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在严重肥胖主要微生物群失调:减肥手术后的命运
免费的
  1. Judith Aron-Wisnewsky1,2,
  2. Edi Prifti3,4,
  3. Eugeni贝尔达3,4,
  4. 法Ichou5,
  5. 布兰登D凯塞1,
  6. 玛丽亚Carlota刀1,
  7. 埃里克·O教堂司事1,
  8. Lyamine Hedjazi5,
  9. jean - luc Bouillot6,
  10. jean - marc舍瓦7,
  11. 尼古拉斯·庞斯8,
  12. Emmanuelle勒夏特列原理8,
  13. 佛罗伦萨Levenez8,
  14. 斯坦尼斯拉夫Dusko埃利希8,
  15. 乔尔·多尔8,
  16. Jean-Daniel Zucker3,4,
  17. Karine克莱门特1,2
  1. 1巴黎索邦大学、INSERM NutriOmics团队,我,巴黎、法国
  2. 2援助Publique Hopitaux巴黎、营养部门,法国CRNH Ile, - salpetriere医院,巴黎、法国
  3. 3团结de Modelisation数学Informatique des系复合物,IRD UMMISCO索邦大学
  4. 4Integromics,Cardiometabolism研究所和营养,我,巴黎、法国
  5. 5代谢组学平台,Cardiometabolism和营养研究所的我,巴黎、法国
  6. 6内脏手术Ambroise削减,援助Publique Hopitaux巴黎,APHP,巴黎、法国
  7. 7内脏手术HEGP部门,援助Publique Hopitaux巴黎,APHP,巴黎、法国
  8. 8大学,INRA MGP MetaGenoPolis Paris-Saclay,案例、法国
  1. 对应到营养部门Karine克莱门特博士医学院由我,- salpetriere医院,75013年巴黎索邦大学法国;Karine.Clement在{}psl.aphp.fr

文摘

目标减少肠道微生物基因丰富性(下)和成分变化与不良代谢在超重或中度肥胖,但缺乏描述在严重肥胖。减肥手术(BS)改善代谢和炎症严重肥胖和肠道微生物群的修改。在这里,我们描述严重肥胖相关失调(即下,微生物群组成和功能特征)和评估BS是否会拯救这些变化。

设计六十一年严重肥胖,候选人可调节胃扎带手术(AGB, n = 20)或Roux-en-Y-gastric绕过(RYGB n = 41),被录取。24名受试者后1、3和12个月post-BS。肠道微生物群和血清代谢物进行分析使用猎枪宏基因组和液相色谱质谱分析(质)。确认组都包括在内。

结果低基因丰富性(LGC)出现在75%的患者,与增加trunk-fat质量和并发症(2型糖尿病,高血压和严重程度)。七十八种基因变体与LGC改变,其中50%是与不良身体成分和代谢表型有关。九个血清代谢物(包括戊二酸,3-methoxyphenylacetic酸组氨酸)和功能模块包含蛋白质家族参与他们的新陈代谢与低经理密切相关。BS下1年时间均增加,但大多数RYGB病人仍然与低经理1年post-BS,尽管代谢改善大于AGB的病人。

结论我们确定了主要的肠道微生物群的变化在严重肥胖,其中包括减少经理和相关功能通路与代谢恶化。缺乏完整的救援post-BS要求额外的策略来改善肠道微生物群生态系统在严重肥胖和microbiome-host交互。

试验注册号码NCT01454232

  • 肠道
  • 肠道细菌
  • 胃手术
  • 肥胖
  • 肥胖手术

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本研究的意义

已知在这个问题上是什么?

  • 中度肥胖的特点是减少微生物基因丰富性(下)-40%的病人(20%)与代谢改变有关风险和宏基因组物种的变化(MGS)签名。

  • 这在严重肥胖没有探索。

  • 有限的一些研究显示的肠道微生物群的变化,但没有探索精确经理和结合相关的宏基因组和代谢组学签名后6个月的随访。

有什么新发现吗?

  • 这是第一个全面研究表现在严重肥胖展示一个非常盛行的患者(75%)下,减少同事与公开的代谢并发症。

  • 我们描述小说代谢组学,MGS特定减少经理的签名在严重肥胖。

  • 减肥手术(包括可调节胃扎带手术和Roux-en-Y-gastric旁路(RYGB))改善下,但这部分恢复在大多数病人,大多数仍与低经理尽管所有病人的主要改善代谢和减肥。

  • 集群的代谢物(如甘氨酸乙酰甘氨酸和methylmalonate)增加post-RYGB与改善身体成分。

  • 重要的是,甚至更长post-RYGB(5年)不进一步增加经理。

它会如何影响临床实践在可预见的未来吗?

  • 我们的结果是否特定的干预措施(专门的饮食、益生元、益生菌或肠道微生物群转移)可能是有用的考虑之前或在严重肥胖减肥手术后个人为了进一步提高经理和新陈代谢健康postbariatric干预措施。

介绍

在复杂的肥胖的原因1及其相关疾病2(2型糖尿病(T2D)和代谢疾病疾病),肠道微生物群似乎是相关因素和可能之间的一个关键因素,改变生活方式和主机生物学(评论,看到裁判3)。肠道失调被确认在超重和中度肥胖,4个5就是明证实质性修改在肠道微生物群组成(浓缩或减少在特定细菌组)和低微生物基因丰富性(下),4个5与代谢改变有关(胰岛素抵抗、慢性炎症和脂肪细胞肥大)。4个5然而,肠道微生物群的特点几乎一直在探索在极端形式的肥胖,虽然严重(身体质量指数(BMI) > 35公斤/ m²)和病态肥胖(体重指数> 40公斤/ m²)发展在世界范围内,男性和女性,分别达到了2.3%和5%。虽然一些严重肥胖患者保持新陈代谢健康型,6一般来说,达到体重指数> 35公斤/ m²诱发慢性疾病显著上升。1此外,健康的肥胖者往往与时间发展代谢变化及并发症。6

