条文本gydF4y2Ba

一项前瞻性COVID-19后急性综合征患者队列研究中的肠道菌群动态gydF4y2Ba
免费的gydF4y2Ba
  1. 秦刘gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  2. 麦永仁gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  3. 气苏gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  4. Yun工具包杨紫琼gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  5. 恩典Chung-Yan他gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  6. 苏珊恩gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  7. 分章gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  8. 李艳玲gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  9. 陆麒gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  10. 大卫Shu-Cheong回族gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  11. 保罗KS陈gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  12. 陈家良gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba
  13. 萧C NggydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba
  1. 1gydF4y2Ba医学院肠道菌群研究中心gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港中文大学gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港gydF4y2Ba,中国香港特别行政区gydF4y2Ba
  2. 2gydF4y2Ba医学与治疗学系gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港中文大学gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港gydF4y2Ba,中国香港特别行政区gydF4y2Ba
  3. 3.gydF4y2Ba消化疾病国家重点实验室,李嘉诚卫生科学研究所,消化疾病研究所gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港中文大学gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港gydF4y2Ba,中国香港特别行政区gydF4y2Ba
  4. 4gydF4y2Ba微生物群I-Center(魔术)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港gydF4y2Ba,中国香港特别行政区gydF4y2Ba
  5. 5gydF4y2Ba微生物学系gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港中文大学gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港gydF4y2Ba,中国香港特别行政区gydF4y2Ba
  6. 6gydF4y2Ba医学院何鸿燊新发传染病中心gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港中文大学gydF4y2Ba,gydF4y2Ba香港gydF4y2Ba,中国香港特别行政区gydF4y2Ba
  1. 对应到gydF4y2Ba吴晓春教授,香港中文大学医学及治疗学系,香港,香港;gydF4y2Basiewchienng在{}cuhk.edu.hkgydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

背景gydF4y2BaCOVID-19后的长期并发症很常见,但病毒清除后持续症状的潜在原因尚不清楚。gydF4y2Ba

客观的gydF4y2Ba研究肠道微生物组组成是否与COVID-19后急性综合征(PACS)有关,PACS定义为在SARS-CoV-2病毒清除4周后至少有一种持续症状。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba我们对106例COVID-19严重程度的患者进行了前瞻性研究,随访时间从入院到6个月,以及68例非COVID-19对照组。我们使用鸟枪宏基因组测序分析了258个样本的粪便微生物组,并将结果与6个月时的持续症状相关联。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba6个月时,76%的患者出现PACS,最常见的症状是疲劳、记忆力差和脱发。入院时肠道菌群组成与PACS的发生相关。无PACS的患者在6个月时显示恢复的肠道微生物组情况与非covid -19对照相似。PACS患者的肠道微生物群的特征是较高水平的gydF4y2Ba瘤胃球菌属gnavusgydF4y2Ba,gydF4y2Ba拟杆菌vulgatusgydF4y2Ba和较低水平的gydF4y2BaFaecalibacterium prausnitziigydF4y2Ba.持续性呼吸道症状与机会性肠道病原体相关,神经精神症状和疲劳与院内肠道病原体相关,包括gydF4y2Bainnocuum梭状芽胞杆菌gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba放线菌naeslundiigydF4y2Ba(所有p < 0.05)。Butyrate-producing细菌,包括gydF4y2Ba双歧杆菌pseudocatenulatumgydF4y2Ba而且gydF4y2BaFaecalibacterium prausnitziigydF4y2Ba6个月时与PACS呈最大的负相关。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba这些发现提供了COVID-19长期并发症患者肠道微生物组组成改变的观察证据。应进一步研究微生物群调节是否有助于COVID-19急性后综合征的及时康复。gydF4y2Ba

  • 新型冠状病毒肺炎gydF4y2Ba
  • 肠道微生物gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

数据可在一个公共的、开放访问的存储库中获得。原始数据保存在生物项目的NCBI序列读取档案:PRJNA714459。gydF4y2Ba

本文根据英国医学杂志网站条款和条件在covid-19大流行期间免费提供给个人使用,或直到英国医学杂志另行确定。在保留所有版权声明及商标的前提下,您可以使用、下载及列印文章作任何合法及非商业用途(包括文字及数据挖掘)。gydF4y2Ba

https://bmj.com/coronavirus/usagegydF4y2Ba

来自Altmetric.com的统计gydF4y2Ba

请求的权限gydF4y2Ba

如果您希望重用这篇文章的任何部分或全部,请使用下面的链接,它将带您访问版权清除中心的RightsLink服务。您将能够快速获得价格和以多种不同方式重用内容的即时许可。gydF4y2Ba

本研究的意义gydF4y2Ba

在这个问题上已经知道了什么?gydF4y2Ba

  • 据报道,COVID-19患者在恢复期后仍有持续症状。gydF4y2Ba

  • 新出现的证据支持肠道菌群失调在COVID-19感染严重程度方面的潜在作用。gydF4y2Ba

  • 急性感染后SARS-CoV-2对肠道菌群的长期影响以及肠道菌群组成是否影响不同严重程度COVID-19感染的康复患者持续症状的风险尚不清楚。gydF4y2Ba

