研究背景

膿毒癥是一種嚴重的傳染病，全球發(fā)病率和死亡率呈上升趨勢，是公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。流行病學(xué)資料顯示，膿毒癥每年影響數(shù)百萬人，死亡率為30%-50%。它發(fā)展復(fù)雜、迅速，常伴有嚴重的炎癥反應(yīng)和多器官功能障礙綜合征（MODS），給患者帶來巨大的病理和生理負擔(dān)，威脅患者生命。盡管膿毒癥的治療取得了一定的進展，如早期使用抗生素、支持治療，但其死亡率仍然很高，治療效果仍不理想。因此，深入了解膿毒癥的病理機制并探索新的治療方法至關(guān)重要。然而，腸道菌群失衡與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，包括膿毒癥。當腸道菌群失去平衡時，有益微生物群落減少，有害微生物群落增加。這種不平衡導(dǎo)致有害微生物增殖，破壞腸道屏障的完整性。因此，病原體和毒素可以穿過受損的腸道屏障進入循環(huán)系統(tǒng)，引發(fā)免疫炎癥反應(yīng)。這種免疫炎癥反應(yīng)可能是膿毒癥發(fā)生和進展的關(guān)鍵因素。

研究思路

作者基于已發(fā)表的全基因組關(guān)聯(lián)研究 (GWAS) 匯總統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使用雙樣本孟德爾隨機化 (MR) 分析評估了腸道微生物群組成與膿毒癥之間的關(guān)聯(lián)，并進行了敏感性分析以驗證結(jié)果的穩(wěn)健性。反向 MR 分析以及 GWAS 和表達數(shù)量性狀位點 (eQTL) 數(shù)據(jù)的整合，以確定潛在基因和治療靶點。在此基礎(chǔ)上，還對潛在的基因進行了下游分析，包括利用scRNA-seq和Bulk RNA數(shù)據(jù)驗證其表達情況，并進行了分子對接，以探索膿毒癥新的治療策略。

數(shù)據(jù)來源

主要結(jié)果

根據(jù) IVW MR分析，確定了11個對主要結(jié)果敗血癥具有因果影響的分類組。對于敗血癥的 28 天生存結(jié)果，10 個分類組顯示出因果關(guān)系。就膿毒癥而言，我們發(fā)現(xiàn) Lentisphaeria 屬、Coprococcus2 屬、Dialiste 屬、Lachnospiraceae UCG004 屬、Victivallales 目和 Lentisphaerae 門呈正相關(guān)，而 Clostridiaceae1 科 、Eubacterium eligens 屬 、Gordonibacter 屬 、Lachnospiraceae ND3007 屬，瘤胃球菌科UCG011屬具有負面的因果關(guān)系(F2，table1）。對于膿毒癥 28 天生存結(jié)果，Lentisphaeria 類、Coprococcus1 屬、Coprococcus2 屬、Lachnospiraceae FCS020 屬、Lentisphaerae 門和 Victivallales 目 呈正相關(guān)，而 Bacteroidia 綱 、XIII 科、Terrisporobacter 屬 和 Bacteroidales 目則具有負向因果關(guān)系 (table 2）。此外，留一法分析顯示，每種腸道微生物群對膿毒癥和其他結(jié)果的因果估計沒有顯著差異，這表明已確定的因果關(guān)聯(lián)均不是由任何單一 IV 驅(qū)動的（F3）。在反向 MR 分析中，沒有證據(jù)表明這些疾病與腸道微生物類群之間存在因果關(guān)系。

通過在線數(shù)據(jù)庫 SNPnexus 查詢SNPs 與基因的對應(yīng)關(guān)系，并將這些映射基因進行富集分析。GO 分析顯示，與疾病有利結(jié)果相關(guān)的腸道菌群可能涉及膽汁酸/有機羥基化合物/單羧酸/脂質(zhì)/羧酸/有機酸跨膜轉(zhuǎn)運蛋白活性、蛋白質(zhì) N 端結(jié)合、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白活性、單羧酸轉(zhuǎn)運、調(diào)節(jié)谷氨酸分泌、谷氨酸分泌和調(diào)節(jié)呼吸氣體交換等活動。另一方面，與疾病不利結(jié)果相關(guān)的腸道菌群可能涉及脂肪酶/溶血磷脂酶活性、肌動蛋白/磷脂酶/磷酸酪氨酸殘基/蛋白質(zhì)磷酸化氨基酸結(jié)合、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、軸突-樹突運輸、長期突觸增強的負調(diào)節(jié)、單酰甘油代謝過程、組蛋白去乙?；恼{(diào)節(jié)、逆行軸突運輸和 Fc-ε 受體信號通路等活動（F4)。