此外,严重/病态肥胖者减肥手术的唯一合格的候选人代表(BS),全球治疗已急剧增加7这会降低心血管疾病风险和提高代谢状况。8b代表一个好的模型来理解肠道健康贡献改进通过比较可调节胃扎带手术(AGB),一个过程只诱导热量限制由于胃体积减少(相当于一个成功的饮食干预),Roux-en-Y-Gastric绕过(RYGB),相比之下彻底重新消化道架构和减少食物摄入增加肠道吸收不良。9下是由饮食干预和调节短期饮食限制后增加了30%(与纤维浓缩)适度超重/肥胖的人。5一些研究解决微生物群进化使用整个猎枪宏基因组(WGS)10 - 12在成对的受试者在几个时间点post-BS。特别是下进化post-BS以及它与其他特征(临床改善或全身性代谢组学)几乎没有评估。重要的是,这些有益联想的50%取决于post-BS饮食修改,13因此确认需要比较不同BS微生物群后修改技术,即AGB和RYGB,减少食物的总热量不不同。14

这里,我们使用WGS和旨在检查(1)是否下恶化严重肥胖,以及它如何与恶化并存病,和(2)不同的b类型可以不同是否正确严重肥胖引起的肠道微生物的特点,包括变化下,组成和功能。

材料和方法

临床组

我们预期包括61名严重肥胖女性(Microbaria (MB) - salpetriere医院肥胖单位,巴黎)(图1一个),所述。15后患者分配AGB或RYGB国际b准则(即BMI≥40公斤/ m²或≥35公斤/ m²至少有一个严重的与肥胖相关的疾病)和病人的喜好,决定随后验证了一个多学科小组。RYGB经常被为更严重患病的个人选择。

图1

下在严重肥胖。(A)研究流程图:基线(MB或MB + MO)和MB后续军团。两组独立的确认(EROIC和ATOX)被用于数据确认。(B)经理双峰分布的MB基线组。(C)在AGB和RYGB患者基线下,各组手术包括四个菌群特征却能合成更多形成。AGB,可调节胃扎带手术;HGC、高基因数;LGC、低基因数;MB, Microbaria;下,微生物基因丰富性; MO, MICRO-Obes; RYGB, Roux-en-Y-gastric bypass.

临床、人体和生物评价得到基线(T0)和在随访1个月(T1), 3个月(T3)和12个月(病人)对象。16T2D,葡萄糖不能容忍状态和dyslipidaemia状态(定义在网络补充材料和方法)承认。双x线吸收仪估计身体成分(Hologic发现W, V.12.6软件,2;贝德福德,马萨诸塞州),16包括总脂体重、脂肪质量,trunk-fat质量(千克或%)和gynoid-fat分区。患者填写问卷记录一般健康,药物,生产模式和布里斯托尔凳子规模(BSS)。12小时后收集的血液样本在一夜之间迅速在所有时间点测量描述生化参数使用常规葡萄糖稳态和血脂水平的技术。口服葡萄糖耐量试验(OGTT)的一个子集患者(34%)n = 21日在T0评估血糖和胰岛素曲线下面积(AUC)和Stumvoll指数被用来描述葡萄糖耐量。17所有患者接受相同的持续平均6 - 12个月的制备途径,建议他们最初有一个平衡的饮食。平均T0访问执行3个月之前,他们的手术。我们不建议他们修改他们的饮食或进行减肥,而是稳定的体重。

补充材料

粪便收集每一次访问太阳系时,都使用一个标准化的方法。18没有病人接受抗生素治疗3个月前b,也没有任何历史的急性或慢性胃肠道疾病。所有受试者签署知情同意书和协议在ClinicalTrial.gov注册(NCT01454232)。

检查肠道微生物群在一个广泛的BMI和代谢并发症,我们使用前面描述的5MICRO-Obes (MO)群(图1一个),类似于年龄和主要由女性(84%),适度超重/肥胖病人没有T2D或任何治疗。添加了两个独立的群组研究中进行确证,包括严重肥胖患者接受RYGB。一群10严重肥胖个体(即ATOX队列)接受RYGB进一步在T0, 3、12个月和5年后手术,为谁我们取样粪便和WGS分析执行经理和宏基因组物种(MGS)相关的签名。这个群最初设计用来描述微生物群长期进化。因此,我们只获得四个患者1年和整个小组5年。另一个147年独立确认队列严重肥胖的个体(即EROIC群:64 T2D患者和83名肥胖non-T2D患者)在T0和12个月随访对象和我们抽取血液进行代谢组学分析(图1一个)。

MB, ATOX和莫肠道微生物群是使用相同的WGS测序方法和生物信息处理。类似的临床表型出现也在两个组别。

肠道微生物群的分析量化宏基因组

参与者在两个20毫升收集粪便样本管在每个访问之前在24小时内。样本存储在−立即80°C或暂时在家里冰箱中保存,在厌氧条件下,运输到实验室,他们立即冻结在−80°C以下的指导方针。18

总从182 MB粪便DNA提取样品,测序和分析。DNA提取使用淬火解决保护DNA免受DNA降解和bead-beating一步确保特别健壮的裂解细胞。19日20条形码片段库是为每个样本准备和DNA测序数据生成使用固体5500 xl测序。平均6872万35-base-long单读取(SD 26米)得到的样本。同样的方法也适用于ATOX。