新的发现是什么?gydF4y2Ba

  • 我们的研究结果表明,个人的肠道微生物组概况可能会影响他们对COVID-19长期并发症的易感性。gydF4y2Ba

  • 肠道菌群模式反映了急性后COVID-19综合征(PACS)患者的不同症状。gydF4y2Ba

  • 入院时明显的肠道菌群组成与6个月时发生PACS相关。gydF4y2Ba

在可预见的未来,它会对临床实践产生怎样的影响?gydF4y2Ba

  • 这些发现为肠道微生物群与COVID-19感染后长期后遗症之间的复杂关系提供了新的见解。gydF4y2Ba

  • 基于微生物的分析可作为COVID-19急性后综合征发生早期风险分层的工具。gydF4y2Ba

视频摘要gydF4y2Ba

简介gydF4y2Ba

COVID-19急性感染期间的临床特征已有详细描述,但对其长期并发症知之甚少。COVID-19后急性综合征(PACS)的特征是COVID-19发病后的长期并发症和/或持续症状,目前越来越多地得到认识。gydF4y2Ba1 - 3gydF4y2Ba多达四分之三的患者在康复后6个月内描述了至少一种症状,通常报告有多系统症状,包括疲劳、肌肉无力和睡眠困难。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba

PACS发展的原因尚不清楚。免疫和炎症反应的紊乱、急性病毒感染或危重症后的后遗症造成的细胞损伤可能会导致COVID-19感染后的长期症状。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba越来越多的证据表明,肠道菌群失调与COVID-19感染的严重程度有关,并在疾病缓解后持续存在。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba一些研究表明,胃肠道在COVID-19中有重要参与,包括胃肠道中ACE2的表达增强gydF4y2Ba7gydF4y2Ba以及感染SARS-CoV-2的受试者的肠道菌群紊乱。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba与非COVID-19对照者相比,COVID-19患者的粪便微生物群发生了显著变化,其特征是机会性病原体富集,有益共生菌减少。gydF4y2Ba8 9gydF4y2Ba几种已知免疫调节潜力的肠道共生菌,如gydF4y2BaFaecalibacterium prausnitziigydF4y2Ba,gydF4y2Ba真细菌rectalegydF4y2Ba双歧杆菌在患者中的代表性不足,在疾病解决后的1个月,这些细菌在收集的样本中仍然很低。gydF4y2Ba10gydF4y2Ba

胃肠道是人体最大的免疫器官,居住微生物引起的对新冠病毒感染的异常免疫反应可能会影响恢复过程。新出现的证据支持肠道菌群失调在COVID-19感染严重程度方面的潜在作用。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba我们研究了急性COVID-19后肠道菌群组成的变化及其与持续症状的关系。gydF4y2Ba

材料和方法gydF4y2Ba

研究人群gydF4y2Ba

这项前瞻性队列研究在中国香港的三间区域医院(威尔斯亲王医院、基督教联合医院和仁济医院)进行。在2020年2月1日至8月31日期间招募了所有经鼻咽拭子、鼻拭子、深喉唾液、痰液或气管吸入中SARS-CoV-2逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)检测阳性、确诊为COVID-19的患者。根据当地政府政策,所有确诊的新冠肺炎患者都必须住院。符合以下条件之一的患者可出院:至少间隔24小时的两份相同类型的临床标本(即呼吸道或粪便),经RT-PCR检测新冠病毒核酸阴性或新冠病毒抗体阳性。患者在住院期间接受同样的抗生素(克拉维酸阿莫西林)。如果患者无法联系,拒绝参加研究或随访前死亡,则排除。人口统计资料、临床及化验资料取自香港医院管理局临床管理系统的电子病历。COVID-19感染的严重程度分为(1)轻度,如果没有肺炎的影像学证据;(2)中度,如果出现肺炎并伴有发热和呼吸道症状;(3)严重,呼吸频率≥30/min,呼吸环境空气时氧饱和度≤93%,或动脉氧压/分数吸入氧≤300 mm Hg (1 mm Hg=0.133 kPa); or (4) critical, if there was respiratory failure requiring mechanical ventilation, shock, or organ failure requiring intensive care.11gydF4y2Ba

PACS被定义为在清除SARS-CoV-2 4周后,至少有一种无法用替代诊断解释的持续症状。我们评估了covid后最常见的30种症状gydF4y2Ba12日13gydF4y2Ba发病后3和6个月(gydF4y2Ba在线补充表1gydF4y2Ba).6分钟步行距离测试是对有氧能力和耐力的简单功能评估,在一组COVID-19康复患者出院6个月后进行。数据与肠道菌群分析相关。gydF4y2Ba

