期刊：Journal of Ovarian Research        

影响因子：5.506

发表时间：2022年10月               

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)是导致育龄妇女不孕的最常见内分泌疾病，但迄今为止，多囊症的确切潜在诱因尚不清楚。菌群失调与多种内分泌和代谢性疾病相关，如肥胖、糖尿病和多囊症。最近的研究表明多囊症患者的肠道菌群与健康对照组不同，PCOS个体中普通拟杆菌显著升高，可以作为PCOS的关键微生物标志物。真菌可以影响局部和外周免疫反应，增强相关疾病状态，触发疾病的发生和发展，如结肠炎、结直肠癌、原发性硬化性胆管炎、酒精相关性肝病和COVID-19。代谢组学是发现和识别与疾病有关代谢物的有效方法。

因此，综合分析来自肠道细菌组、真菌组、代谢组和表型组的多组学数据，可能为多囊症与肠道菌群之间的机制联系提供线索。PCOS的生殖和代谢亚型具有明显的遗传结构，这两种亚型的BMI有明显的差异，同时，本研究也关注肥胖和瘦弱PCOS患者的病因学差异，以及他们肠道微生物和血浆代谢产物的差异。

二、研究方法

实验分组	Healthy-LB（健康、BMI<24）	PCOS-LB（患病康、BMI<24）	Healthy-HB（健康、BMI≥24）	PCOS-LB（患病康、BMI≥24）
人数	21	22	20	25

 图1a    实验设计思路

开展16S rRNA测序、ITS2测序、靶向代谢组学分析以及临床表型学分析

三、研究结果

01.研究参与者的临床特征

与健康组相比，PCOS患者黄体生成素(LH)、促卵泡激素(FSH)、雌激素(E2)、雄烯二酮(AD)、总睾酮(TT)、游离雄激素指数(FAI)、空腹血糖水平(G0)、糖负荷后120 min胰岛素水平(I120)、糖负荷后120 min血糖水平(G120)显著升高（表1），孕酮(PROG)和性激素结合球蛋白(SHBG)显著降低。PCOS- HB患者的LH、LH/FSH、AD、TT、脱氢表雄酮(DHEA)和FAI显著高于Healthy-HB受试者，SHBG显著低于健康- HB受试者(图1b)。PCoA显示四组临床参数结构存在显著差异(图1c) 。

图1b临床指标差异  ;1c  PCoA分析揭示临床指标结构差异

表1 BMI相关健康组和PCOS组的临床特征基线

02.PCOS患者细菌多样性和群落改变

与Healthy-HB相比，PCOS-HB中α-多样性显著减少(图2a)。细菌多样性指数与关键临床变量之间无显著关系。PCoA显示各组间有显著差异(图2b)。关键临床变量与细菌群落之间无显著相关性(图2c)。LEfSe分析显示Ruminococcustorques，Escherichia/Shigella，Allisonella，Eggerthella以及Hungatella为PCOS特征属(图2d)。Lactobacillus，Coprococcus_1，Coprococcus_3以及Catenibacterium在Healthy-LB和PCOS-LB之间有显著差异。

此外，通过Wilcoxon秩检验和LEfSe分析，对Healthy-HB和PCOS-HB进行属比较，发现25个显著类群。在PCOS-LB患者中富集的细菌类群为Blautia(4.10%)、dora(1.50%)、Agathobacter(3.28%)和Lactobacillus(0.42%)。在Healthy-HB组中，Aliistipes(2.10%)和Ruminococcus_1(1.38%)富集。PCOS-HB组中Lachnoclostridiu(1.66%)和Erysipelotrichaceae_UCG-003(0.67%)的比例较高(图2e)。Coprobacillus和Coprococcus_1与SHBG显著正相关，HOMA-IR与Lachnospiraceae_UCG-001呈正相关(图2f)。

图2 与PCOS相关的粪便细菌特征变异

03.PCOS患者粪便真菌群的改变

Healthy-HB组的Chao1和Shannon指数明显高于PCOS-LB(图3a)。BMI与OTUs、Chao1呈显著正相关，FAI、LH、AD、TT、HDL-C、DHEA与OTUs、Chao1呈显著负相关。四组的肠道真菌群落发生了显著的变化(图3b)。TT对真菌群落结构有较高的影响(图3c)。子囊菌门、担子菌门和产孢菌门是主要的真菌门，而产孢菌门在Healthy-HB中含量较高。多组比较显示，Healthy-HB与PCOS-LB中有16个显著差异的真菌属，HealthyHB与PCOS-HB中有75个类群(图3d)。念珠菌与HDL-C呈正相关，Mortierella与HDL-C呈正相关，与BMI呈负相关，与LH、AD、TT、HDL-C和DHEA呈负相关(图3e)。PCOS在属水平上的真菌指标为念珠菌属(Candida)、马拉色菌属(Malassezia)、哈苏菌属(Kazachstania)、Microascus、coniocheta、Xepicula、Paraphoma、pyrenochetopsis、Cephaliophora、Epicoccum和sclclerophora(图3f)。与PCOS-LB相比，PCOS-HB有更多不同的真菌属作为指标。

