Comparative analysis of the intestinal microbiota in patients with exocrine pancreatic insufficiency of various severity

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Exocrine pancreatic insufficiency (EPI) is a critical host factor in determining the composition of the gut microbiota. Diseases that cause exocrine insufficiency can affect the gut microbiome, which can potentiate disease progression and complications. To date, the relationship of exocrine insufficiency in various pancreatic (PA) pathologies, in chronic pancreatitis (CP), with dysbiotic changes in the intestinal microbiota (IM) has not been reliably studied. The available data are heterogeneous and contradictory, which determines the need for further research.

Aim. To conduct a comparative analysis of the taxonomic composition of the intestinal microbiota in patients with CP of various etiologies, without or with the presence of EPI of varying severity, as well as patients with severe EPI with a history of surgical intervention (SI) on the pancreas.

Materials and methods. A total of 85 patients were included in the study. Patients were divided into groups according to the severity of EPI: Group 1 (n=16) – patients with CP without EPI; Group 2 (n=11) – patients with CP and mild EPI; Group 3 (n=17) – patients with severe CP and EPI; Group 4 (n=41) – severe EPI in persons with a history of SI on the pancreas. Verification of CP was carried out according to clinical, anamnestic and instrumental data. The degree of EPI was determined by the level of pancreatic elastase-1 (PE-1) feces. Informed consent for the study was obtained for each patient, an anamnesis was collected, physical and laboratory examinations were performed, and a stool sample was obtained. DNA was extracted from each stool sample, the taxonomic composition of BM was determined by sequencing the bacterial 16S rRNA genes, followed by bioinformatic analysis.

Results. We followed the changes in the gut microbiota from a group of patients with CP without EPI to a group with severe EPI, in those who underwent SI. At the level of the phylum, the IM of all groups showed the dominance of Firmicutes, with the lowest representation in the severe EPI group, both with SI and CP, and the growth of the Actinobacteria, Verrucomicrobiota and Fusobacteria types. The differential representation of childbirth varied: in patients with severe EPI and CP, compared with mild, statistically significant genera – Akkermansia, Ruminococcus gauvreauii group and Holdemanella; compared with CP without exocrine insufficiency, Prevotella, Ruminococcus gauvreauii group, Peptostreptococcus and Blautia dominated. The CP group with mild EPI was dominated by the following genera: Lachnospiraceae_ND 2004 group, Faecalitalea, Fusobacterium, Catenibacterium, Roseburia, Atopobium, Cloacibacillus, Clostridium innococum group, Ruminococcus torques group. All groups showed a low diversity of taxa with a predominance of opportunistic flora, including participants in oncogenesis.

Conclusion. The results of the study show that patients with CP of various etiologies and patients with severe EPI who underwent specific intervention on the pancreas have intestinal microbiota dysbiosis, the severity of which is significantly influenced by the degree of EPI.

Full Text

Список сокращений

ВПА – варианты последовательностей ампликонов

ЗФТ – заместительная ферментная терапия

ИК – интерквартильный размах

ИМТ – индекс массы тела

КМ – кишечная микробиота

КЦЖК – короткоцепочечные жирные кислоты

ОВ – оперативное вмешательство

ОП – острый панкреатит

ПЖ – поджелудочная железа

ХП – хронический панкреатит

ЭНПЖ – экзокринная недостаточность поджелудочной железы

Введение

Хронический панкреатит (ХП) – это патологический фиброзно-воспалительный синдром поджелудочной железы (ПЖ) у людей с генетическими, средовыми и/или другими факторами риска, у которых развиваются стойкие патологические реакции на повреждение паренхимы [1]. Длительное и прогрессирующее воспаление неизбежно вовлекает в патологический процесс ацинусы, протоковую систему, островковый аппарат и другие структуры органа [2, 3]. Наиболее частым осложнением ХП является экзокринная недостаточность ПЖ (ЭНПЖ) [4]. Клиническое значение ЭНПЖ обусловлено формированием персистирующей клинической симптоматики, значительно снижающей качество жизни пациентов [1, 4]. Нарушение синтеза пищеварительных ферментов, бикарбонатов и антибактериальных пептидов ПЖ на фоне ЭНПЖ приводит к нарушению симбиотических отношений хозяин – кишечная микробиота (КМ) и негативным изменениям бактериального пейзажа [5, 6]. КМ является ключевым участником метаболизма хозяина, играя важную роль в поддержании иммунного гомеостаза [7]. Изменения КМ активно изучаются мировым медицинским сообществом в контексте патогенеза различных заболеваний, таких как сахарный диабет 2-го типа [8, 9], ожирение [10, 11], воспалительные заболевания кишечника [12–14], синдром раздраженного кишечника [15, 16], немаловажная роль отводится изучению связи нарушений КМ при ХП [17–20].