主要分析,从阅读质量清洁阅读映射在390万个基因参考目录,21进行了使用流星工作室。5二次分析,从基因丰富正常化MGS投影,21和统计分析进行使用momrR包。在线补充材料和方法详细描述生物信息处理。

血清代谢组学

58 MB患者血清代谢组学进行基线(图1一个)。血清样本中提取使用含有标签的冷乙腈的16个氨基酸12.5µg /毫升和加工中描述在线补充材料和方法

质进行分析UPLC水域Acquity(水、Saint-Quentin-en-Yvelines、法国)耦合到一个问Exactive(热费希尔科学、Illkirch、法国)。色谱条件适应屏幕microbiota-derived代谢物所描述。22数据是策划,正常化和注释,产生242个不同的代谢物。细节发表在在线预处理和处理步骤补充材料和方法

统计分析

统计分析进行R使用公共和自身的包。非参数统计变量显示non-normality时进行。所有测试使用Benjamini-Hochberg纠正了多个测试。结果被认为是重要的在一个错误交付率(罗斯福)< 5%(除非特别说明)。跨时间配对样本测试进行了比较。使用R核心和图形建成ggplot情节。

结果

肠道微生物群的丰富性和临床表型严重肥胖

61年肥胖女性(MB)与体重指数> 35公斤/ m²,下表现出双峰分布。4个5使用相同的方法和基因截止之前(480 000)4个5创建低基因数(LGC) /高数(HGC)类,绝大多数的患者(75%)属于LGC集团(图1 b),一个戏剧性的增加而超重/中度肥胖。4个5在基线,RYGB和AGB患者类似的整体临床特点和BMI,除了增加DEXA-quantified trunk-fat质量和流行RYGB阻塞性睡眠呼吸暂停的病人(在线补充表1)。下明显高于AGB患者与RYGB患者相比(p = 0.013) (图1 c)。

补充材料

LGC反向与代谢改变:甘油三酯(p = 0.049), uricaemia(间接胰岛素抵抗标记,p = 0.038),纤维蛋白原和系统性炎症标记(p = 0.048)和中性粒细胞计数(p = 0.042)(在线补充表2)。4个5超越先前的发现,经理确认是负相关有害身体成分(即trunk-fat质量(r =−0.27 p = 0.04)),并显著减少患者T2D (p = 0.014),与normoglycaemic病人。MB队列包括九T2D患者(61)和八个二甲双胍治疗,第一个治疗给控制葡萄糖稳态,推荐的国际建议T2D疗法。23唯一一个没有任何抗糖尿病的药物二甲双胍不需要仍低于6.5%的糖化血红蛋白的目标。下降低高血压患者(p = 0.05),我们观察到的趋势(p = 0.058)对更多的功能代谢综合征(国际糖尿病联合会(IDF)定义)在LGC病人(在线补充表2)。相关的BSS透露,大便柔软与减少经理(p = 0.005, r =−0.42)(在线补充表2)。我们没有观察到任何影响出生模式(阴道或C部分),质子泵抑制剂(PPI)使用或吸烟对经理。

补充材料

获得进一步了解微生物组成除下,我们使用了狄利克雷多项福尔摩斯的混合物(DMM)方法24描述了菌群的组成却能合成更多形成MB队列。我们这里显示最近所描述的相同的四个菌群的存在25解释40%变异的微生物组成(R2= 0.4;置换多元方差分析(PERMANOVA)测试)(在线补充图1),但没有明显关联的菌群组成和BSS却能合成更多形成基线(费雪的测试p = 0.97 (AGB)和p = 0.57 (RYGB))。有趣的是,我们观察到患者B2菌群是那些与较低的经理却能合成更多形成,而那些Ruminococcaceae菌群(尽管一些数字)却能合成更多形成确实是那些与更高的经理。B2菌群主要是观察到的却能合成更多形成T2D患者在基线。

补充材料

基因丰富性恶化加重肥胖

我们进一步旨在了解下在一个更广泛的身体质量指数范围横跨超重病态肥胖通过检查其分布和bioclinical关系。为此,我们汇集临床信息从MB和密苏里州(超重/中度肥胖)军团检查在我们的中心5(图1一个)。与莫患者相比,MB患者年轻,所有女性显示更糟糕的身体成分(即增加脂肪和trunk-fat质量)和更频繁的代谢疾病的并发症:T2D,高血压(HTA),增加胰岛素抵抗(在禁食和OGTT)和C反应蛋白(CRP)和白细胞介素- 6(白细胞介素6)(表1)。

表1

MB,莫患者基线临床特点

在整个人口(MB +莫,n = 110主题,BMI(26 - 61公斤/ m²),脂肪量(16.5 -81公斤)),下与脂肪量呈负相关(p = 0.0002),瘦素(p = 0.0072),空腹胰岛素(p = 0.00019),稳态模型评估胰岛素抵抗(HOMA-IR) (p = 0.00005),甘油三酸酯水平(p = 0.0024)和系统性炎症(白细胞介素6和c反应蛋白(p = 0.019, p = 0.038)。下减少从莫AGB RYGB病人,分别与BMI和显著负相关,总脂肪质量和trunk-fat质量(图2一个),与gynoid-fat分布呈正相关(p = 0.037)。下减少与水平及其严重程度(证明毒品数量达到正常血压),葡萄糖耐受不良和T2D (图2 b)。下负相关与糖相关的参数(OGTT葡萄糖AUC和OGTT Stumvoll指数)和皮下脂肪细胞体积,并积极与脂联素(图2 c)。没有性别的影响下,确认以前的观测。4个5