鉴于已知饮食会影响肠道微生物群,我们记录了所有COVID-19患者在住院期间的饮食记录。每间医院的医院配餐服务均提供标准化膳食,膳食成分及模式符合香港华人的日常饮食习惯(gydF4y2Ba在线补充表2gydF4y2Ba).出院后,建议新冠肺炎患者继续遵循香港华人日常饮食习惯,保持多样化和标准的中式饮食。gydF4y2Ba

对照组是在COVID-19大流行前(2019年9月至2019年11月)通过广告从社区和威尔士亲王医院的内镜中心招募的,受试者使用相同的收集方案进行了正常的结肠镜检查(在肠道准备前收集粪便)。我们选择了年龄和性别相匹配、合并症和标准饮食模式相似的对照组,以比较感染和未感染COVID-19的受试者之间的肠道菌群组成。对照的人口统计和共病列于gydF4y2Ba在线补充表3gydF4y2Ba.非covid -19对照的排除标准为(1)过去6个月内使用抗生素;(2)过去3个月曾使用泻药或抗腹泻药物;(3)最近的饮食变化(如成为素食主义者/纯素食主义者);(4)已知的复杂感染或败血症;(5)有严重脏器衰竭史(包括失代偿性肝硬化、恶性疾病、肾衰竭、癫痫、活动性严重感染、艾滋病);(6)过去6个月内曾接受过肠内手术(不包括与肛周疾病有关的结肠镜检查/手术);(7)存在回肠造口/造口;(8)目前怀孕。gydF4y2Ba

总共收集了258份粪便样本并进行了测序。所有来自COVID-19患者和对照组的样本都被同时处理和分析。gydF4y2Ba

这项研究是根据《赫尔辛基宣言》进行的。所有患者均提供书面知情同意书。本研究获香港中文大学-新界东联合集群临床研究伦理委员会(CREC参考资料编号:: 2020.076)。gydF4y2Ba

粪便样本gydF4y2Ba

分别于入院、出院1个月和6个月收集粪便标本。住院患者的粪便样本由医院工作人员收集,出院患者在出院后1个月和6个月随访当天提供粪便样本,或在家中自行采样,并在收集后24小时内将样本快递到医院。在抗生素治疗前收集基线(入院时收集粪便)样本。所有的样品都收集在含有防腐剂(cat。63700, Norgen Biotek Corp, Ontario Canada),并在- 80°C下立即保存直到加工。我们之前已经证明,使用这种保存介质收集的粪便所产生的肠道菌群组成数据与立即在−80°C保存的样品所获得的数据相当。gydF4y2Ba14gydF4y2Ba

粪便DNA提取和测序gydF4y2Ba

具体方法见左文gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba将粪便颗粒加入1 mL的十六烷基三甲溴化铵缓冲液中,旋动30 s,然后在95°C加热5 min。在此之后,用珠子以最大速度彻底旋动样品15分钟。然后在样品中加入40µL的蛋白酶K和20µL的RNase A,在70°C孵育10 min。13 000离心获得上清gydF4y2BaggydF4y2Ba5分钟后放入麦克斯韦RSC机进行DNA提取。提取的DNA进行DNA文库构建,使用Nextera DNA Flex文库制备试剂盒(Illumina, San Diego, California, USA),通过末端修复、尾部添加A、纯化和PCR扩增等过程完成。文库随后用我们在香港中文大学微生物区系研究中心的内部测序仪Illumina NextSeq 550(150碱基对对端)进行测序。本研究产生的原始序列数据可在BioProject登录的sequence Read Archive中获得:PRJNA714459。gydF4y2Ba

生物信息学gydF4y2Ba

使用Trimmomatic V.39对原始序列数据进行质量过滤,以去除适配器、低质量序列(质量评分<20)、读取长度小于50个碱基对。使用Kneaddata (V.0.7.2gydF4y2Bahttps://bitbucket.org/biobakery/kneaddata/wiki/HomegydF4y2Ba,参考数据库:GRCh38 p12),默认参数。随后,使用MetaPhlAn3版本3.0.5从经过质量过滤的正向读取推断微生物群组成概况。GNU平行gydF4y2Ba15gydF4y2Ba用于并行分析作业,以加速数据处理。Alpha多样性度量(Shannon多样性,Chao1丰富度)使用版本1.26.0的phyloseq包计算。筛选出平均丰度和流行率分别小于0.1%和3%的物种。gydF4y2Ba