Одним из наиболее перспективных методов изучения состава КМ человека является метагеномное ДНК-секвенирование последовательностей бактериальных генов 16S рРНК [21]. В ряде исследований определены количественные и качественные изменения таксономического состава КМ, ассоциированные с ХП различной этиологии [22], в частности с ЭНПЖ [23, 24], алкогольным панкреатитом [25], сахарным диабетом панкреатогенного генеза [26], аутоиммунным панкреатитом [27]. ХП ассоциирован с сокращением разнообразия, истощением таксонов, играющих потенциально полезную роль в барьерной функции кишечника, увеличением числа условно-патогенных микроорганизмов [22]. Исследования, касающиеся изменений микробиоты при ХП и/или ЭНПЖ, представлены в единичном количестве [26]. Обнаружено снижение представителей рода Faecalibacterium, в частности Faecalibacterium prausnitzi (продуцентов короткоцепочечных жирных кислот – КЦЖК), повышение представленности Ruminococcus bromii [26], Serratia, Acinetobacter, Pseudomonas и Enterococcus [25], Bacteroides ovatus, Streptococcus australis, Streptococcus gordonii, Clostridium lavalense, Clostridium lactatifermentans [27], Escherichia-Shigella, Dialister, ParaBacteroides, Prevotella_7 [23]. К текущему моменту остается неизвестным, является ли дестабилизация эубиоза причиной или следствием ХП. Также не определен паттерн влияния заместительной ферментной терапии (ЗФТ) на гомеостаз КМ.

Таким образом, представляется актуальным дальнейшее изучение изменений КМ у пациентов с ХП, в частности с ЭНПЖ, что позволит определить бактериальные маркеры, ассоциированные с течением заболевания, а в перспективе создать диагностический инструмент, позволяющий предиктивно оценить эффективность ЗФТ, риски прогрессирования заболевания и развития ряда осложнений.

Цель исследования – провести сравнительный анализ таксономического состава КМ пациентов с ХП различной этиологии, с наличием/без ЭНПЖ, а также пациентов с тяжелой степенью ЭНПЖ, с оперативным вмешательством (ОВ) на ПЖ в анамнезе.

Материалы и методы

Дизайн

Проведено одномоментное сравнительное неинтервенционное исследование, в рамках которого произведен анализ КМ у пациентов с ХП и лиц, перенесших ОВ на ПЖ. Набор пациентов осуществлялся на клинических базах ФГБОУ ВО «МГМСУ им. А.И. Евдокимова» в период с октября 2019 по октябрь 2021 г. Всего в исследование вошли 85 пациентов (мужчины и женщины в возрасте от 31 до 80 лет), включая больных с верифицированным диагнозом ХП (n=44) и пациентов, перенесших ОВ на ПЖ в анамнезе (n=41). Разделение пациентов на группы осуществлялось в зависимости от степени тяжести ЭНПЖ, что позволило сформировать 4 группы из общего пула больных: 1-я группа (n=16) – пациенты с ХП без ЭНПЖ; 2-я группа (n=11) – пациенты с ХП с наличием ЭНПЖ легкой степени; 3-я группа (n=17) – пациенты с ХП с ЭНПЖ тяжелой степени; 4-я группа (n=41) – ЭНПЖ тяжелой степени у лиц с ОВ на ПЖ в анамнезе (рис. 1). Все пациенты давали письменное информированное согласие на включение в исследование.

 

Рис. 1. Участники исследования. Деление на группы. / Fig. 1. Study participants. Division into groups.

 

Пациенты, получающие антибиотики, про-, пре-, синбиотики, ингибиторы протонной помпы в течение месяца до сбора образца кала, пациенты имеющие клинико-лабораторные признаки острого панкреатита (ОП), гепатита, цирроза печени любой этиологии и кислотозависимых заболеваний, не включались в исследование.

Методы клинического обследования

Для каждого пациента собран анамнез жизни, зафиксированы метаданные: пол, возраст, индекс массы тела (ИМТ), доза принимаемых полиферментных препаратов, консистенция стула по Бристольской шкале, симптомы диспепсии, данные мультиспиральной компьютерной томографии; данные лабораторных анализов: панкреатическая эластаза-1 кала, нейтральный жир в кале, гемоглобин, общий белок, альбумин, абсолютное число лимфоцитов (abs. LYM); документированное ОВ на ПЖ.

Верификация диагноза ХП осуществлялась по клинико-анамнестическим и инструментальным данным:

1) один/несколько анамнестических критериев ХП – регулярное употребление алкоголя (более 100 г/сут); табакокурение в течение нескольких лет; документально подтвержденная патология билиарного тракта; документированный ОП в анамнезе;

2) признаки ХП по данным мультиспиральной компьютерной томографии.

Степень ЭНПЖ оценивалась путем определения уровня панкреатической эластазы-1 кала, где показатель >200 мкг/г – отсутствие ЭНПЖ, 200–100 мкг/г – ЭНПЖ легкой степени, <100 мкг/г – тяжелая степень ЭНПЖ.

Сбор и обработка клинического материала

Для проведения исследования производился сбор кала каждого пациента, включенного в исследование. Образцы фекалий собирались в индивидуальные стерильные пластиковые контейнеры, исключая попадание туалетной бумаги и мочи. Каждый образец подвергали немедленной заморозке при температуре -20°С. В течение 2 ч в термосумке с замороженными хладоэлементами образцы транспортированы в лабораторию, где хранились при температуре -80°С до анализа. Из образцов кала выделяли тотальную ДНК согласно стандартной методике.

