Magas és átlagos BMI-vel rendelkező egészséges nőknél a vulva és a hasi bőr mikrobiota összehasonlító vizsgálata

Absztrakt

Háttér

Az elhízásról ismert, hogy számos módon modulálja az emberi egészséget, ideértve a bél mikrobiomjának megváltoztatását is. Nagyon kevés tanulmány vizsgálta, hogy az elhízás miként befolyásolhatja a béltől távoli helyek mikrobiomáit. Feltételeztük, hogy a vulva és a hasi bőr különösen érzékeny lehet a testtömegindex (BMI) által kiváltott biofizikai tulajdonságok változásaira, valamint a mikrobiom fokozott maceráció és bőrredők miatt ezeken a helyeken. A vizsgálat célja annak meghatározása volt, hogy a magas BMI (≥30) összefügg-e a vulva és a hasi bőr biofizikai tulajdonságainak és mikrobiomáinak változásával.

Eredmények

Egészséges szaporodáskorú nők vulva mikrobiális közösségeit 16S rRNS szekvenálási technikákkal vizsgáltuk. Eredményeink azt mutatják, hogy a magas testtömeg-indexdel (BMI) rendelkező nők vulvar pH-ja statisztikailag magasabb volt, mint az átlagos BMI-vel rendelkező nőké. A vulvar mikrobiota filogenetikai elemzése azt mutatta, hogy az átlagos BMI-vel rendelkező nők túlnyomórészt Lactobacillus-uralta a flórát, míg a magas BMI-vel és magasabb pH-értékű nőket túlnyomórészt gyarmatosította Finegoldia és Corynebacterium. Ezt a BMI-vel összefüggő mikrobiota-elmozdulást nem figyelték meg a has körüli kitett bőrről gyűjtött mintákban, ami azt jelzi, hogy a hatás nem globális.

Következtetés

Ezek az eredmények azt jelzik, hogy a BMI változásával járó fiziológiai változások modulálhatják a vulva mikrobiomot.

Háttér

Az emberi testet mikrobaközösségek lakják, amelyek alkalmazkodtak bizonyos anatómiai helyekhez [1]. A bélben és a bélen kívüli helyeken, például a bőrön és a hüvelyen található mikrobiális populációk számos emberi egészségi állapothoz kapcsolódnak, beleértve a gyulladásos bélbetegségeket, fekélyeket, vastagbélrákot, vaginosist, depressziót, pikkelysömöröt és elhízást [2, 3,4,5,6]. Mivel az elhízás elterjedése sok országban növekszik, egyre több tanulmány készült ennek az állapotnak a mechanizmusa és következményeinek tisztázása érdekében. Számos tanulmány szoros összefüggést tárt fel az elhízás és a bél mikrobiomjának összetétele között [7,8,9,10], és egy tanulmány összefüggést mutatott az elhízás és a belső női urogenitális traktus mikrobiomája között [11]; azonban kevésbé ismert az elhízás más anatómiai helyek mikrobiomáira gyakorolt hatásáról.

A bőr mikrobiomját jól jellemezték, és ismert, hogy különálló, helyspecifikus mikrobaközösségeket hordoz magában, amelyeket a fülke biofizikai tulajdonságai, például a nedvesség és a pH befolyásolnak [12,13,14,15,16,17]. A vulva a bőr egyedülálló régiója, amely átmenetként szolgál a bőr hámsejtje és a női urogenitális traktus nyálkahártyája között. A mai napig viszonylag kevés vizsgálatot végeztek az egészséges nőstények vulváját gyarmatosító mikrobák jellemzésére. Úgy gondolják, hogy a vulvar mikrobiális közösségek klinikai jelentőségűek, mivel szabályozzák a nem őshonos flóra szaporodását, beleértve azokat a kórokozókat is, amelyek fertőzést okozhatnak, és befolyásolhatják az urogenitális terület kényelmét is. Ezért a vulvar mikroflórát moduláló tényezők befolyásolhatják a vulvar terület kényelmét és egészségét.

Az elhízásról kimutatták, hogy a plazma ösztrogénszintjének növelésével, a szisztémás gyulladás emelésével és az immunfunkció csökkentésével befolyásolja a női fiziológiát [18,19,20]. Feltételeztük, hogy a BMI által kiváltott fiziológiai változások megváltoztatják a bőr biofizikai tulajdonságait, ami viszont módosítja a mikrobiómot ezen a helyen. Ez a tanulmány a hasi és a vulvari bőrre összpontosított, mivel feltételezték, hogy ezek a helyek különösen érzékenyek lehetnek a BMI által kiváltott biofizikai tulajdonságokra és mikrobiota szerkezetre a megnövekedett bőrredők, elzáródás és maceráció miatt. Ezért ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy meghatározza, hogy a 30 vagy annál nagyobb BMI-ként definiált elhízás összefügg-e a vulva és a hasi bőr biofizikai tulajdonságainak és mikrobiomjának változásával.