统计分析及推断肠道菌群组成gydF4y2Ba

连续变量用中位数(IQR)表示,而分类变量用数量(百分比)表示。使用Χ分析亚组间的定性和定量差异gydF4y2Ba2gydF4y2Ba或分类参数的Fisher精确检验和连续参数的Mann‐Whitney检验(视情况而定)。利用logistic回归分析与PACS发展相关的临床参数,估计95% CI的比值比和调整比值比(aOR)。将站点按物种计数和相对丰度表输入R V.3.5.1进行统计分析。这里我们应用了微动力,gydF4y2Ba16gydF4y2Ba基于模拟的排序多变量方差分析(PERMANOVA) β-多样性比较方法,以评估本研究的效应大小和统计效力,研究对象为68名患有或不患有PACS的患者。该样本量提供了80%的功率来检测0.015%的效应量(校正决定系数ω2)和90%的功率来检测ω2=0.006的差异。利用主坐标分析(PCoA)对基于物种水平成分分布的样品进行可视化聚类。使用PERMANOVA评估肠道菌群组成和患者参数之间的关系。通过在hutenhower实验室星系实例中实现的线性判别分析效应量和线性模型(MaAsLin2)统计框架的多变量分析,确定特定微生物物种与患者参数的关联(gydF4y2Bahttp://huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy/gydF4y2Ba).PCoA, PERMANOVA和Procrustes分析在纯素R包V.2.5-7中实现。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

急性COVID-19综合症gydF4y2Ba

在2020年2月1日至8月31日期间,我们从香港三家区域医院招募了106名患者,并对他们进行了6个月的随访。中位年龄48.3岁(IQR 33-62岁),56岁(52.9%)为女性(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba).在患者中,高血压(17%)是最常见的共病,其次是2型糖尿病(15.1%)。大多数患者在住院期间的COVID-19症状为轻中度(81.1%),25例患者(23.6%)在住院期间使用了抗生素。总的来说,86例(81.1%)和81例(76.4%)COVID-19患者分别在3个月和6个月时报告发生PACS。6个月时最常见的症状为疲劳(31.3%)、记忆力差(28.3%)、脱发(21.7%)、焦虑(20.8%)和睡眠困难(20.8%);gydF4y2Ba图1一个gydF4y2Ba).6个月时,有或没有PACS的患者在年龄、性别、共病、抗生素使用、抗病毒药物使用和COVID-19的严重程度方面无显著差异(gydF4y2Ba图1 bgydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表4和5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充图1gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba

病毒清除后的急性COVID-19综合征(PACS)。(A) 106例患者急性COVID-19 3个月和6个月时30种症状的比例;(B) PACS发生相关因素的多变量分析。中间的点表示平均值,方框表示四分位区间的上下。gydF4y2Ba

表1gydF4y2Ba

106例COVID-19康复患者的临床特征gydF4y2Ba

COVID-19患者的肠道菌群组成改变在疾病缓解后持续了6个月gydF4y2Ba

在106例COVID-19患者中,68例在入院时(n=47)、1个月(n=64)和6个月(n=68)采集了粪便样本进行肠道菌群分析。在随访9个月时,收集了11例患者的粪便样本(gydF4y2Ba在线补充表6gydF4y2Ba).我们首先在随访中检查了COVID-19患者的肠道微生物组组成,没有(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)或与(gydF4y2Ba在线补充图2gydF4y2Ba)住院期间使用抗生素。未使用抗生素的患者在6个月时肠道菌群组成保持明显差异(gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba6个月时细菌多样性(Shannon指数)和Chao1丰富度均显著低于非对照(gydF4y2Ba图2 b, CgydF4y2Ba).在抗生素未使用的患者中,1个月和6个月时的肠道微生物组组成显示出几乎相同的聚类中心(p=0.555,gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba),但与非covid -19对照样本不同(gydF4y2Ba图2一个gydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表7gydF4y2Ba).此外,在疾病消退后1个月、6个月和9个月分析的样本中,肠道菌群组成是稳定的(gydF4y2Ba在线补充图3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表8gydF4y2Ba).我们观察到肠道菌群的失调和异质性,由前5个菌门(gydF4y2Ba图2 dgydF4y2Ba)以及与非COVID-19对照者相比,在1个月和6个月初使用抗生素的COVID-19患者中最常见的10个属(gydF4y2Ba图2 egydF4y2Ba).的成员的相对数量gydF4y2Ba瘤胃球菌属gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba双歧杆菌属gydF4y2Ba与非对照相比,新冠肺炎患者的感染率显著降低(平均3.02% vs 6.75%,平均16.36% vs 19.22%, p<0.001, Mann-Whitney检验;gydF4y2Ba图2 egydF4y2Ba).gydF4y2Ba

图2gydF4y2Ba

SARS-CoV-2阴性住院患者(antibiotic-naïve)和非covid -19患者的肠道菌群组成差异及其随访粪便。(A)与非COVID-19受试者相比,COVID-19患者在SARS-CoV-2阴性前后肠道菌群组成的主坐标分析(PCoA)。(B)多样性和丰富度(C)病毒清除后1个月和6个月COVID-19患者肠道菌群分析。(D) SARS-CoV-2阴性后1个月及6个月内住院患者及其随访患者粪便中检测到的前5门和前10个微生物属的平均相对丰度(E)。gydF4y2Ba