Метагеномное секвенирование

Выделение тотальной ДНК проводили с помощью набора MagMAX DNA Multi-Sample Ultra 2.0 Kit (Roche) и автоматической выделительной станции KingFisher Flex. Подготовку библиотек и их секвенирование осуществляли в соответствии с протоколом 16S Metagenomic Sequencing Library preparation для MiSeq, Illumina.

Для амплификации использовали вариабельный регион V3-V4 гена 16S рРНК. Приготовление библиотек 16S проводили набором Tersus PCR kit (Evrogen, Россия), использовались праймеры 341F и 801R для амплификации региона V3-V4 гена 16S рРНК, для баркодирования образцов использовались уникальные комбинации индексирующих праймеров, являющихся аналогами праймеров из набора Nextera XT Index kit v2.

Процедуру секвенирования осуществляли с помощью инструмента MiSeq с использованием набора реагентов для секвенирования MiSeq Reagent Kit v2 (500cycle) (Illumina) согласно рекомендациям производителя.

Биоинформатическая обработка полученных данных секвенирования

Обработку низкокачественных последовательностей проводили методом фильтрации filterAndTrim из пакета DADA2. Из пакета DADA2 получали варианты последовательностей ампликонов – ВПА (аналог ОТЕ-операционная таксономическая единица). Полученные ВПА таксономически аннотировали методом idTaxa из пакета DECIPHER (версия 11.7) с использованием базы последовательностей рРНК Silva (версия 138.1, nr99). Статистический анализ представленности последовательностей ампликонов выполняли на языке программирования R (версия 4.0.2).

Для расчета индекса β-разнообразия значения представленности ВПА (ASV, Amplicon Sequence Variant) нормализовали при помощи функции transform пакета microbiome (версия 1.10.0). Матрица попарных расстояний рассчитывалась по метрике Брея–Кертиса с помощью функции dist пакета phyloseq (версия 1.32.0). Значения меры α-разнообразия рассчитывали как индекс Шеннона при помощи функции plot_richness пакета phyloseq (версия 1.32.0). Анализ дифференциальной представленности для групп сравнения выполнен с использованием инструмента Deseq 2 (версия 1.28.1). Учитывая факт, что между исследуемыми группами пациентов отмечены различия в наборе метаданных, анализ дифференциальной представленности проводили с учетом влияния данных факторов на состав микробиоты в качестве ковариат. При проверке статистических гипотез минимальный уровень α составил 0,05 (по методу Бенджамини–Хохберга), а размер эффекта log2foldchange-1.5.

Этическая экспертиза

Настоящий протокол исследования одобрен Межвузовским Комитетом по этике ФГБОУ ВО «МГМСУ им. А.И. Евдокимова» (выписка из протокола №01–21). Заключение комиссии: работа соответствует требованиям этической экспертизы.

Результаты

Клиническая характеристика пациентов

В исследование включены 85 пациентов (см. рис. 1), из которых 47 (55%) женщин и 38 (45%) мужчин, средний возраст обследованных лиц составил 56,2±12,7 года. Среди женщин медиана 56 лет (интерквартильный размах – ИК 45,5; 64,5), мужчин – 58 лет (ИК 47,0; 66,7) без статистически значимой разницы (p<0,001).

Распределение по полу – с незначительным перевесом в сторону женщин в 1-й (68,7%), 3-й (58,8%) и 4-й (63,4%) группах. Соотношение по возрасту статистически не значимо (p<0,001); рис. 2.

 

Рис. 2. Соотношение исследуемых групп по возрасту. / Fig. 2. The distribution of participants in study groups by age.

 

Показатель ИМТ (рис. 3) – без значимых отличий между пациентами с ХП и лицами, перенесшими ОВ на ПЖ в анамнезе. Медиана в 1-й группе – 24,5 кг/м2 (ИК 20,8; 27,9), во 2-й группе – 23,4 кг/м2 (ИК 20,3; 26,2), в 3-й группе – 22,1 кг/м2 (ИК 17,9; 24,4), в 4-й группе – 23,0 кг/м2 (ИК 20,2; 25,5). Внутригрупповое распределение по ИМТ продемонстрировано на рис. 4.

 

Рис. 3. Соотношение по ИМТ в группах. / Fig. 3. Ratios of participants in study groups by body mass index.

 

Рис. 4. Распределение в группах по показателю ИМТ. / Fig. 4. The distribution of participants in study groups by body mass index.

 

Медиана панкреатической эластазы-1 кала в 1-й группе – 446,8 мкг/г (ИК 385,2; 500,0), вo 2-й группе – 139 мкг/г (ИК 129,0; 152,5), в 3-й группе – 48,0 мкг/г (ИК 15,0; 50,0), в 4-й группе – 24,4 мкг/г (ИК 11,0; 50,0); рис. 5.

 

Рис. 5. Соотношение количества панкреатической эластазы-1 кала в исследуемых группах. / Fig. 5. The distribution of pancreatic fecal elastase-1 levels in the study groups.

 

В этиологической структуре ХП (рис. 6), в частности с ЭНПЖ, преобладали рецидивирующий и тяжелый ОП (n=17; 39%).

 

Рис. 6. Этиологическая структура ХП в соответствии с международной классификацией TIGAR-O. / Fig. 6. Etiology of chronic pancreatitis according to the international classification TIGAR-O.

