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解开2型糖尿病和二甲双胍在人类肠道菌群中的治疗特征

一个应改正的错误本文发表于2017年5月4日

摘要

近年来,已报道了几种常见的慢性人类疾病与改变的肠道微生物组组成和功能之间的联系12.在大多数这些报告中,治疗方案没有进行控制,因此,各种药物对菌群的影响可能会混淆结论,这可能会掩盖微生物原因、保护因素或诊断相关信号。我们的研究针对2型糖尿病(T2D)患者肠道菌群中的疾病和药物特征。此前两项针对T2D患者的定量肠道宏基因组学研究在治疗未分层的情况下,就其相关的肠道微生物失调得出了不同的结论3.4.在这里,我们使用784个可用的人类肠道宏基因组,展示了抗糖尿病药物如何混淆这些结果,并详细分析了最广泛使用的抗糖尿病药物二甲双胍的效果。我们为二甲双胍的治疗效果通过短链脂肪酸产生的微生物介导机制提供了支持,也为已知的肠道不良反应背后的潜在微生物介导机制提供了支持埃希氏杆菌属物种。在控制二甲双胍治疗的情况下,我们报告了T2D中肠道微生物组转移的统一特征,即产生丁酸盐的类群减少3.4.这些进而导致功能性微生物群的转移,而二甲双胍诱导的变化在一定程度上缓解了这种转移。总的来说,目前的研究强调需要将特定人类疾病的肠道菌群特征从药物的肠道菌群特征中分离出来。

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图1:二甲双胍治疗可混淆2型糖尿病。
图2:二甲双胍未使用的T2D和T1D的肠道微生物群特征。
图3:二甲双胍对人体肠道菌群的影响。

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下载参考

确认

作者要感谢A. Forman、T. Lorentzen、B. Andreasen、G. J. Klavsen和M. J. Nielsen的技术援助,以及T. F. Toldsted和G. Lademann的管理援助。感谢J. Nielsen和F. Bäckhed在发表前提供T2D宏基因组数据和二甲双胍治疗情况4.感谢V. Benes和海德堡EMBL的GeneCore设施在二甲双胍签名验证实验方面的协助,也感谢Y. Yuan在计算机基础设施方面的协助。本研究获得了欧洲共同体第七框架计划(FP7/2007-2013)的资助:MetaHIT,拨款协议health - f1 -2007-201052, MetaCardis,拨款协议HEALTH-2012-305312,国际人类微生物组标准,拨款协议HEALTH-2010-261376,以及Metagenopolis拨款协议ANR-11-DPBS-0001,欧洲研究理事会癌症生物组项目,合同号268985,以及欧盟HORIZON 2020项目,根据Marie skodowska - curie拨款协议600375。额外的资金来自Lundbeck基金会应用医学基因组学在个性化疾病预测、预防和护理中心(LuCamp,http://www.lucamp.org)、诺和诺德基金会(批准NNF14CC0001)和欧洲分子生物学实验室(EMBL)。诺和诺德基金会基础代谢研究中心是哥本哈根大学的一个独立研究中心,部分资金由诺和诺德基金会(http://www.metabol.ku.dk).验证实验的额外资金由丹麦创新基金通过MicrobDiab项目提供。

作者信息

作者和联系

作者

财团

贡献

O.P, s.d.e和P.B.设计了这个项目,设计了研究方案并监督了项目的所有阶段。t.n., t.h., t.j., h.v., J.L.和O.P.进行了患者表型和临床数据分析。T.N.和F.L.进行了样本采集和DNA提取。J.D.负责DNA提取,j.w., K.K.负责DNA测序和基因分析,A.Y.V.和R.H.负责额外的微生物DNA提取和扩增子测序。J.R, H.B.N, S.B, S.D.E, P.B.和O.P.设计并监督数据分析。K.f, f.h, g.f, e.l.c, s.s, e.p, s.s - v。,V.G., H.K.P, M.A., P.I.C., J.R.K. and H.B.N performed the data analyses. K.F., F.H., T.N., P.B, S.D.E. and O.P. wrote the paper. All authors contributed to data interpretation, discussions and editing of the paper. All authors are members of the MetaHIT consortium. Additional consortium members contributed to the design and execution of the study.