图3  与PCOS相关的粪便真菌特征变异

04.PCOS患者的血清代谢组学改变

共鉴定和量化了601个代谢物，四组间差异显著(图4a)。BMI、FAI、LH、AD、TT、SHBG和DHEA对代谢物群落结构的影响显著高于对照组。Health - HB与PCOS-HB中有358个代谢物。LEfSe分析显示了PCOS-LB和PCOS- HB相关的代谢物指标(图4f)。健康组和PCOS组表现出完全不同的代谢产物模式(图4b)。以PLS-DA分析(偏最小二乘法分析)得到的VIP评分(图4c, 4d)和FDR调整后的p≤0.05阈值和|log2FC|≥1为阈值，筛选出特征代谢物。在Health -LBb与PCOS-LB和Health - HB与PCOS-HB的比较组中观察到10种VIP值最高的常见血清代谢物。

图4  与PCOS相关的血清代谢物变化

05.PCOS诊断的综合多组学特征

研究者根据多组学特征建立随机森林模型，从相应的健康个体中区分PCOS患者、PCOS- LB患者和PCOS-HB患者。采用交叉验证的随机森林模型，该方法识别出9个细菌属、4个预测通路、11个真菌属和区分PCOS与健康个体的前30个代谢产物，其AUC分别为0.84、0.64、0.85和1，它们的组合在训练数据集中也达到了AUC为1(图5a)。通过测试数据集中的真菌类群和代谢物验证了效果(图5b)。代谢物衍生模型比基于微生物的模型更准确地区分PCOS-LB和Healthy-LB(图5c)。功能通路在测试数据集中表现较弱(图5d)。使用16S和功能预测数据在区分PCOS-HB和Health - HB方面表现良好，但在测试数据集中观察到性能较差(AUC=0.67和0.58)(图5e, 5f)。

研究结果表明，在区分疾病和健康方面，代谢物本身的表现比微生物群驱动的特征要好得多。然而，真菌在鉴别多囊症和健康状况方面优于细菌。

 图5 疾病相关分类群和/或代谢物对疾病状态进行分类

06.PCOS患者多组学数据关联分析

Mantel检验表明，只有代谢物距离矩阵与表型矩阵呈显著的正相关，虽然16S和ITS2数据矩阵之间存在显著的正相关关系，但细菌多样性与真菌多样性之间没有显著的线性相关关系。

基于Spearman相关检验对上述诊断研究中得到的不同多组学特征进行相关性检验。健康人与PCOS患者相比，粪便细菌、真菌和预测途径与临床指标FAI、PROG和AD的相关性更高。真菌类群Solicoccozyma, Tetracladium, Malassezia, Knufa和Exophiala是中心连接的(图6a)。通过Healthy-LB与PCOS-LB对比，真菌类群Cylindercarpon和Neurospora与d -苹果酸表现出正、负相关的关系(图6b)。Health - HB与PCOS-HB对比，发现念珠菌增多与3-羟基-2-甲基- 4吡喃4 -1水平升高有关。Mortierella与d -果糖6-磷酸二钠盐、d -甘露糖6-磷酸呈高度负相关，与胞嘧啶和巴比妥酸呈正相关。(图6c)

图6 共现网络展示多组学-表型的相互作用

四、研究结论

本研究综合分析来自肠道细菌组、真菌组、代谢组和表型组的多组学数据，发现高雄激素血症在PCOS患者肠道微生态失调和代谢状态的改变中起着核心作用，其作用超过了BMI的作用。肠道细菌、肠道真菌及其相互作用可能在多囊症的发生发展中起重要作用。在本研究中，血清代谢物、真菌类群和细菌类群是鉴别PCOS状态的优先预测模型。

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。

阅读原文

Alterations of bacteriome, mycobiome and metabolome characteristics in PCOS patients with normal/overweight individuals.Journal of Ovarian Research, 2022

doi.org/10.1186/s13048-022-01051-8