 

Наиболее частые анамнестические причины ОВ на ПЖ: аденокарцинома ПЖ (n=8; 20%); кальцифицирующий панкреатит (n=5; 12%); солидная псевдопапиллярная опухоль (n=5; 12%) и др. (рис. 7).

 

Рис. 7. Диаграмма этиологических факторов ОВ по данным анамнеза. / Fig 7. Etiological factors of surgery according to medical history.

 

Обобщенные демографические и клинические характеристики пациентов представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Демографические, клинические, лабораторные данные участников исследования / Table 1. Demographic, clinical, and laboratory data of study participants

Переменные

1-я группа

2-я группа

3-я группа

4-я группа

Мужчины, абс. (%)

31,25

63,64

41,18

36,59

Женщины, абс. (%)

68,75

34,36

58,82

63,41

Возраст, лет, среднее ± CO

55±11,1

50±8,6

51,6±11,59

60,2±13,2

ИМТ, кг/м2, среднее ± СО

24,47±3,84

24,12±5,6

22,39±4,09

22,96±4,21

Консистенция (тип по Bristol scale), среднее

4

4

6

6

Частота стула, 3 в сут, да, %

18,75

45,45

64,71

85,37

Диспепсия (тошнота, вздутие), да, %

18,75

36,36

70,59

85,37

Абдоминальная боль, да, %

50

36,36

76,47

65,85

Нейтральный жир в кале, обнаружено, %

0

9,09

5,88

7,32

Гемоглобин, г/дл, среднее ± СО

129,18±14,87

135,36±18,12

134,47±13,59

127,78±16,46

Абсолютное число лимфоцитов, n×109/л, среднее ± СО

1,58±0,47

1,97±0,66

1,89±0,63

2,09±0,94

Общий белок, г/л, среднее ± СО

76,46±6,74

73,38±6,16

69,75±5,49

70,9±6,66

Альбумин, г/л, среднее ± СО

43, 91±4,92

43,6±3,51

42,92±2,94

39,55±5,1

 

Общая оценка таксономического состава КМ в исследуемых группах

Тепловая карта (рис. 8) иллюстрирует представленность родов в образцах кала 85 пациентов с ХП и ЭНПЖ; цвета отражают значения представленностей соответствующих бактериальных родов после преобразования CLR (centered log ratio transform).

 

Рис. 8. Тепловая карта представленностей родов прокариот в образцах кала 85 пациентов с ХП и ЭНПЖ (обозначено зеленым, оранжевым, синим и розовым цветом). / Fig. 8. Heat map of the abundance of prokaryotic organisms in fecal samples of 85 patients with chronic pancreatitis and exocrine pancreatic insufficiency (indicated in green, orange, blue, and pink).

 

Для определения α-разнообразия использовали индекс разнообразия Шеннона, количественно оценивающий неопределенность в прогнозировании видовой идентичности, которая берется случайным образом из набора данных. Между исследуемыми группами не выявлено значимой разницы в α-разнообразии (p<0,05), а внутри сообществ обнаружено общее снижение бактериального разнообразия (рис. 9).

 

Рис. 9. Таксономическое α-разнообразие КМ в исследуемых группах. / Fig. 9. Taxonomic α-diversity of the intestinal microbiota in the study groups.

 

Описание линейной диаграммы блока: снизу вверх – первый квартиль, показывает минимальное значение (нижняя строка прямоугольника); медиана (линия в середине прямоугольника); третий квартиль (верхняя линия прямоугольника), показывает максимальное значение; данные вне выносных линий на обоих концах являются выбросами.

β-Разнообразие КМ 85 пациентов представлено в виде проекций графика неметрического многомерного шкалирования (NMDS) на двухмерное пространство (рис. 10). Образцы всех пациентов образуют облака с частичным перекрытием в центре, большая часть которых расположена в зоне пересечения, что свидетельствует об отсутствии значимой разницы.

 

Рис. 10. График сходства таксономического состава (β-разнообразия) КМ пациентов с ХП и ЭНПЖ, проведенный на основании неметрического многомерного шкалирования (NMDS) по видовому разнообразию (метрика различия: мера БреяКертиса) методом главных компонент. / Fig. 10. Graph of the similarity of the taxonomic composition (β-diversity) of the intestinal microbiota in patients with chronic pancreatitis and exocrine pancreatic insufficiency, measured using non-metric multidimensional scaling (NMDS) by species diversity (Brea–Certis dissimilarity) using the principle component analyses.

 

Относительная представленность бактериального состава на уровне типа в исследуемых группах

На уровне типов доминирующими во всех группах оказались Firmicutes (рис. 11). Наибольший процент – у пациентов 2-й группы (81,5% от общего процента представленных типов).

 

Рис. 11. График относительной представленности четырех наиболее распространенных типов образцов кала всех случаев с ХП и различной степенью ЭНПЖ. / Fig. 11. Graph of the relative abundance of the four most common types of fecal specimens of all patients with chronic pancreatitis and different degrees of exocrine pancreatic insufficiency.

