多组学揭示肥胖多囊卵巢综合征（PCOS）患者发病机制

期刊：NPJ Biofilms Microbiomes   

影响因子：7.290     

发表时间：2021.07   

样本类型：粪便、血液

客户单位：汕头大学医学院第一附属医院鄞国书课题组

一、研究背景

多囊卵巢综合征（PCOS）在育龄女性中患病率为6%-20%，是育龄妇女最常见的内分泌疾病，可能导致不孕。现代研究表明PCOS与代谢紊乱的高风险有关，如胰岛素抵抗、2型糖尿病、血脂异常和心血管疾病等。尽管目前PCOS的病因尚不清楚，但遗传、宫内环境、生活方式和肠道微生物群的潜在改变都可能在多囊卵巢综合征的发生中发挥作用。越来越多的证据表明肠道菌群组成随着应激条件的变化而改变，脑-肠-微生物轴在应激相关精神疾病的发病机制中发挥作用。本研究利用16S rRNA基因测序、血浆非靶向代谢组学与FK506 结合蛋白 5 (FKBP5) DNA甲基化，阐明PCOS患者肠道菌群、代谢物和PCOS临床特征之间的关联，揭示了PCOS相关的发病机制。

二、实验设计

研究收集了健康个体和高体重指数 (BMI) PCOS (PCOS-HB) 和正常 BMI PCOS (PCOS-LB)的外周血样本，测定了TT，AD，DHEA，DHEA-S，E2，SHBG，LH，FSH，PRL，PROG，FT3，FT4，TSH，G0，I0，G120，I120等和生化指标，收集粪便样本进行16S rRNA 基因测序、FK506 结合蛋白5 (FKBP5) DNA 甲基化测定以及血浆代谢物测定，比较了 PCOS-HB、PCOS-LB 和健康对照的肠道微生物群特征。
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三、实验结果

1、三组样本的临床特征和肠道菌群多样性

通过箱线图和PCoA排序显示临床参数之间的差异（图1a-b），可以看到健康组、PCOS-HB和PCOS-LB组之间的显著差异，临床参数比较显示PCOS患者总睾酮、雄烯二酮、硫酸脱氢表雄酮、黄体生成素、HOMA-IR浓度较高，FKBP5 DNA甲基化较低。

PCOS与健康组之间的整体微生物群落存在显著差异（图1c），但是PCOS-HB和PCOS-LB组肠道菌群之间没有显著差异。

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图1三组临床和细菌群落特征比较

细菌Alpha多样性指数和临床参数的相关性进一步表明，不同指数与临床参数呈现复杂的相关性，如Chao1和ACE值与I0和I120显著负相关，但与FKBP5-Met和FKBP5-Met2显著正相关（图2a-c）。
肠道微生物群落分析表明，厚壁菌门和放线菌门在健康组中丰富度较高，而在PCOS组中较低，拟杆菌门和变形菌门则相反。比较PCOS组与健康组共确定了29种不同的细菌属水平菌株。与健康组相比，PCOS组中丰度显著增加的是埃希氏菌属，Prevotella_9、Dorea、Maihella、Slackia均有显著变化。
PICRUSt分析比较了PCOS和健康组之间肠道菌群的功能差异，与PCOS患者相比，p53信号通路和心肌收缩通路在健康组中表达更高。PCOS-HB患者中α-亚麻酸代谢的相对丰度是PCOS-LB患者的两倍。
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图2细菌多样性和群落组成的变化

表2 健康和PCOS患者的细菌属水平组成比较

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2、与PCOS疾病相关的血浆代谢组分析

为了评估血浆代谢物谱是否与PCOS相关，研究收集了20名健康个体、20名PCOS-HB和20名PCOS-LB患者血浆进行非靶向代谢组分析。在健康组和PCOS组之间可以观察到血浆代谢物的组成显著差异（图3a-b，图4），硫酸雌酮，SM（d21:1/21:0）和LPC 18:2在两组之间的差异比较大，其中硫酸雌酮与PCOS进展有潜在联系。通过健康组和PCOS-HB患者之间的比较，溶血磷脂酰胆碱18:2、磷脂酰胆碱（22:6e∕19:1）等均有显著变化（图3c-d）。
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图3健康和PCOS患者代谢物比较

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图4 健康组与PCOS患者中不同代谢物差异比较

3、微生物类群，代谢物与临床指标之间的关联

在PCOS患者和健康组之间筛选出具有显著区别的临床指标和肠道细菌类群。在健康组和PCOS-HB患者之间，代谢物与临床指标的相关性优于细菌类群，胆红素、LysoPC等与大多数临床参数呈负相关，而硫酸雌酮、乙酰肉碱等与大多数临床参数呈显著正相关。所有筛选的代谢物中，硫酸雌酮是唯一与Prevotella_9显著相关的代谢物（图5b和6a）。然而，Prevotella_9与VIP（Variable importance in projection）系数筛选的代谢物之间没有显著的相关性。
相关网络揭示了临床指标、细菌属水平菌株、应激指标和代谢产物之间复杂的相互作用（图6）。
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图5 临床指标与细菌和代谢途径相关性分析

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图6 不同组比较中筛选共发生网络特征

四、研究结论

本文围绕多卵巢综合征在高体重和低体重患者中肠道微生物菌群的研究，包括细菌种类、应激状态和代谢差异等。通过16S rRNA基因测序、FK506结合蛋白、FKBP5 DNA甲基化和血浆代谢物测定等方法，揭示其可能与PCOS相关的发病机制。该研究有助于阐明PCOS疾病中基于微生物群落的过程，并有助于开发用于诊断PCOS的生物标志物的先进方法。

汕头大学医学院第一附属医院内分泌代谢科鄞国书团队近年来致力于多囊卵巢综合征（PCOS）领域的相关临床研究，包括对该疾病高雄激素血症的不同雄激素表征价值进行系统对比和评价；对地塞米松抑制试验判断雄激素优势来源的应用价值进行评估；对性激素结合球蛋白（SHBG）作为PCOS患者合并代谢异常及胰岛素抵抗的预测价值进行全面评价；以表观遗传学的手段探讨压力状态在PCOS发病中的意义和价值；以健康志愿者作为对照，在不同BMI水平的PCOS中筛选差异的肠道细菌和真菌。该团队将继续在前期工作基础上，在PCOS临床诊疗方向及发病的基础研究上进一步探索，锐意进取，希望取得更大的突破。





参考文献

Reduced stress-associated FKBP5 DNA methylation together with gut microbiota dysbiosis is linked with the progression of obese PCOS patients. NPJ Biofilms Microbiomes, 2021.

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