作者分析了 12 個樣本的 scRNA-seq 數(shù)據(jù)，包括來自 2 個健康對照、6 個幸存者和 4 個革蘭氏陰性膿毒癥患者死亡者的人類外周血單核細胞。這些細胞被分為 14 個子簇，并使用 SingleR R 包將它們注釋為可識別的細胞類型。主要細胞類型包括 B 細胞、單核細胞、T 細胞、NK 細胞、血小板、中性粒細胞、GMP 粒細胞-單核細胞祖細胞、前 B 細胞 (CD34-) 和 BM 骨髓（F5A)。然后，分析了與 11 個腸道菌群遺傳變異相關(guān)的基因，這些基因可作為膿毒癥的工具變量 (IV)。對于膿毒癥，作者發(fā)現(xiàn)與健康個體相比，膿毒癥期間免疫細胞中的 PLCG2 上調(diào)，膿毒癥期間 Pre-B 細胞 (CD34-) 中的 BCL6 上調(diào)，而 GMP 細胞中的 IGF2BP2 上調(diào)（F5B–E)。關(guān)于膿毒癥 28 天死亡率，觀察到 ZDHHC19 在健康個體血小板中的表達最低，在膿毒癥幸存者 28 天時血小板中的表達增加，在膿毒癥非幸存者 28 天時血小板中的表達最高。此外，與正常樣本相比，SNRPN 在膿毒癥的 Pre-B 細胞 (CD34-) 和 T 細胞中的表達降低（F6）。

對于GSE65682 數(shù)據(jù)集，作者使用 limma 對健康個體和膿毒癥患者進行了差異基因表達分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與健康個體相比，膿毒癥患者的 NTSR1、BCL6、ZDHHC19、MGLL 和 ALPK1 顯著上調(diào)，而膿毒癥患者的 VAV2 和 SATB1 顯著下調(diào)。此外，與 28 天存活的膿毒癥患者相比，作者觀察到 28 天死亡的膿毒癥患者的 FCHO1 顯著下調(diào)。這些發(fā)現(xiàn)與孟德爾隨機化和單細胞分析結(jié)果一致。

在膿毒癥中發(fā)現(xiàn)氟尿嘧啶可以降低NTSR1的表達。環(huán)磷酰胺、地塞米松、阿霉素、脂多糖和白藜蘆醇可以降低BCL6的表達。白藜蘆醇可以降低ZDHHC19的表達。順鉑、地塞米松、阿霉素、異丙腎上腺素和拓撲替康可以降低MGLL的表達。阿霉素可以降低ALPK1和PLCG2的表達。阿霉素、吲哚美辛、褪黑素、甲氨蝶呤和白藜蘆醇可以降低APP的表達。白藜蘆醇和長春新堿可以降低SNRPN的表達。地塞米松可以增加VAV2的表達。慶大霉素可以增加SATB1的表達。炔雌醇可以增加FCHO1的表達。慶大霉素、異丙腎上腺素、甲氨蝶呤和白藜蘆醇可以增加IGF2BP2的表達。慶大霉素和白藜蘆醇可以增加CENPN的表達（F7）。

文章小結(jié)

本研究首次采用孟德爾隨機化研究設(shè)計來研究腸道菌群與膿毒癥之間的關(guān)系，成功地鑒定了與膿毒癥相關(guān)的腸道菌群。此外，利用eQTL從這些工具變量 (SNP) 中鑒定了與膿毒癥相關(guān)的基因。這表明腸道菌群可能通過調(diào)控這些基因?qū)δ摱景Y的發(fā)病機制產(chǎn)生影響。一方面，作者使用單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)分析和注釋了膿毒癥患者血液樣本中不同細胞類型基因的表達。另一方面，還使用bulk RNA 測序數(shù)據(jù)比較了健康個體、幸存的膿毒癥患者和已故膿毒癥患者中這些基因的表達譜。通過這些比較，可以了解它們在不同病理狀態(tài)下的表達變化，可能有助于識別與膿毒癥預(yù)后和病情嚴重程度相關(guān)的生物標志物。最后，作者通過預(yù)測和分子對接的方法，探索了其中的一些基因可以作為潛在的治療靶點，并預(yù)測了與這些靶點相關(guān)的潛在治療藥物。這為制定膿毒癥的個性化治療策略提供了啟示，并為未來的藥物開發(fā)提供了初步的候選靶點和藥物。