 

Представленность бактериального состава на уровне семейств в исследуемых группах

Для анализа выбраны топ-10 распространенных семейств (рис. 12). Для пациентов 4-й группы определено семейство Akkermansia; два семейства для 3-й группы – Oscillospiraceae, Bacteroidaceae.

 

Рис. 12. Визуализация балансов КМ пациентов с различной степенью ЭНПЖ с помощью CoDa-дендрограммы (для анализа выбраны топ-10 распространенных семейств). / Fig. 12. Visualization of the intestinal microbiota balance in patients with varying degrees of exocrine pancreatic insufficiency using a CoDa-dendrogram (top-10 common families were selected for analysis).

 

Дифференциальная представленность бактериального состава на уровне рода в исследуемых группах

Анализ дифференциальной представленности бактериального состава в группах выполнен с использованием метода DeSeq2, на уровне рода, с включением пола, batch (количество материала за одну операцию или партию), возраста, ИМТ, количества актов дефекации, консистенции стула по Бристольской шкале, синдрома диспепсии, дозы панкреатических ферментов, как ковариат для исключения возможного их вклада в заключительные данные о таксономической представленности бактерий.

При сравнении 1 и 2-й групп для 1-й группы (рис. 13) выделены наиболее статистически значимые рода типа Firmicutes: Holdemanella, Erysipelotrichaceae_UGG-003, Erysipelatoclostridium; типа ActinobacteriaEnterorhabdus. Во 2-й группе Firmicutes представлен родами Lachnospiraceae_ND 2004 group, Faecalitalea, Fusobacterium, Catenibacterium, Roseburia; тип ActinobacteriaAtopobium; тип SynergistotaCloacibacillus.

 

Рис. 13. Анализ дифференциальной представленности 16S ампликонов бактерий, агломерированных на уровне рода и ассоциированных с 1, 2, 3-й группами. Справа и слева от столбцов отображен уровень статистической значимости, рассчитанный по результатам анализа для каждого дифференциально представленного рода. / Fig. 13. Analysis of the differential abundance of 16S bacterial amplicons agglomerated at the genus level and associated with groups 1, 2, and 3. The statistical significance level calculated from the analysis results for each differentially abundant genus is displayed to the right and left of the columns.

 

Первая группа представлена типом Firmicutes со статистически значимыми родами Erysipelatoclostridium и Merdibacter. В 3-й группе представители филума FirmicutesRuminococcus gauvreauii group, Peptostreptococcus и Blautia; тип BacteroidesPrevotella. У пациентов 2-й группы рода типа Firmicutes: Faecalitalea, Lachnospiraceae_ND 2004 group и др. В 3-й группе тип Firmicutes представлен родами Ruminococcus gauvreauii group и Holdemanella; тип VerrucomicrobiotaAkkermansia. В 4-й группе тип Actinobacteria представлен родом Lawsonella (рис. 14).

 

Рис. 14. Анализ дифференциальной представленности 16S ампликонов бактерий, агломерированных на уровне рода и ассоциированных со 2, 3 и 4-й группами. Справа и слева от столбцов отображен уровень статистической значимости, рассчитанный по результатам анализа для каждого дифференциально представленного рода. / Fig. 14. Analysis of the differential abundance of 16S bacterial amplicons agglomerated at the genus level and associated with groups 2, 3, and 4. The statistical significance level calculated from the analysis results for each differentially abundant genus is displayed to the right and left of the columns.

 

Обсуждение

Согласно результатам нашего исследования уровень таксономического разнообразия варьировал между четырьмя группами, с самыми низкими показателями в группе оперированных пациентов с тяжелой ЭНПЖ, что потенциально может играть роль в прогрессировании симптомов, связанных с ЭНПЖ. Снижение α-разнообразия не показало зависимости от ЭНПЖ, что демонстрирует схожесть с предыдущими исследованиями [22, 23].

У пациентов всех групп преобладал тип Firmicutes. Схожие данные у S. Jandhyala и соавт. (2017 г.), сообщающих об увеличении типов Firmicutes и Actinobacteria [26]. Другие исследования, напротив, отмечают снижение численности Firmicutes и Actinobacteriа у пациентов с ХП и ЭНПЖ [22–25, 27].

На уровне рода в группе ХП с легкой ЭНПЖ мы обнаружили увеличение рода Fusobacterium, что стало находкой и у пациентов с хроническим алкогольным панкреатитом в исследовании D. Ciocan и соавт. (2018 г.) [25].

Другой находкой оказалось увеличение рода Prevotella филума Bacteroides у пациентов с ХП без ЭНПЖ в сравнении с группой пациентов с ОВ и тяжелой ЭНПЖ, который также статистически значим для группы хронического алкогольного панкреатита в исследовании D. Ciocan и соавт. (2018 г.) [25]. Отмечается, что Prevotella – род, обнаруженный в ткани ПЖ пациентов с панкреатодуоденальной резекцией.

Наше исследование показало значимую представленность бактерий рода Peptostreptococcus и Erysipelotrichaceae_UGG-003 у пациентов с ХП без ЭНПЖ и Lachnospiraceae_ND 2004 group у пациентов с ХП и легкой степенью ЭНПЖ, что частично совпадает с результатами C. Zhou и соавт. (2019) [23].