图2

经理和bioclinical特征之间的联系在密苏里州+ MB。(一)经理与人体测量参数的关系。(B)经理与代谢并发症(高血压和高血压治疗和糖尿病);N, non-diabetes;搞笑,葡萄糖耐受不良;D,糖尿病。(C)下与OGTT-derived葡萄糖耐量参数(AUC与75克葡萄糖和糖后OGTT Stumvoll指数),脂联素和脂肪细胞的体积。皮尔森的相关性(p = p值=执行罗斯福和r2;统计数据包括线性模型(lm),皮尔森和斯皮尔曼的相关性,t检验和克鲁斯卡尔-沃利斯在适当的时候。AGB,可调节胃扎带手术;AUC,曲线下的面积;测定仪,x线吸收仪;MB, Microbaria;下,微生物基因丰富性;密苏里州,MICRO-Obes;OGTT、口服葡萄糖耐量试验;RYGB Roux-en-Y-gastric绕过。

在这些科目中,我们认为786毫克,这代表coabundant组所述至少有500个基因的基因。21肥胖和肠道微生物之间的关系也被观察到的水平机动式丰富与主坐标分析(PCoA)分析。前两个主成分描述总方差的23%,第二部分主要是与经理(在线补充图2 a, B),这表明重要生态系统根据差异程度的肥胖和丰富性。从病态肥胖超重,下与不良身体成分的损失,脂肪细胞肥大和明显的代谢并发症。

补充材料

Richness-linked宏基因组物种在严重肥胖与代谢恶化

我们检查是否含有786毫克21特别相关的参数与临床表型严重肥胖。这个列表,约29% (n = 226)与下显著相关(罗斯福< 0.05)。我们专注于最MGR-correlated毫克(n = 78年罗斯福< 0.001;图3一和在线补充表3),其中只有18以前发现与LGC有关4在肥胖个体。而绝大多数的这78毫克积极与经理(r > 0.47),三个负相关(r < 0.51−);19在物种级别注释。富集分析(费雪的测试),而整个机动式目录(n = 786),表明厚壁菌门(罗斯福< 6.7 e-05)作为最普遍的门与经理和梭菌的最普遍的秩序级别(罗斯福e-06 p < 5.5)。重要的是,我们证实了这一毫克的低经理签名ATOX独立严重肥胖个体组成的群体接受RYGB (图1一个)。大多数这些毫克(50/78)下(在线较低有关补充图3)。我们也证实了低之间的显著联系经理和增加BMI,和trunk-fat质量。同样,经理是显著降低患者并发症(T2D水平,使用抗高血压药物)(数据没有显示)。

补充材料

补充材料

图3

在基线MGR-associated毫克。(A)的热图的斯皮尔曼之间的两两相关系数MGR-associated丰富和代谢变量(身体成分和肥胖和代谢特征)和MGR-associated血清代谢物。(B)与MGR-related相关代谢参数的维恩图出来。斯皮尔曼(C)的热图的代谢表型之间的两两相关系数和有针对性的血清代谢物。P值意义用* #和罗斯福意义。体重指数、体重指数;糖化血红蛋白,血红蛋白糖化血红蛋白;在HTA、高血压;下,微生物基因丰富性;,宏基因组物种。

我们发现有关这些MGR-linked 78毫克和临床变量之间的关联(在线补充表3):5和7毫克明显与身体质量指数和脂肪量,分别(其中两个反对多个测试:顾:373 Coprococcus_sp5顾:115 Eubacterium_sp_CAG_115)。16毫克与trunk-fat分布有关,包括两个BMI-associated毫克,顾:373 Coprococcus_sp5顾:115 Eubacterium_sp_CAG_115(图3一),和一些与T2D, HTA或代谢综合征,如所示图3 b

看着MGS-phenotype协会的整体模式,我们观察到有关积极与代谢相关参数子集和肥胖特征,如总和trunk-fat质量,甘油三酸酯和血红蛋白糖化血红蛋白(Hba1c)(包括顾:6拟杆菌vulgatus,顾:183 Erysipelatoclostridium ramosum顾:373 Coprococcus_sp5,后者还与集群相关的临床并发症(T2D代谢综合征,在HTA)),和一个集群消极与体重指数相关,总脂肪和trunk-fat,甘油三酯和糖化血红蛋白(顾:115 Eubacterium_sp_CAG_115,顾:121 Ruminococcaceae细菌顾:82 Faecalibacterium_6)(图3一)。5毫克的厚壁菌门门与三个不同的代谢改变有关(T2D、代谢综合征和HTA),即顾:373 Coprococcus_sp5,顾:195 Faecalibacterium 1,顾:66 Lachnospiraceae,顾:82 Faecalibacterium 6,顾:86真细菌sp CAG: 86顾:163梭菌的(在线补充表3)。尽管规模较小的样本量,我们观察到类似的趋势的关联,在确认队列(ATOX组),MGR-linked毫克之间和代谢临床变量:顾:6拟杆菌vulgatus糖化血红蛋白呈正相关(在线吗补充图4)。