相应的作者

对应到美国Dusko埃利希博克同行彼得森Oluf

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有竞争的经济利益。

额外的信息

控件中显示参与者及其从属关系的列表补充信息

扩展的数据图和表

图1在模拟数据上验证元分析管道。

一个,作为元分析管道的阳性对照,通过随机重组样本标签从数据中去除真信号。随后,在随机组间进行人工对比,该随机组包含的重组样本数量与T2D二甲双胍+ (n中文= 15,n磁流体动力= 58岁n瑞典文= 20)和T2D二甲双胍−(n中文= 56,n磁流体动力= 17,n瑞典文= 33)样本在每个原始研究子集,使用属Akkermansia作为一个示例特性。随机分配到“二甲双胍治疗组”和“对照组”的样本有他们的Akkermansia属丰度调整以匹配二甲双胍对埃希氏杆菌属这里报告了属的丰度(二甲双胍处理过的样品有非零丰度的可能性约为150%,在现有的地方丰度约为三倍),同时保留了它们的数据集起源标签。对这些样本应用完整的meta分析管道(研究集阻塞Kruskal-Wallis检验、事后Wilcoxon秩和检验)。Benjamini-Hochberg-correctedP值(罗斯福分数/值)从二甲双胍对Akkermansia丰度以对数刻度在垂直轴上绘制整个打乱数据集的100个随机化,或不带(左箱图)或带(右箱图)人工Akkermansia数据洗牌后加入二甲双胍信号,去除原始信号。盒状图的边界显示中位数和四分位数,在这个范围之外的点显示为垂直须线和点标记。晶须延伸至1.58×四分位区间/.为便于可视化,绘制了对应于不同误发现率阈值的水平导线。对于随机重新洗牌的数据,没有检测到预期的显著对比,而人工引入的信号被可靠地检测到,大致符合错误发现率本身定义的预期。b,为了调查跟踪的其他药物的统计效力,在每个增加的纳入样本对数量的情况下,对药物和非药物样本进行了5个随机子抽样,并对每个样本重复了整体分析。我们在不同的Benjamini-Hochberg FDR显著性截断点(用不同的颜色表示)上测试了每个属在病例和对照之间的显著差异丰度(Kruskal-Wallis检验和后Wilcoxon秩和检验)。在已知用药情况的样本总数中,相同数目(n)在重复迭代中随机选择服用药物和未服用药物的样本。这个数字n变化到其可能的最大值(在整个数据集中服药或未服药样本的数量中最小),并显示在x轴。的y轴表示相对于每个截止点的重要特征的数量。误差条表示每组5个随机样本的±1标准差。c,图表显示Intestinibacter而且埃希氏杆菌属中位数和四分位数丰度为箱线图,晶须延伸至1.58×四分位数区间/,以相对于四分位间范围的极端样本作为点标记,并以低于检测阈值(DT)的样本为点标记y= 0, 21个额外T2D二甲双胍+和9个额外T2D二甲双胍−样本。样本类别之间的丰度差异显著(Wilcoxon秩和检验,Benjamini-Hochberg FDR < 0.1)。所有样本中Intestinibacter在30个未处理的样品中有9个出现下降,而在30个二甲双胍处理的样品中有21个出现下降,这与处理下的严重消耗一致;而埃希氏杆菌属处理后的丰度增加,同样与主数据集的观察结果一致。

图2肠道宏基因组样本集之间生理变量和微生物组特征的差异。

中文(n= 368),丹麦元n= 383)及瑞典语(n= 145)。一个,多个参与者元数据变量在队列之间有显著差异。子选择显示为显示中位数和四分位数的框图,此范围以外的样本显示为点标记和须。晶须延伸至1.58×四分位区间/b在细菌科水平样品间的布雷-柯蒂斯距离的主坐标分析排序中,来自不同队列的样品之间的明显差异变得明显。这在很大程度上可以用门的分类差异来解释。c,肠道微生物分类单元的箱形图显示了跨样本类别的三个国家亚群在细菌属水平上总结的motu的对数转换读数计数的中位数和四分位数,该范围以外的样本显示为点标记和须。晶须延伸至1.58×四分位区间/.对于所有箱线图,进行显著性差异检验(根据研究来源调整的Kruskal-Wallis检验)P每个图头部显示的值。星号表示分别为每个国家子集进行的测试的统计显著性(***)P< 0.001)。

图3肠道宏基因组的微生物组分类组成比较,特别关注在二甲双胍治疗下某些分类组可能的分类恢复。

T2D二甲双胍−(n= 106), T2D二甲双胍+ (n= 93)和ND控制(n= 554)。盒图显示了跨样本类别的三个国家子集在细菌属水平上总结的mOTUs的中位数和四分位数对数转换读数计数,该范围以外的样本显示为点标记和须。晶须延伸至1.58×四分位区间/.进行显著性差异检验(根据研究来源调整的Kruskal-Wallis检验)P每个图头部显示的值。星号分别表示每个国家子集测试的统计显著性(*P< 0.05;**P< 0.01;***P< 0.001)。

表1方差分析

补充信息

补充信息

该文件包含补充讨论、补充表1-16的完整图例、补充参考和额外MetaHIT联盟成员列表。(PDF 669 kb)

补充表

此文件包含补充表1-16 -参见补充信息文档的图例。(邮政编码465 kb)

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福斯特隆德,希尔德布兰,F.尼尔森,T。et al。解开2型糖尿病和二甲双胍在人类肠道菌群中的治疗特征。自然528, 262 - 266(2015)。https://doi.org/10.1038/nature15766

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