Мы обнаружили ряд таксонов, о которых не сообщалось в предыдущих исследованиях, – рода Holdemanlla, Atopobim, Blautia.

Насколько нам известно, исследования с включением в исследование пациентов, перенесших ОВ на ПЖ, отсутствовали. У пациентов с тяжелой ЭНПЖ и ОВ на ПЖ в сравнении с пациентами с ХП и тяжелой ЭНПЖ дифференцирован род Lawsonella, к которому в настоящее время относится один новый типовой вид семейства CorynebacterineaeLawsonella clevelandensis [28]. Также обнаружили статистически значимую представленность рода Akkermansia типа Verrucomicrobiota у пациентов с ХП и тяжелой степенью ЭНПЖ.

Заключение

У пациентов с ХП независимо от степени тяжести ЭНПЖ наблюдается снижение бактериального разнообразия. У пациентов с легкой степенью ЭНПЖ отмечается увеличение доли условно-патогенных бактерий (Atopobium, Cloacibacillus, Faecalitalea, Fusobacterium и др.); мало представлены производители КЦЖК. В группе ХП без ЭНПЖ обнаружены рода с условно-патогенным потенциалом: Erysipelatoclostridium, Erysipelotrichaceae_UGG-003, Holdemanella, Enterorhabdus, Merdibacter; у пациентов с тяжелой ЭНПЖ условно-патогенная микробиота представлена родами Blautia, Peptostreptococcus, Holdemanella, Prevotella в отсутствие представителей продуцентов КЦЖК.

Поскольку мы использовали секвенирование бактериального гена 16S рРНК для характеристики изменений в составе КМ, нельзя точно определить, имеет ли каждый штамм явные патогенные свойства и какой вклад вносит каждый. Однако общее их увеличение с одновременным истощением потенциально защитных таксонов делают вероятным, что наблюдаемые изменения КМ имеют определенный эффект на прогрессирование и развитие осложнений ХП, вплоть до инициации онкогенеза. В перспективе для установления достоверных связей изменения таксономического состава КМ с патогенезом и прогрессированием ХП, в частности с учетом степени ЭНПЖ, эффективностью проводимой ЗФТ, необходимо изучение видовой представленности бактерий их метаболического потенциала и взаимодействия друг с другом при помощи полногеномного секвенирования с дальнейшим использованием полученных результатов в качестве биомаркеров.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.

Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.

Информированное согласие на публикацию. Пациенты подписали форму добровольного информированного согласия на публикацию медицинской информации.

Consent for publication. Written consent was obtained from the patients for publication of relevant medical information and all of accompanying images within the manuscript.

Соответствие принципам этики. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом при ФГБОУ ВО «МГМСУ им. А.И. Евдокимова» (выписка из протокола №01–21 от 28.01.2021). Одобрение и процедуру проведения протокола получали по принципам Хельсинкской конвенции.

Ethics approval. The study was approved by the local ethics committee of Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry (protocol №01–21 from 28.01.2021). The approval and procedure for the protocol were obtained in accordance with the principles of the Helsinki Convention.

×

About the authors

Igor V. Maev

Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6114-564X

акад. РАН, д-р мед. наук, проф., зав. каф. пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии

Russian Federation, Moscow

Anna I. Levchenko

Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Author for correspondence.
Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3184-7426

врач-гастроэнтеролог, ассистент каф. пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии

Russian Federation, Moscow

Julia S. Galeeva

Research Institute for Systems Biology and Medicine

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6304-4607

мл. науч. сотр.

Russian Federation, Moscow

Dmitry N. Andreev

Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4007-7112

канд. мед. наук, доц. каф. пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии

Russian Federation, Moscow

Julia V. Osipenko

Loginov Moscow Clinical Scientific Center

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6254-3233

врач-гастроэнтеролог отд-ния патологии поджелудочной железы и желчных путей

Russian Federation, Moscow

Dmitry S. Bordin

Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry; Loginov Moscow Clinical Scientific Center; Tver State Medical University

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2815-3992

д-р мед. наук, проф. каф. пропедевтики внутренних болезней и гастроэнтерологии, зав. отд-нием патологии поджелудочной железы, желчных путей и верхних отделов пищеварительного тракта, проф. каф. общей врачебной практики и семейной медицины

Russian Federation, Moscow; Moscow; Tver

Elena N. Ilyina

Research Institute for Systems Biology and Medicine

Email: alevchenko914@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0130-5079

чл.-кор. РАН, проф. РАН, д-р биол. наук, гл. науч. сотр., зам. ген. дир. по научной работе