Eredmények

A BMI státusz a laboratóriumban magasabb pH-értékhez kapcsolódott

Annak eldöntése érdekében, hogy a BMI megváltoztatta-e a bőr és a vulvar régió biofizikai tulajdonságait, mértük a külső szeméremajkak és az exponált hasi bőr pH-értékét és transz-epitheliális vízveszteségét (TEWL). Az 1. táblázat eredményei azt mutatják, hogy a magas BMI-csoportba tartozó nők statisztikailag magasabb pH-értékkel rendelkeztek a vulvar régióban, mint az átlagos BMI-csoportban lévő nők. Ezek az eredmények összhangban vannak egy korábbi tanulmány eredményeivel, amelyek pozitív összefüggést jelentettek a hüvely pH-ja és a BMI között [21]. A kitett hasi bőr pH-értéke nem különbözött az alacsony és a magas BMI-alanyoktól. A 2. táblázat azt mutatja, hogy a kitett bőr TEWL-je statisztikailag alacsonyabb volt a magas BMI-csoportban, bár még mindig az egészségesnek tekintett tartományokon belül [22, 23]. Ezek az adatok azt jelzik, hogy a BMI helyspecifikus módon megváltoztathatja a bőr hámjának specifikus biofizikai tulajdonságait.

A vulvában bekövetkezett baktériumok közösségi modulációi társultak a BMI-vel

A belső és külső szeméremajkak mikrobiája különbözik az átlagos és a magas BMI-s nők között. Az oszlopdiagramon a baktériumok nemzetségeinek relatív százaléka látható a belső és külső szeméremajkakon (a). A 13 legelterjedtebb nemzetség (az összes laboratóriumi minta átlaga) látható. Súlyozott UniFrac fõ koordinátanalízist végeztünk a külsõ szeméremajkak mikrobiota és a belsőb), valamint átlagos és magas BMI-s nők (c). A súlyozott UniFrac statisztikai szignifikanciáját anosim és PERMANOVA tesztekkel és o-értékek jelennek meg

A mikrobiota jósolt metabolomikus profilja magas és átlagos BMI-s nőktől

Annak megvizsgálására, hogy a magas és az alacsony BMI-állapot befolyásolja-e a vulva mikrobaközösségeinek metabolikus aktivitását, a PICRUSt algoritmust [31] alkalmaztuk a metagenómák következtetésére és a gének beemelésére a Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) szintjeire. 3 (2. ábra). A 2. ábra azt mutatja, hogy a glikolízis/glükoneogenezis útja az előrejelzések szerint átlagos BMI-ben gazdagodik, míg a baktériumok szekréciós rendszerei jósoltak a magas BMI-s nőknél.

A vulvában talált mikrobiális közösségekben a magas és az átlagos BMI-vel kapcsolatos várható anyagcsere-különbségek. A metabolikus utakat PICRUSt szoftver segítségével azonosítottuk. Welch t-próbáját Benjamini-Hochberg FDR teszt korrekcióval használták a q-érték kiszámításához

A hasi bőr mikrobiotáját a BMI állapota nem befolyásolta

Annak megértése érdekében, hogy a BMI-hez kapcsolódó mikrobioma-eltolódás lokalizálódott-e a vulván, vagy kiterjedt-e egy szomszédos régióra, 16S rRNS-analízist végeztünk a kitett és elzárt hasi bőr mikrobiota mintáin. Az átlagos és magas BMI-vel rendelkező nők alsó hasából az exponált bőrből vettünk mintákat. Az elzáródott bőrmintákat magas BMI-vel rendelkező nők bőrredőiből vettük. A 3a. Ábra a kilenc legnépesebb nemzetség százalékos bőségét mutatja a kitett és elzáródott bőr esetében. Nagy mennyiségű volt Staphylococcus és Corynebacterium minden mintán, ami összhangban áll a bőr mikroflóra jellemző korábbi jelentéseivel [13,14,15,16, 32]. A TEWL-értékek megfigyelt változása ellenére (2. táblázat) a Corynebacterium, Lactobacillus, és Micrococcus a kitett bőrön statisztikailag nem különböztek a normál és a magas BMI csoportok között (9. táblázat). Ez nem volt meglepő, mert mindkét csoport TEWL-értékei jóval az egészséges tartományon belül voltak [22, 23].