补充材料

在严重肥胖,最MGR-linked MGS, 50%与代谢相关变量,其中20.5%是不利身体成分和代谢改变有关。

代谢物与经理和相关细菌的功能

在基线,我们确定了9个血清代谢物(4%的代谢物)与下显著相关(枪兵的相关性,罗斯福< 0.05)(在线补充表4和在线补充图5)。一个代谢物(戊二酸)负相关(r =−0.4;p < 0.0017),而八代谢物(3-methoxyphenylacetic酸,phloretate,hippurate,3-hydroxyphenylacetate,组氨酸和三个未知)将积极与经理(0.4 < r < 0.66)。这些代谢物与MGR-linked毫克(密切相关图3一)。3-Methoxyphenylacetic酸显示最相关,特别是在出来顾:6 b vulgatus,顾:183 Erysipelatoclostridium ramosum顾:373 Coprococcus_sp5

补充材料

补充材料

我们定义功能模块包含蛋白质家庭KEGG库参与上面所引的代谢物的代谢。这些模块都投射在目标机动式基于3.9 m基因的功能注释的目录。21这些预测显示功能联系的目标机动式戊二酸,hippurate和组氨酸。酶succinate-semialdehyde脱氢酶/ glutarate-semialdehyde脱氢酶(K00135),而氧化glutarate-semialdehyde戊二酸,是编码在75年只有3积极MGR-linked出来。顾:347编码的两个酶参与D-lysine退化ketoadipate (K00128 K00832),可以将通过脱羧根据c13戊二酸乙酰辅酶a标签的实验假单胞菌putida26日27日9毫克78 MGR-linked MGS编码中hippurate水解酶酶,负责hippurate甘氨酸和苯甲酸降解。其中,两个3毫克的消极与经理(GU: 183和顾:373)。微生物hippurate起源的假设下,这一结果,加上积极的协会hippurate血清水平下,将符合这些出来的作用在降低hippurate LGC病人。最完整的功能配置文件观察组氨酸生物合成(八个目标机动的完整路径)和退化(八个目标机动式有四分之三的通路的科斯)(在线补充图6)。

补充材料

观察临床变量的关联,3-methoxyphenylacetic酸积极与gynoid-fat分布和负trunk-fat质量和甘油三酯。组氨酸水平是减少患者和/或代谢综合征(在线吗补充表4)。戊二酸增加高糖化血红蛋白,以及在糖尿病患者和glucose-impaired患者(图3 c)。总的来说,我们展示小说低之间的关系下,相关生产,系统性代谢物浓度和相关代谢物途径在严重肥胖。

部分微生物复苏postbariatric干预措施

我们研究下是否会改变post-BS病人子集的MB队列(10 AGB和14 RYGB)与后续1,post-BS(3个月和12个月图1一个)。这个子集有相似的临床特点与61名患者在基线(在线补充表1(右)和改进的下post-BS (表2)。RYGB患者改善身体成分、代谢和炎症配置文件比AGB患者(表2)1年post-BS。28

表2

后续的临床特征的进化RYBG和AGB之后

下就从基线增加M3, M12的手术达到统计学意义(图4 a, B)。尽管代谢改善post-RYGB大于post-AGB,经理仍显著降低RYGB 1年随访期间即使在M12 (图4 b, C)。在基线,RYGB患者更为dysbiotic微生物比AGB患者(平均AGB-MGR = 430 322个基因,SE = 32 556;平均RYGB-MGR = 340 743 347 SE = 30),这些差异保持在M12(平均AGB-MGR = 526 922个基因,SE = 19 899;平均RYGB-MGR = 418 822 SE = 13 650) (图4 b)。这类似的模式丰富两种手术后恢复(M12平均水平下显示1.39倍和1.27倍增加post-RYGB和post-AGB,分别),手术组之间没有明显不同(Wilcoxon p = 0.86)。我们还观察到个别间变化下进化,剩下一些患者随访期间相当稳定而其他人在任何一种手术小组展示了主要增加(图4 b)。基线HGC病人保持稳定或增加进一步post-BS。4名患者从LGC转向HGC M12 (AGB的三人组;30%)。所有患者T2D(接受二甲双胍基线)也增加了他们的经理参与第一年随访,剩下一个病人二甲双胍治疗直到M3,因此建议丰富复苏post-BS独立于二甲双胍治疗(图4 b)。重要的是,我们观察到,大多数病人RYGB后改变了菌群组成却能合成更多形成;特别是,大多数B2患者基线转向B1菌群(却能合成更多形成图4 b)。

图4

微生物组成postbariatric手术。(A)意味着变化下RYGB和AGB从基线到月1 (M1), 3 (M3)和月12 (M12)。(B)的进化丰富性和菌群组成24却能合成更多形成动力学随访患者在M1, M3和M12。(C)下的菌群分布在AGB M12却能合成更多形成(n = 10)和RYGB (n = 14)动力学随访患者。(D)丰富进化证实在另一个独立RYGB (ATOX)队列后5年。*意义AGB和RYGB之间。*意义基线和M12之间。AGB,可调节胃扎带手术;下,微生物基因丰富性;RYGB Roux-en-Y-gastric绕过。

增加下post-BS确认独立肥胖组(ATOX)。下从基线增加到1年MB患者遵循类似的模式。最有趣的是,从1到5年post-RYGB下企稳,表明主要的肠道微生物群的修改在第一年不发生之后。MB的病人,尽管越来越下,一些病人转向高经理1或5年(图4 d)。

在生态层面,RYGB患者更相似AGB病人不管(在线的时间点补充图7)。为每一个病人,我们计算intrasubject所有时间点之间的相似性和不相关的样本(在线补充图7 a, B)。BS修改了肠道微生物生态系统和这些改变发生在整个后续的轨迹从M1 M12 AGB和RYGB之间明显不同(p < 0.013)。RYGB改变了微生物在更高程度上比AGB intrasample相似性较低,p < 0.001)。

补充材料

接下来,我们检查的具体变化。在上述786毫克,11和2毫克明显修改RYGB和AGB手术后12个月(p < 0.01),分别;其中一个(顾:225 Butyricimonas virosa)改变干预(图5一个和在线补充表5)。在78年MGR-linked MGS,只有3显著增加(罗斯福< 0.05)在整个M12集团(顾:99 Roseburia顾:225Butyricimonas virosa顾:359Butyricimonas)(在线补充表3),但是没有重要的测试在每个手术时子群。重要的是,10的11毫克显著改良post-RYGB MB都遵循同样的模式在ATOX队列(在线确认补充图8)。

补充材料

补充材料

图5

显著改变postbariatric手术。(一)12毫克之间显著不同基线和手术病人的帖子。布朗:RYBG(11毫克);米色:AGB(2毫克;1是常见的RYGB-MGS)。*显著p值(在布朗RYGB和米色之间AGB T0和病人)。(B)的热图的斯皮尔曼之间的两两相关系数δ和改善临床结果。*显著p值;#显著的罗斯福。AGB,可调节胃扎带手术; BMI, body mass index; HbA1c, haemoglobin A1c; MGS, metagenomic species; RYGB, Roux-en-Y-gastric bypass.

其中12毫克改变post-BS,我们发现重要关系的变化post-BS M12和基线之间的临床变量的变化(图5 b和在线补充表5)。一半的机动式与至少两个有关肥胖和身体成分变量。这些物种,顾:224 Hungatella hathewayi,顾:649梭菌属nucleatum顾:588 Dialister sp显示最强烈的负面联想体重指数的变化,丰腴或trunk-fat,而顾:203拟杆菌finegoldii,顾:25 Anaerostipes hadrus顾:235 Coprobacillus sp这些表型的变化呈正相关。的变化顾:224 Hungatella hathewayi也与糖化血红蛋白水平和相关顾:235 Coprobacillus sp水平分辨率下降。重要的是,五的基线MGR-associated毫克post-BS改变。

循环中代谢物,30明显修改post-BS M12下降50%(主要与氨基酸、支链氨基酸、苯丙氨酸和色氨酸途径代谢产物)。其中,只有一个(Unk_107.0486仍然未知)显著相关经理基线(在线补充表6,在线补充图9)。在我们确认组(EROIC) (图1一个),我们可以映射18 30的带注释的代谢物,能显著改善MB队列。所有的模式类似post-BS患者或没有T2D(在线补充图10)。

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这些代谢物的变化1年post-BS (m组)与bioclinical变化显著相关参数(主要是与肥胖和身体成分;在线补充图11)。我们观察到一群代谢物(如甘氨酸乙酰甘氨酸,methylmalonate)增加post-RYGB消极和显著相关的减少身体肥胖,脂肪细胞直径。methylmalonate和甘氨酸的变化也显著相关的改变两个BS-modified毫克(即顾:203拟杆菌finegoldii顾:235 Coprobacillus_sp),这也与身体成分的改善有关。EROIC确认队列,我们确认相同的代谢物之间的关联趋势变化和改善的临床变量post-RYGB 18映射代谢物1年。乙酰甘氨酸和甘氨酸增加post-BS消极与改进的两组体重和身体成分(网上补充图12)。

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讨论

在这里,我们报告严重肥胖主要降低经理与特定MGS-related签名确认在两个独立的群体。我们描述了相关的微生物功能改变和低MGR-related代谢组学特征。我们最近在严重肥胖四个菌群的存在显示中描述40个人从体重过轻到中度肥胖。25这里,很少有严重肥胖患者港口Ruminococcaceae enterotype(即那些显示更高的经理)。出来与代谢相关的并发症在基线明显不同于1年post-BS变化。引人注目的是,尽管主要减肥和改善代谢post-BS,低经理没有完全获救。下两种手术类型后显著增加,但大多数病人仍较低的经理1年,改进诱导post-BS达到峰值的时间。表型仍然类似甚至在5年。观察一个开关的菌群对许多患者post-BS减少B2菌群与低却能合成更多形成细菌负荷。25

低经理更普遍(75%的患者显示LGC)在严重肥胖与精益或超重/中度肥胖有关LGC 23%4到40%5的主题。减少经理因此作为疾病严重程度的标志出现在炎症性肠道疾病。虽然确认LGC之间的联系,改变新陈代谢和低度炎症,4个5我们展示新经理和trunk-fat之间的联系,一个有害的脂肪仓库更强烈与代谢疾病相关的风险(特别是T2D状态),比BMI本身。29日负关联下与脂肪组织和脂肪细胞大小进一步说明了交互表型类似于我们的报道减少之间的联系Akkermansia muciniphila和脂肪细胞的肥大。30.因为大多数患者T2D本文在基线(8/9)接受二甲双胍治疗,我们不能解决的影响药物T2D地位低的经理。然而T2D患者在我们的研究中获得了协会的抗糖尿病的药物,建议更严重疾病的受试者相比,先前在Forslund探索和吴的研究中,二甲双胍对微生物群组成的混杂效应研究。31日32然而,在Forslund的研究中,32患者或无二甲双胍没有任何显著差异下;因此,我们并不认为观察到的低经理是毒品,但可能是疾病严重程度的一个标志。

Vandeputte25报道称,B2菌群与却能合成更多形成细胞数量减少,增加细胞水分和减少基因丰富性。这里,我们没有观察到任何菌群之间的关系和布里斯托尔凳子得分与细胞水分,但我们观察到之前报道BSS和经理之间的关联。33我们没有评估细胞计数,但有趣的是B2的病人,在RYGB集团是最低下的。菌群可能因此被用作代理细胞计数措施。25值得注意的,之前的数据显示,严重肥胖患者显示慢(而非增加)运输时间,34这不是废话后修改。35BSS可能间接标记的肠道炎症如前所述BSS和calprotectin增加之间的关系,一个肠道炎症标记。36整合与先前的工作从我们的实验室中,我们表明,严重肥胖的特点是增加肠道炎症在免疫细胞的渗透空肠与精益的个体相比。37最后,这也是整合与以前的结果,减少了经理观察患者的BSS得分高于3,它所关注的大部分MB队列。38我们没有观察到与吸烟、生育模式和PPI报告在其他地方,我们认为这可能是由于微生物的状态改变已经很严重肥胖。

重要的是,在786年参考gene-catalogued MGS,三分之一与经理(其中n = 78;10%)也高度与并发症有关,其中大部分似乎特定签名的严重肥胖。一半是毫克trunk-fat质量和代谢改变有关,如增加甘油三酯和葡萄糖耐量。在MGS使用层次聚类组合在一起,一个集群,其中包括b . vulgatus强烈,积极与不利的代谢有关,确认结果链接b . vulgatus和胰岛素抵抗。39在肥胖女性对待益生元,b . vulgatus减少脂肪量减少和改善葡萄糖体内平衡。40增加b . vulgatus诱发不良健康结果如结肠炎在啮齿动物。41b . vulgatus丰富活动节段性回肠炎患者吗42和诱发糖蛋白参与粘膜防御的生产是由炎症引起的。43更深层次的分析b . vulgatus现在在新陈代谢的贡献。在相同的机动式集群中,我们还发现顾:373 Coprococcus_sp.x5。啮齿动物数据显示,Coprococcus的增加,那些吃了果糖的动物,开发代谢综合征。Coprococcus后抗生素治疗或减少动物粪便转移,改善了它们的代谢表型。44相比之下,另一个毫克集群是由物种随着trunk-fat强烈减少。这个集群包括梭菌的(Lachnospiraceae Ruminococcaceae),属Blautia,Faecalibacterium有抗炎作用,45等壁厚菌门。这个观察铺平了道路理解之间潜在的相互作用或不平衡和不良身体成分和代谢。需要更多的洞察力与未知的注释到其他机动式集群,进一步探讨这些细菌类群与代谢恶化有关。

我们还强调了代谢组与经理和其签名。3-Methoxyphenylacetic酸,积极与经理和trunk-fat质量和消极b . vulgatus,受多酚的影响。3-Methoxyphenylacetic酸发酵生产的结果多酚和类黄酮。46这种代谢物是否介导有益健康的影响通过肠道微生物群的处理粮食组件需要进一步评估。组氨酸是一个重要的氨基酸含蛋白质丰富的食物和血清组氨酸在肥胖个体中却降低了,47与我们的结果整合,组氨酸与肥胖程度下降。它与16 MGR-related MGS包含基因编码组氨酸生产/降解途径。我们发现组氨酸降解途径关键酶变化(KO1745、KO1712 KO1468, KO1479),可能导致L-glutamate生产、氨基丁酸(GABA)的前体,12的差别是与对这些促炎细胞因子和炎症性疾病。48戊二酸也消极与糖化血红蛋白与MGR-related毫克和积极49,可能是一个有趣的目标进一步研究其潜在的慢性炎症与维护和改变新陈代谢。

如果先前的研究证明post-BS改变肠道微生物群组成,大多数使用更少的消肿的技术进行(定量PCR, 16 s rDNA测序)的参考文献50-53在小主题post-BS组或只有一次点。很少有研究使用全metagenome测序10 - 12 54结合大规模multiomic方法配对患者在几个时间点1年之后,当减肥的最低点和代谢发生改善,和而不同的技术的影响。

使用WGS,我们表明,低经理和相关功能变化在严重肥胖只是部分获救post-BS 1年,和这些变化略微涉及宏基因组和功能签名改变在基线。下只有逐步增加,成为重要的两种手术后1年,整合与先前的报道:(1)8 RYGB病人显示与增加经理1年10;(2)增加下3个月postsleeve一群大小与我们的相似,使用猎枪测序12;和(3)增加丰富性6个月使用16 s-pyrosequencing post-RYGB。50值得注意,二甲双胍,代表了糖尿病治疗的第一行23而不是T2D严重程度的一个标志,在大多数患者的基线T2D (8/9)。尽管二甲双胍,这些患者增加了经理,从而表明低经理不能仅仅归因于二甲双胍。

我们工作的主要发现是,尽管重要的经理增加,大多数病人仍与低经理1年post-BS更post-RYGB,尽管bioclinical post-AGB所观察到的更重要的改进。这些结果问题的总体贡献肠道微生物群解释减肥和改善代谢的变化。我们仍然发现细菌种类与改善代谢特征1年。此外,肠道微生物群贡献的证据来源于粪便传输实验。从RYGB-operated老鼠或人类粪便移植到无菌鼠复制一些临床改善。11 52然而,影响代谢改善或减肥的大小总是比这小得多的粪便后转移观察到手术本身。总之,这些元素可能表明,而肠道微生物群的组件可能导致代谢的某些方面的改进,许多其他的机制。值得注意的是,因果的修改可能与激素分泌的变化,胆汁酸的可用性53或其他机制9post-BS与代谢相关的改进。我们的研究也显示,超过增加下,菌群的开关post-RYGB可以改善代谢的一个重要特性的结果。

看出来概要文件时,AGB诱导一些重大修改,有些看到post-RYGB相反的方向。与RYGB相比,AGB仅仅限制食物摄入和诱发减肥对消化道生态学或荷尔蒙变化的影响有限。8袖胃切除术12被证明能显著改变肠道微生物群。Post-RYGB 9毫克显著增加而两毫克减少M12但他们没有类似的与临床相关的变量和经理基线。这表明一个特定的开关引起的肠道微生物群的手术消化生理的变化。9在这些MGS post-RYGB变化中,h . hathewayi(门壁厚菌门的梭菌属的成员)与改善trunk-fat质量和糖化血红蛋白。这个物种此前还没有与代谢疾病有关,但与脓毒症相关,增加了血液中。55Alistipes shahii增加post-BS和与代谢有关的改进确认以前的数据。50两个物种明显减少post-RYGB,包括a . hadrus一个butyrate-producing物种。当添加的这个物种colitis-induced啮齿动物模型,它加剧了疾病严重程度与严重失调有关。56相反,这一毒株在健康小鼠表现出有利的结果。这些观察结果说明特定的菌株可以与当出现在dysbiotic不良预后相关的微生物群。

BS显著调制30代谢物,其中一些是与变化和临床改善。甘氨酸增加重新整合与之前观察甘氨酸含量增加肥胖患者的尿液代谢物post-BS。57与精益的个体相比,甘氨酸减少肥胖。58我们发现,与肥胖相关的改进和乙酰甘氨酸h . hathewayi,这是与糖化血红蛋白。乙酰甘氨酸与T2D发展的风险降低有关59;因此,我们可以假设post-RYGB乙酰甘氨酸含量增加可能与改善健康状况和减少T2D发病率/ T2D缓解post-BS。8最后,在这些post-BS患者改善胰岛素抵抗,我们观察到支链氨基酸的减少,这类似于已知的关系增加支链氨基酸(BCAA)和胰岛素抵抗。39

我们承认我们的研究提出了一些限制。我们显示众多的变化之间的联系MGS,代谢物和临床代谢和肥胖表现型,应该进一步测试体外或无菌鼠模型。然而,我们的研究了在高通量分析的优势使用multiomic数据在well-phenotyped受试者在不同post-BS动能的时间点。此外,我们有独立的群体,我们可以复制我们的发现。我们还显示,下增加1年,然后进一步企稳在长期在5年。另一个限制是没有可用的食物摄入数据。然而,减少食物的总热量,脂肪或碳水化合物摄入量既不同AGB和RYGB post-BS 1和3个月,14也和套筒之间RYGB 3和12个月。16因此,我们并不认为观察到的差异下或微生物群特征,但也1年post-BS,来源于饮食差异两个外科组。

最后,严重肥胖的特点是非常低的经理。此外,低下的特点是一个特定的毫克签名相关联与临床特征如内脏肥胖,脂肪细胞肥大,代谢和炎症的后果。我们发现新宏基因组签名,功能修改和血清代谢物与减少下,和证明四个菌群也在严重肥胖。现在仍不知道这是否低下是肥胖的原因或结果和持续时间,但它代表了一个良好的肠道微生物群的生物标志物变更,最终有助于患者分层。生活方式因素,如饮食和肥胖解释大部分的微生物组成变化与宿主基因相比,60但这需要破译在严重肥胖。废话后,菌群修改却能合成更多形成被观察到,但大多数病人仍与非常低的经理,尽管消化道修改和临床重大改进。干预措施,如粪便传输实验,表明增加经理和代谢改善代谢综合征患者较低的经理基线。61年因此,这项工作是使用策略的视角针对恢复肠道微生物群生态系统之前或期间BS干预和进一步检查这些干预是否能进一步提高经理和/或临床结果post-BS。

确认

作者要感谢情人节女士莱莫恩患者招募和佛罗伦萨Marchelli博士,谁导致了患者的临床和生物数据收集和数据库的宪法。作者感谢教授jean - michel Oppert和克里斯汀·普瓦图对病人的护理人员的员工招聘和营养部门- salpetriere医院。调查了在人类营养的临床中心(法国Paris-Ile)。作者感谢盖斯沃茨英语复习的手稿。

引用

脚注

  • JA-W、EP和EB同样起到了推波助澜的作用。

  • 贡献者JA-W和KC概念化的研究。JA-W, EP和KC起草了手稿,主要负责最后的手稿的内容。EP、EB JA-W,电动阀门,J-DZ MCD BDK分析数据,进行统计检验,并起草了表和数据。JLB J-MC进行减肥手术。钻和JD佛罗里达州NP等复杂的宏基因组数据和微生物成分决定的。FI和LH代谢组学数据。所有作者阅读和批准最终的手稿。

  • 资金支持这个项目的项目医院矫揉造作的倩碧的(PHRC Microbaria AOM10285 / P100111 KC)。JA-W接到阿佩尔研究所的资助,从雀巢研究和Aviesan联盟国家倒les科学de la vie et de la桑特ITMO桑特publique。合作伙伴收到资金从欧盟第七框架计划(FP7)之下的研究、技术开发和示范赠款协议健康- f4 - 2012 - 305312 (MetaCardis)和从法国“Investissement d未来”力和MetaGenoPolis格兰特anr - 11 - dpbs - 0001。临床研究执行人类营养研究中心(法国CRNH Ile) - salpetriere医院。

  • 相互竞争的利益没有宣布。

  • 病人的同意不是必需的。

  • 伦理批准伦理批准研究从- salpetriere获得医院伦理委员会(CPP巴黎)。

  • 出处和同行评议不是委托;外部同行评议。

  • 调整通知本文已经被修正,因为它第一次在网上发布。Lyamine Hedjazi的名字已经更正。

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