Russian Federation, Moscow

References

  1. Gardner TB, Adler DG, Forsmark CE, et al. ACG Clinical Guideline: Chronic Pancreatitis. Am J Gastroenterol. 2020;115(3):322-39. doi: 10.14309/ajg.0000000000000535
  2. Löhr JM, Dominguez-Munoz E, Rosendahl J, et al. United European Gastroenterology evidence-based guidelines for the diagnosis and therapy of chronic pancreatitis (HaPanEU). United European Gastroenterol J. 2017;5(2):153-99. doi: 10.1177/2050640616684695
  3. Ивашкин В.Т., Маев И.В., Охлобыстин А.В., и др. Клинические рекомендации Российской гастроэнтерологической ассоциации по диагностике и лечению экзокринной недостаточности поджелудочной железы. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2017;27(2):54-80 [Ivashkin VT, Mayev IV, Okhlobystin AV, et al. Diagnostics and treatment of exocrine pancreatic insufficiency: clinical guidelines of the Russian gastroenterological Association. Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2017;27(2):54-80 (in Russian)]. doi: 10.22416/1382-4376-2017-27-2-54-80
  4. Маев И.В., Кучерявый Ю.А., Андреев Д.Н., Бидеева Т.В. Статус питания больных хроническим панкреатитом. Терапевтический архив. 2016;88(2):81-9 [Maev IV, Kucheryavyi YuA, Andreev DN, Bideeva TV. Nutritional status in patients with chronic pancreatitis. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2016;88(2):81-9 (in Russian)].
  5. Ammer-Herrmenau C, Pfisterer N, Weingarten MF, Neesse A. The microbiome in pancreatic diseases: Recent advances and future perspectives. United European Gastroenterol J. 2020;8(8):878-85. doi: 10.1177/2050640620944720
  6. Gesualdo M, Rizzi F, Bonetto S, et al. Pancreatic Diseases and Microbiota: A Literature Review and Future Perspectives. J Clin Med. 2020;9(11):3535. doi: 10.3390/jcm9113535
  7. Rooks MG, Garrett WS. Gut microbiota, metabolites and host immunity. Nat Rev Immunol. 2016;16(6):341-52. doi: 10.1038/nri.2016.42
  8. Scheithauer TPM, Rampanelli E, Nieuwdorp M, et al. Gut Microbiota as a Trigger for Metabolic Inflammation in Obesity and Type 2 Diabetes. Front Immunol. 2020;11:571731. doi: 10.3389/fimmu.2020.571731
  9. Gurung M, Li Z, You H, et al. Role of gut microbiota in type 2 diabetes pathophysiology. EBioMedicine. 2020;51:102590. doi: 10.1016/j.ebiom.2019.11.051
  10. Forte N, Fernández-Rilo AC, Palomba L, et al. Obesity Affects the Microbiota-Gut-Brain Axis and the Regulation Thereof by Endocannabinoids and Related Mediators. Int J Mol Sci. 2020;21(5):1554. doi: 10.3390/ijms21051554
  11. Coppola S, Avagliano C, Calignano A, Berni Canani R. The Protective Role of Butyrate against Obesity and Obesity-Related Diseases. Molecules. 2021;26(3):682. doi: 10.3390/molecules26030682
  12. Dong LN, Wang M, Guo J, Wang JP. Role of intestinal microbiota and metabolites in inflammatory bowel disease. Chin Med J (Engl). 2019;132(13):1610-4. doi: 10.1097/CM9.0000000000000290
  13. Guan Q. A Comprehensive Review and Update on the Pathogenesis of Inflammatory Bowel Disease. J Immunol Res. 2019;2019:7247238. doi: 10.1155/2019/7247238
  14. Sun M, Wu W, Liu Z, Cong Y. Microbiota metabolite short chain fatty acids, GPCR, and inflammatory bowel diseases. J Gastroenterol. 2017;52(1):1-8. doi: 10.1007/s00535-016-1242-9
  15. Moser G, Fournier C, Peter J. Intestinal microbiome-gut-brain axis and irritable bowel syndrome. Intestinale Mikrobiom-Darm-Hirn-Achse und Reizdarmsyndrom. Wien Med Wochenschr. 2018;168(3-4):62-6. doi: 10.1007/s10354-017-0592-0
  16. Ивашкин В.Т., Зольникова О.Ю. Синдром раздраженного кишечника с позиций изменений микробиоты. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2019;29(1):68-76 [Ivashkin VT, Zolnikova OYu. Irritable Bowel Syndrome in Terms of Changes in the Microbiota. Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2019;29(1):68-76 (in Russian)]. doi: 10.22416/1382-4376-2019-29-1-84-92
  17. Евсютина Ю.В., Ивашкин В.Т. Роль микробиома в развитии заболеваний поджелудочной железы. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2017;27(3):11-7 [Evsyutina YuV, Ivashkin VT. Microbiome role in pancreatic diseases development. Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2017;27(3):11-7 (in Russian)]. doi: 10.22416/1382-4376-2017-27-3-11-17
  18. Brubaker L, Luu S, Hoffman K, et al. Microbiome changes associated with acute and chronic pancreatitis: A systematic review. Pancreatology. 2021;21(1):1-14. doi: 10.1016/j.pan.2020.12.013
  19. Schepis T, De Lucia SS, Nista EC, et al. Microbiota in Pancreatic Diseases: A Review of the Literature. J Clin Med. 2021;10(24):5920. doi: 10.3390/jcm10245920
  20. Pan LL, Li BB, Pan XH, Sun J. Gut microbiota in pancreatic diseases: possible new therapeutic strategies. Acta Pharmacol Sin. 2021;42(7):1027-39. doi: 10.1038/s41401-020-00532-0
  21. Шаликиани Н.В., Бакулин И.Г., Дубинкина В.Б., и др. Особенности состава микробиоты кишечника у пациентов с алкогольным циррозом печени. Терапевтический архив. 2015;87(12):59-65 [Shalikiani NV, Bakulin IG, Dubinkina VB, et al. Specific features of the enteric microbiota composition in patients with alcoholic liver cirrhosis. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2015;87(12):59-65 (in Russian)]. doi: 10.17116/terarkh2015871259-65
  22. Frost F, Weiss FU, Sendler M, et al. The Gut Microbiome in Patients With Chronic Pancreatitis Is Characterized by Significant Dysbiosis and Overgrowth by Opportunistic Pathogens. Clin Transl Gastroenterol. 2020;11(9):e00232. doi: 10.14309/ctg.0000000000000232
  23. Zhou CH, Meng YT, Xu JJ, et al. Altered diversity and composition of gut microbiota in Chinese patients with chronic pancreatitis. Pancreatology. 2020;20(1):16-24. doi: 10.1016/j.pan.2019.11.013
  24. Frost F, Kacprowski T, Rühlemann M, et al. Impaired Exocrine Pancreatic Function Associates With Changes in Intestinal Microbiota Composition and Diversity. Gastroenterology. 2019;156(4):1010-5. doi: 10.1053/j.gastro.2018.10.047
  25. Ciocan D, Rebours V, Voican CS, et al. Characterization of intestinal microbiota in alcoholic patients with and without alcoholic hepatitis or chronic alcoholic pancreatitis. Sci Rep. 2018;8:4822. doi: 10.1038/s41598-018-23146-3
  26. Jandhyala SM, Madhulika A, Deepika G, et al. Altered intestinal microbiota in patients with chronic pancreatitis: implications in diabetes and metabolic abnormalities. Sci Rep. 2017;7:43640. doi: 10.1038/srep43640
  27. Hamada S, Masamune A, Nabeshima T, Shimosegawa T. Differences in Gut Microbiota Profiles between Autoimmune Pancreatitis and Chronic Pancreatitis. Tohoku J Exp Med. 2018;244(2):113-7. doi: 10.1620/tjem.244.113
  28. Bell ME, Bernard KA, Harrington SM, et al. Lawsonella clevelandensis gen. nov., sp. nov., a new member of the suborder Corynebacterineae isolated from human abscesses. Int J Syst Evol Microbiol. 2016;66(8):2929-35. doi: 10.1099/ijsem.0.001122