在6个月的随访中检查抗生素的效果时,antibiotic-naïve和抗生素治疗患者的整体肠道菌群组成相似(p=0.351, (gydF4y2Ba在线补充图2DgydF4y2Ba).在基线时,antibiotic-naïve和抗生素治疗患者之间的微生物组组成无显著差异(gydF4y2Ba在线补充图2BgydF4y2Ba),而在随访1个月时,整体肠道菌群组成明显不同(gydF4y2Ba在线补充图2CgydF4y2Ba).患者使用抗生素治疗4 ~ 12天,根据医生的判断,平均7.89 (IQR 6-11)天。我们发现肠道菌群组成与抗生素治疗时间之间没有显著相关性(gydF4y2Ba在线补充图2E,FgydF4y2Ba).这些数据表明,抗生素对COVID-19患者肠道微生物群的影响不会持续超过6个月。gydF4y2Ba

PACS患者有明显的肠道菌群失调gydF4y2Ba

在68名在6个月时分析粪便样本的COVID-19患者中,50名(73.5%)患有PACS (gydF4y2Ba在线补充图4gydF4y2Ba).我们检测了病毒载量,发现病毒载量(在粪便和呼吸样本中)与PACS发育之间没有显著相关性(gydF4y2Ba在线补充图5gydF4y2Ba).在随访6个月时,我们发现有和没有PACS的患者中存在两种不同的肠道微生物群(gydF4y2Ba图3A及4AgydF4y2Ba, p < 0.05)。无PACS的患者显示恢复的肠道微生物组与非covid -19对照组相当(gydF4y2Ba图3A及4AgydF4y2Ba, p=0.470),而在6个月时,PACS患者的肠道微生物组组成与未感染covid -19的对照组仍然不同(gydF4y2Ba图3一gydF4y2Ba, p < 0.001)。随访6个月时,PACS患者的细菌多样性和丰富度(分别用Shannon指数多样性和Chao1丰富度指数衡量)显著低于无PACS患者和对照组(gydF4y2Ba图3 b, CgydF4y2Ba).此外,发生PACS的患者入院时肠道微生物组的细菌Shannon多样性和丰富度显著低于非covid -19对照(gydF4y2Ba图4 cgydF4y2Ba),但无PACS患者与对照组之间Shannon多样性和丰富度无差异(gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba).在PACS患者检测到的肠道细菌种类中,在基线和随访样本中,28种细菌种类减少,14种细菌种类增加(gydF4y2Ba图4 d, EgydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表9和10gydF4y2Ba).在6个月时,PACS患者表现出明显较低的gydF4y2Ba气faciens, F. prausnitzii, Blautia bebeumgydF4y2Ba还有更高层次的gydF4y2Ba瘤胃球菌属gnavusgydF4y2Ba而且gydF4y2Ba拟杆菌vulgatusgydF4y2Ba与非covid -19对照组相比(p<0.05, LefSe >2;gydF4y2Ba图3 dgydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表10gydF4y2Ba).无PACS的受试者入院时仅出现25种细菌种类的改变,6个月后完全恢复(gydF4y2Ba图4 dgydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表11gydF4y2Ba).据报道,PACS患者表现为多种持续性生化、病理生理的频谱。我们使用HUMAnN3研究了肠道菌组的功能改变。通过MaAslin2分析,我们发现32个MetaCyc通路的相对丰度在PACS患者与非covid -19对照患者之间有显著差异(p<0.05;gydF4y2Ba在线补充表12gydF4y2Ba).PACS患者肠道菌群中尿素循环途径、l -瓜氨酸生物合成途径和l -鸟氨酸生物合成途径的丰度增加(gydF4y2Ba在线补充图6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表12gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

图3gydF4y2Ba

COVID-19伴和不伴急性后综合征(PACS)患者6个月时肠道菌群组成(A)新冠肺炎患者6个月时肠道菌群组成的主坐标分析(PCoA)。(B)细菌的多样性和丰富度。(C) PACS患者和非PACS患者肠道菌群组成分析。(C) 6个月时PACS患者肠道微生物群判别类群的线性判别分析效应量分析。LDA,线性判别分析。gydF4y2Ba

图4gydF4y2Ba

病毒清除后,基线和随访样本在不同时间点肠道菌群组成的差异。(A)与非COVID-19受试者相比,COVID-19伴或不伴急性后COVID-19综合征(PACS)患者在SARS-CoV-2阴性逆转录定量聚合酶链反应前后肠道菌群组成的主座标分析(PCoA)。(B)与非COVID-19受试者相比,基线时COVID-19患者肠道菌群的多样性和丰富度分析(分别用Simpson多样性和Chao1丰富度指数测量)。(C) COVID-19患者与非COVID-19受试者随访6个月时肠道菌群多样性和丰富度分析。(D)有或无PACS的COVID-19患者在病毒清除后,从基线到6个月随访期间肠道微生物组成的变化。(E)基线时PACS康复患者肠道菌群线性判别分析效应量。gydF4y2Ba

肠道微生物组组成反映PACS患者的不同症状gydF4y2Ba

我们接下来检查了6个月时肠道微生物组的组成及其与不同症状的关系。根据PERMANOVA研究,肠道成分与住院期间的医疗治疗或疾病严重程度无关(gydF4y2Ba图5一个gydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表13gydF4y2Ba).我们将PACS的症状分为呼吸道症状(咳嗽、咳痰、鼻塞/流鼻涕、呼吸短促)、神经精神症状(头痛、头晕、味觉丧失、嗅觉丧失、焦虑、注意力难以集中、睡眠困难、悲伤、记忆力差、视力模糊)、胃肠道症状(恶心、腹泻、腹痛、胃脘痛)、皮肤症状(脱发)、肌肉骨骼症状(关节疼痛、肌肉疼痛)和疲劳。我们使用多元关联线性模型(MaAsLin2)测试单个细菌类群与不同症状类别的关联。不同的症状与不同的肠道微生物组模式相关(gydF4y2Ba图5 bgydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表14gydF4y2Ba).共有81种细菌与不同类别的PACS相关,许多细菌与两类以上的持续症状相关(gydF4y2Ba图5 cgydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表15gydF4y2Ba).6个月时,持续呼吸道症状患者的肠道微生物组组成与一些条件致病菌呈正相关,包括gydF4y2Ba心绞痛链球菌,前庭链球菌,戈登链球菌gydF4y2Ba而且gydF4y2Badisporicum梭状芽胞杆菌gydF4y2Ba,而与机会性感染相关的大量医院病原体包括gydF4y2Bainnocuum梭状芽胞杆菌gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba放线菌naeslundiigydF4y2Ba,与神经精神症状和疲劳相关。产生丁酸盐的物质gydF4y2BaRoseburia inulinivoransgydF4y2Ba而且gydF4y2BaFaecalibacterium prausnitziigydF4y2Ba与非covid -19对照组相比,6个月时持续脱发患者(n=23)的血清钙含量显著减少(p<0.05),gydF4y2Ba在线补充表16gydF4y2Ba).此外,已知对宿主免疫有益的多种细菌种类的相对丰度包括gydF4y2Ba假atenulatum双歧杆菌,F. prausnitzii, R. inulinivoransgydF4y2Ba而且gydF4y2BaRoseburia hominisgydF4y2Ba在6个月时与PACS呈最大的负相关(gydF4y2Ba图5 cgydF4y2Ba,gydF4y2Ba在线补充表15和16gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

图5gydF4y2Ba

病毒清除后患者随访粪便中肠道微生物组的影响因素(A)受试者元数据对肠道微生物组组成的影响大小由排列多元方差分析(PERMANOVA)检验确定。(B)通过PERMANOVA检验确定的肠道微生物组组成与COVID-19后急性综合征(PACS)不同亚组之间的总体关联。(C) 6个月时不同种类的PACS与细菌种类的相关性。MaAsLin,多元关联线性模型。gydF4y2Ba

6分钟步行试验常用于测定患者的功能能力。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba先前的研究表明,微生物丰富度较低的恢复期患者肺功能受损,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba但COVID-19后6分钟步行距离缩短的原因仍不清楚。68名COVID-19患者在6个月随访时提供了粪便样本,其中52人在6个月时进行了6分钟步行测试评估。PACS患者6分钟步行中位距离显著低于无PACS患者(平均382米vs 464米,p<0.001)。gydF4y2Ba在线补充图7AgydF4y2Ba).我们观察到步行距离与致病菌种类(例如,gydF4y2Bainnocuum梭状芽胞杆菌gydF4y2Ba,gydF4y2Babolteae梭状芽胞杆菌gydF4y2Ba)在不同人群中可能具有致病性或与疾病风险相关gydF4y2Ba17 18gydF4y2Ba(p < 0.05,gydF4y2Ba在线补充图7BgydF4y2Ba).步行距离与肠道微生物群中的几种短链脂肪酸和丁酸产生者呈正相关,包括gydF4y2Ba双歧杆菌pseudocatenulatumgydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2BaRoseburia inulinivoransgydF4y2Ba20.gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba拟杆菌ovatusgydF4y2Ba,gydF4y2Ba21gydF4y2Ba暗示清除病毒后,人与肠道-肺-微生物组轴之间存在有益的共生关系。gydF4y2Ba

入院时肠道菌群组成预测PACSgydF4y2Ba

我们确定了入院时肠道微生物组谱是否影响PACS的发展。我们从PACS患者和非PACS患者的入院样本中观察到两种明显不同的细菌群(gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba, p < 0.05)。与有PACS的患者相比,无PACS患者的基线肠道细菌组成在19种细菌中富集,其属特征包括gydF4y2Ba双歧杆菌属gydF4y2Ba,gydF4y2BaBlautiagydF4y2Ba而且gydF4y2Ba拟杆菌gydF4y2Ba(gydF4y2Ba图6 b, CgydF4y2Ba, p<0.05,线性判别分析效应量>2,gydF4y2Ba在线补充表17gydF4y2Ba).入院时,发生PACS的患者肠道细菌的Shannon多样性和丰富度显著低于非covid -19对照组(gydF4y2Ba图4 cgydF4y2Ba).共有13种细菌,包括gydF4y2BaBlautia wexleraegydF4y2Ba而且gydF4y2Ba双歧杆菌longumgydF4y2Ba入院时与6个月时的PACS呈负相关,表明这些物种在SARS-CoV-2感染的恢复中可能具有保护作用(gydF4y2Ba图6 b, CgydF4y2Ba),而gydF4y2Ba放线菌sp S6 Spd3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba放线菌johnsoniigydF4y2Ba而且gydF4y2BaAtopobium parvulumgydF4y2Ba与PACS呈正相关。我们发现了重叠的细菌种类,比如gydF4y2Ba野丹毒,无毒丹毒gydF4y2Ba从基线到随访期间,其变化仍保持不变,并表现出与几种PACS症状的关联,进一步表明改变的肠道微生物群与COVID-19患者的康复过程之间的联系(gydF4y2Ba图6 dgydF4y2Ba).这些发现总的来说表明,入院时个人的肠道微生物组结构可能会影响受试者对COVID-19长期并发症的易感性。gydF4y2Ba

图6gydF4y2Ba

入院6个月时有或无任何持续症状的COVID-19患者肠道菌群组成(A)清除SARS-CoV-2后6个月有或无任何持续症状的COVID-19患者肠道菌群组成的主坐标分析(PCoA)。(B)住院期间确诊SARS-CoV-2逆转录酶-定量聚合酶链式反应阳性后的第一批粪便样本的肠道菌群组成。(C) COVID-19康复患者持续症状与基线微生物特征之间的相关性(p<0.05),通过多变量线性模型确定。(D)肠道微生物群与COVID-19急性后综合征发展之间的关系示意图。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

据我们所知,这是第一项证明从COVID-19康复后6个月持续肠道失调的研究,以及改变的肠道菌群与常见挥之不去症状之间的联系的研究。我们的研究在评估COVID-19急性期后的持续症状及其与不同COVID-19严重程度(包括轻度疾病)患者肠道菌群变化的关系方面具有创新性。一个优势是使用鸟枪宏基因组测序对从入院到6个月的肠道菌群进行前瞻性评估,并收集完整的临床数据。香港几乎没有发生与COVID-19相关的死亡,研究对象来自三家区域医院,这些医院管理着香港大多数COVID-19患者,因此在队列中不太可能存在选择偏差。样本量小是本研究的一个局限性,我们的研究结果需要在不同人群的更大队列中得到证实。gydF4y2Ba

特定的肠道菌群图谱与PACS的存在相关,提示人类肠道菌群可能在PACS的发生中发挥重要作用。肠道微生物在急性肺损伤中的潜在作用,通过细菌的肠道-肺易位,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba免疫和炎症的调节,gydF4y2Ba23gydF4y2Ba提示在PACS风险分层中基于微生物的概况的可能性。丰富的多种共生细菌有利于宿主的免疫,包括gydF4y2BaC. aerofaciens, F. prausnitzii, E . rectalegydF4y2Ba而且gydF4y2Bab . obeumgydF4y2Ba与PACS的发生呈显著的负相关。gydF4y2Baf . prausnitziigydF4y2Ba已知在PACS患者中,其缺失具有免疫调节特性,并有助于宿主防御,包括通过抑制NF-kB通路来下调炎症反应,gydF4y2Ba24gydF4y2Ba干扰白细胞介素8的合成和抑制白细胞介素8的分泌,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba而gydF4y2BaBlautia obeumgydF4y2Ba的属gydF4y2BaBlautiagydF4y2Ba能起到消炎作用。gydF4y2Ba26日27日gydF4y2Ba不同的厚壁菌门细菌在上调或下调小鼠肠道ACE2表达方面具有不同的作用gydF4y2Ba28gydF4y2Ba而且gydF4y2Baf . prausnitziigydF4y2Ba该分子与诱导白细胞介素-10(一种抗炎细胞因子)的能力相关。gydF4y2Ba29gydF4y2Ba此外,一系列产生丁酸盐的细菌的存在与6分钟步行距离测试密切相关,这意味着这些微生物在减少急性感染后的全身并发症方面具有潜在的有益作用。由于呼吸道是COVID-19的主要靶器官,我们发现肠道中某些链球菌与持续肺部症状(包括呼吸困难)之间的联系并不令人惊讶。gydF4y2Ba

我们的数据与之前的研究一致,这些研究报告了慢性疾病中肠道微生物群的紊乱,包括胃肠道、炎症和代谢性疾病,以及神经和呼吸系统疾病。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba据报告,约20%的COVID-19幸存者出现脱发。在急性COVID-19后出现脱发的患者的粪便菌群组成中,产生丁酸盐的物种减少了,如gydF4y2Bar . inulinivoransgydF4y2Ba而且gydF4y2Baf . prausnitzii。gydF4y2Ba丁酸盐之前已经被证明对大脑的可塑性和功能产生有益的适应,gydF4y2Ba31gydF4y2Ba产生丁酸盐的微生物可能会保护宿主免受压力的许多负面影响,包括脱发和类似焦虑的行为。gydF4y2Ba32 33gydF4y2Ba我们对细菌类群及其与特定急性后症状的关联的研究结果表明,不同的微生物模式可能有助于不同的PACS症状的发展。因此,微生物组可能作为预测特定的COVID-19急性后症状发展的代理。gydF4y2Ba

在本研究中,我们发现多种有益菌种的丰度与6个月时PACS的发展之间存在很强的负相关。几个共生体的损失,包括属gydF4y2Ba双歧杆菌gydF4y2Ba,gydF4y2BaRoseburiagydF4y2Ba而且gydF4y2BaFaecalibacteriagydF4y2Ba已知具有免疫调节功能,尤其与COVID-19康复患者的持续症状有关。后两种细菌是几种重要的短链脂肪酸生产者和维持免疫稳态的主要角色。这些脂肪酸已被证明可以改变趋化性和吞噬作用,诱导活性氧,改变细胞增殖和功能,并具有抗菌和抗炎作用。尽管观察到的关联是令人鼓舞的,但本研究的力量可能受到未被识别的因素的限制,这些因素与COVID-19无关,但可能影响细菌微生物组,包括宿主环境、饮食、生活方式、药物(尽管所有受试者在随访期间没有服用任何抗生素,共病没有差异),以及患者对问卷的主观回答可能存在的偏见。由于患者出院后没有重复进行病毒检测,我们无法确定那些有和没有PACS的患者的病毒活动持续时间。需要进一步的研究来了解微生物群调节是否以及如何减少PACS的负担。需要进行饮食、血清学和免疫学数据的研究,以进一步阐明COVID-19急性感染后持续症状的机制。gydF4y2Ba

总之,肠道微生物组组成的改变与COVID-19患者在SARS-CoV-2病毒清除后长达6个月的持续症状密切相关。考虑到在当前的大流行期间有数百万人感染,我们的研究结果有力地推动了考虑对微生物群进行调节,以促进及时恢复和减少COVID-19急性后综合征的负担。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

数据可在一个公共的、开放访问的存储库中获得。原始数据保存在生物项目的NCBI序列读取档案:PRJNA714459。gydF4y2Ba

伦理语句gydF4y2Ba

发表患者同意书gydF4y2Ba

伦理批准gydF4y2Ba

本研究获香港中文大学-新界东联合集群临床研究伦理委员会(CREC参考资料编号:: 2020.076)。该研究是按照赫尔辛基宣言和良好临床实践规则进行的。在研究方案得到充分解释后,所有参与者都签署了书面知情同意书。gydF4y2Ba

致谢gydF4y2Ba

我们感谢所有在中国香港威尔斯亲王医院和基督教联合医院隔离病房工作的医护人员。我们感谢Joey Chan, Lok张Chu和Wenye Xu, Chun Pan张和其他工作人员/学生对这项研究的技术贡献,包括样本收集,库存和处理;以及Arthur Chung和Hui Zhan协助DNA提取和测序。gydF4y2Ba

参考文献gydF4y2Ba

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补充材料gydF4y2Ba

脚注gydF4y2Ba

  • 推特gydF4y2Ba@wingyanjoycegydF4y2Ba

  • QL、JWYM和QS贡献相当。gydF4y2Ba

  • 调整通知gydF4y2Ba这篇文章在Online First发布后进行了修改。附件已更新。gydF4y2Ba

  • 贡献者gydF4y2BaQL和JWYM构思和设计了研究,并负责数据的完整性和稿件的准备。QL和QS进行菌群分析。QL是本文的担保人。YKY对微生物的重要知识内容进行了批判性的修改。GC-YL和SSSN有助于临床数据的收集。AYLL对临床数据的分析做出了贡献。FZ和WL对宏基因组测序有贡献。DS-CH和PC参与了研究设计。SCN和FKLC参与了研究的设计、指导、指导和稿件撰写。gydF4y2Ba

  • 资金gydF4y2Ba本项目由香港中文大学医学院提供肠道微生物组研究种子基金,并由中国香港特别行政区政府提供InnoHK@Health资助。gydF4y2Ba

  • 相互竞争的利益gydF4y2Ba没有宣布。gydF4y2Ba

  • 出处和同行评审gydF4y2Ba不是委托;外部同行评议。gydF4y2Ba

  • 补充材料gydF4y2Ba本内容由作者提供。它没有经过BMJ出版集团有限公司(BMJ)的审查,也可能没有经过同行评审。讨论的任何意见或建议仅仅是那些作者(s)和不被BMJ认可。BMJ放弃从放在内容上的任何依赖产生的所有责任和责任。如果内容包含任何翻译材料,BMJ不保证翻译的准确性和可靠性(包括但不限于当地法规、临床指南、术语、药品名称和药物剂量),并且不对翻译和改编或其他原因引起的任何错误和/或遗漏负责。gydF4y2Ba