Az elzáródott és kitett hasi bőr mikrobiája hasonló volt, és a BMI státus nem befolyásolta őket. Az oszlopdiagram (a) mutatja a baktériumok nemzetségeinek relatív százalékát minden egyes hasból gyűjtött mintánál. Az első tíz leggyakoribb nemzetség (az összes hasi minta átlaga) látható. A súlyozott UniFrac főkoordinátanalízis azt mutatja, hogy az elzáródott és az exponált bőr mikrobiotája hasonló volt, és nem módosította őket a BMI státusza (b)

A hasi bőr mikroflórájának hasonló tanulmányában Edwards et al. nagy mennyiségben talált Paenibacillus, tipikusan a talajban, a kitett és elzáródott hasi bőrön található endospóraképző baktériumok [33], amelyeket ebben a vizsgálatban nem figyeltek meg. Edwards és mtsai. csak azokat a nőket vették mintába, akiknek BMI-értéke ≥ 40, míg a jelenlegi vizsgálatban olyan nők vettek részt, akiknek BMI-je 18–25 vagy ≥ 30 volt. Ez a különbség a vizsgálati alanyokban a nem kimutatható Paenibacillus.

Az elvi koordinátanalízis a súlyozott UniFrac pontszámok felhasználásával szignifikáns átfedést mutatott a kitett és az elzáródott bőr között mind normál, mind magas BMI-s nőknél (3b. Ábra). Ezek az adatok azt mutatják, hogy a nem nyálkahártya bőr mikrobiómái, mint a has, stabilabbak és ellenállóbbak lehetnek a BMI által kiváltott fiziológiai változásokkal szemben.

Vita

A megnövekedett BMI összefüggésbe hozható hipertóniával, koszorúér-betegséggel, 2-es típusú cukorbetegséggel, szélütéssel, epehólyag-betegséggel, osteoarthritissel, alvási apnoével, metabolikus szindrómával és rossz életminőséggel [34, 35]. Kimutatták továbbá, hogy az elhízás hatással lehet a bél mikrobiomjára, változást okozva a sokféleségben és az anyagcsere útvonalában [7,8,9,10]. A magas BMI-vel társuló metabolikus szindrómáról kimutatták, hogy mélyen befolyásolja az inzulinrezisztenciát, a kapcsolódó szénhidrát-anyagcserét és genezist. Pontosabban kimutatták, hogy ezek a körülmények csökkentik a glikogénszintet, miközben növelik a plazma glükózszintjét [36, 37]. Feltételezik, hogy ezek a megváltozott állapotok mély hatással lehetnek a vulvar mikrobiom szerkezetére.

A mikrobiómaváltozások mind a környezeti, mind a gazdaszervezethez kapcsolódó tényezőkből fakadhatnak. A környezeti tényezőket illetően megfigyelték, hogy a vulvar pH-értéke különbözött a normál és a magas BMI-alanyok között. Ezzel szemben a BMI nem befolyásolta a bőrgát egészségét, ami hasonló aktivitási vizet jelentene minden alany számára. Ezek az adatok azt mutatják, hogy a BMI megváltoztatja a labiális bőr specifikus biofizikai tulajdonságait, például a pH-t; azonban a BMI nem befolyásolja a has el nem elzáródott bőrét, ami azt jelzi, hogy a hatás nem globális jelenség, hanem a nyálkahártya-helyekre jellemző.

A magas BMI-alanyok mikrobiom-változásának egyik magyarázata a szén-egyensúly megváltozása lehet, amelyet a gazda biztosít a közösség számára. Lactobacillus ismert arról, hogy képes megváltoztatni a környezete pH-ját. Megfelelő feltételeket és megfelelő szénhidrátokat biztosított az erjedéshez, Lactobacillus tejsavat állít elő, amely savanyítja a környezetet [42]. Ez a folyamat versenyelőnyt biztosít a Lactobacillus olyan képességük tekintetében, hogy boldoguljanak olyan környezetben, ahol más baktériumok, mint pl Escherichia coli, nem lehet [43,44,45]. Úgy tűnik azonban, hogy ezek a feltételek megváltoztak a magas BMI-alanyok tekintetében.

A PICRUSt (2. ábra) eredményei azt sugallják, hogy a közösség más tagjai metabolikusan aktívabbak a glükózfelhasználás szempontjából a megnövekedett BMI-re adott gazda válasz eredményeként. Ez a tanulmány nem mérte mennyiségileg az egyes tagok metabolikus aktivitását a közösségben, ezért további kísérletekre lenne szükség ennek a hipotézisnek a megerősítéséhez. Az inzulin jelátviteli útvonal génjeinek növekedése (2. ábra) magas BMI-s alanyokban tovább erősíti az összefüggést az alapul szolgáló metabolikus szindróma és a mikrobiomra gyakorolt hatás között. A metabolikus szindrómát ezeknél az alanyoknál klinikailag nem értékelték, ezért további vizsgálatokra van szükség.

Következtetés

A tanulmányban megfigyelt BMI által kiváltott változások betekintést nyújtanak a mikrobiómák szabályozásába a gazda-közösség interakciók révén. A megfelelő szénforrások vesztesége korlátozottnak tűnik Lactobacillus proliferáció. A feltételezett glikogénvesztés és az ebből eredő nyomásveszteség Lactobacillus kevésbé domináns mikrobák szaporodását engedélyezte. A glükóz egyidejű növekedése lehetővé tette a közösség többi tagjának dominanciáját. Az eredmény a bőr pH-jának megfigyelt növekedése és a bőr csökkenése volt Lactobacillus magas BMI-vel járó túlsúly. További vizsgálatok indokoltak, ideértve a glikogén/glükóz szint közvetlen mérését és az alany egészségi adatainak összegyűjtését a metabolikus szindróma jelenlétének felmérésére. Az is célszerű, ha a mikrobiómát és a hozzá kapcsolódó anyagcsere-értékeléseket kiegészítik az emberben előforduló metabolikus szindróma előrejelzésével. Ezenfelül az adatok azt sugallják, hogy szén -/nitrogénforrások hozzáadása, amelyek közvetlenül felhasználhatók Lactobacillus és nem a közösség más tagjai segíthetnek fenntartani a vulva mikrobiomot egy másikban Lactobacillus-uralkodó állam.

Anyag és módszerek

Minta kollekció

Adatelemzés

A kvantitatív betekintést a mikrobiális ökológiába (QIIME) 1.9.0 adatelemző eszközt használtuk a későbbi 16S rRNS adatok elemzéséhez. A szekvenciákat de-mutiplexizáltuk, és az operatív taxonómiai egységek (ki) táblázatait zárt referencia OTU felhasználásával állítottuk össze, összehasonlítva a Greengenes referencia adatbázissal (13_8 verzió) 97% -os azonosság mellett, és a fennmaradó OTU-kat elvetettük [49]. A minőségi szűrők után összesen 865 634 olvasás történt. Mintánként átlagosan 7154 számít. Az 1020-nál kevesebb mintával rendelkező mintákat kizártuk az elemzésből. A retefrakciós görbék azt mutatták, hogy nagyon kevés további OTU-t figyeltek meg 1020 olvasás után. A taxonómiát a Greengenes referencia adatbázis alapján osztották ki. Az alfa diverzitás mutatókat a QIIME 1.9.0-ban számoltuk. A béta változatosság kiértékelését a QIIME 1.9.0 verzióban végeztük súlyozott és súlyozatlan UniFrac mérőszámokkal, és az elv koordinátanalízis (PCoA) segítségével vizualizáltuk [50, 51]. A PICRUSt-t használtuk a metagenómák előrejelzésére és a gének KEGG-útvonalakba történő összecsukására (3. szint).

Statisztikai analízis

Lineáris regressziót és t-teszteket alkalmaztunk annak meghatározására, hogy a pH és a TEWL összefüggenek-e a BMI státussal. A jelentőséget a o ≤ 0,0500. A metagenomikus profilok statisztikai elemzését (STAMP) alkalmaztuk a magas és az átlagos BMI-csoportok közötti KEGG-funkciók közötti különbségek meghatározására. Welch t-próbáját Benjamini-Hochberg FDR teszt korrekcióval használták a q-érték kiszámításához. Az alfa diverzitás mérőszámaiban és a baktérium nemzetségek relatív bőségében a különbségeket Kruskal-Wallis tesztekkel számoltuk. A béta diverzitás mérőszámai közötti különbségeket anosim és PERMANOVA tesztekkel számoltuk. P a 0,05-nél kisebb vagy azzal egyenlő értékeket szignifikánsnak tekintették, és értékeket jelentettek.