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Study participants. Division into groups.

Download (111KB)
3. Fig. 2. The distribution of participants in study groups by age.

Download (81KB)
4. Fig. 3. Ratios of participants in study groups by body mass index.

Download (73KB)
5. Fig. 4. The distribution of participants in study groups by body mass index.

Download (91KB)
6. Fig. 5. The distribution of pancreatic fecal elastase-1 levels in the study groups.

Download (80KB)
7. Fig. 6. Etiology of chronic pancreatitis according to the international classification TIGAR-O.

Download (57KB)
8. Fig 7. Etiological factors of surgery according to medical history.

Download (125KB)
9. Fig. 8. Heat map of the abundance of prokaryotic organisms in fecal samples of 85 patients with chronic pancreatitis and exocrine pancreatic insufficiency (indicated in green, orange, blue, and pink).

Download (1MB)
10. Fig. 9. Taxonomic α-diversity of the intestinal microbiota in the study groups.

Download (70KB)
11. Fig. 10. Graph of the similarity of the taxonomic composition (β-diversity) of the intestinal microbiota in patients with chronic pancreatitis and exocrine pancreatic insufficiency, measured using non-metric multidimensional scaling (NMDS) by species diversity (Brea–Certis dissimilarity) using the principle component analyses.

Download (109KB)
12. Fig. 11. Graph of the relative abundance of the four most common types of fecal specimens of all patients with chronic pancreatitis and different degrees of exocrine pancreatic insufficiency.

Download (102KB)
13. Fig. 12. Visualization of the intestinal microbiota balance in patients with varying degrees of exocrine pancreatic insufficiency using a CoDa-dendrogram (top-10 common families were selected for analysis).

Download (92KB)
14. Fig. 13. Analysis of the differential abundance of 16S bacterial amplicons agglomerated at the genus level and associated with groups 1, 2, and 3. The statistical significance level calculated from the analysis results for each differentially abundant genus is displayed to the right and left of the columns.

Download (214KB)
15. Fig. 14. Analysis of the differential abundance of 16S bacterial amplicons agglomerated at the genus level and associated with groups 2, 3, and 4. The statistical significance level calculated from the analysis results for each differentially abundant genus is displayed to the right and left of the columns.

Download (207KB)

Copyright (c) 2023 Maev I.V., Levchenko A.I., Galeeva J.S., Andreev D.N., Osipenko J.V., Bordin D.S., Ilyina E.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
 

Address of the Editorial Office:

  • Alabyan Street, 13/1, Moscow, 127055, Russian Federation

Correspondence address:

  • Alabyan Street, 13/1, Moscow, 127055, Russian Federation

Managing Editor:

  • Tel.: +7 (926) 905-41-26
  • E-mail: e.gorbacheva@ter-arkhiv.ru

 

© 2018-2021 "Consilium Medicum" Publishing house


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies