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-12-07 | 北京航空航天大学 | 一种利用自体健康状态时微生物构建以用于菌群移植的菌群库的方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| CHENGGUO LIU等: "Changes in intestinal flora in patients with type 2 diabetes on a low‑fat diet during 6 months of follow‑up", 《EXPERIMENTAL AND THERAPEUTIC MEDICINE》 * |
| QIAN LI等: "Implication of the gut microbiome composition of type 2 diabetic patients from northern China", 《SCIENTIFIC REPORTS》 * |
| 丁大法等: "宿主肠道菌群决定粪菌移植治疗2型糖尿病的疗效反应", 《中国菌群移植大会》 * |
| 叶雷等: "高通量测序技术在肠道微生物宏基因组学研究中的应用", 《中国食品学报》 * |
| 肖遥等: "2型糖尿病患者的肠道菌群与阳明、太阴体质相关性分析", 《环球中医药》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116042866A (zh) | 2023-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Response of gut microbiota in type 2 diabetes to hypoglycemic agents | |
| US20150211053A1 (en) | Biomarkers for diabetes and usages thereof | |
| Andoh et al. | Multicenter analysis of fecal microbiota profiles in Japanese patients with Crohn’s disease | |
| KR101445243B1 (ko) | 장내 세균의 군집과 기능의 변화를 이용한 대사성 및 염증성 질환의 조기진단 | |
| Vinberg et al. | Remitted affective disorders and high familial risk of affective disorders associate with aberrant intestinal microbiota | |
| WO2017044902A1 (en) | Method and system for microbiome-derived diagnostics and therapeutics for oral health | |
| Salah et al. | New insights on obesity and diabetes from gut microbiome alterations in Egyptian adults | |
| CN108350510A (zh) | 用于胃肠健康相关病症的源自微生物群系的诊断及治疗方法和系统 | |
| Swann et al. | Considerations for the design and conduct of human gut microbiota intervention studies relating to foods | |
| CN109797190A (zh) | 一种用于评估ii型糖尿病风险的微生物标志物及其应用 | |
| AU2016321319A1 (en) | Method and system for microbiome-derived diagnostics and therapeutics for eczema | |
| CN107835692A (zh) | 用于皮肤系统状况的微生物组来源的表征、诊断和治疗的方法及系统 | |
| WO2019205188A1 (zh) | 抑郁症生物标志物及其用途 | |
| AU2016321328A1 (en) | Method and system for microbiome-derived diagnostics and therapeutics infectious disease and other health conditions associated with antibiotic usage | |
| CN107709576A (zh) | 用于神经系统健康问题的微生物组来源的诊断和治疗的方法及系统 | |
| CN110283903A (zh) | 用于诊断胰腺炎的肠道微生物菌群 | |
| CN107710205A (zh) | 用于心血管疾病状况的微生物组来源的表征、诊断和治疗的方法及系统 | |
| CN112899368A (zh) | 一种用于原发性肝细胞癌早期诊断的生物标志物及其检测试剂和应用 | |
| CN109266766A (zh) | 肠道微生物作为胆管细胞癌诊断标志物的用途 | |
| Tao et al. | Bacterial community mapping of the intestinal tract in acute pancreatitis rats based on 16S rDNA gene sequence analysis | |
| CN114381534B (zh) | 脂肪肝标志微生物及其应用 | |
| CN113337630A (zh) | 用于评估二型糖尿病患者粪菌移植疗效的微生物标志物及其应用 | |
| CN113913490A (zh) | 非酒精性脂肪肝标志微生物及其应用 | |
| WO2021250285A1 (en) | A method of diagnosing depression in a subject | |
| CN110114471A (zh) | 用于饮食干预或粪便微生物群移植治疗肠易激综合征的伴随诊断方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210903 |