面对高致命孕期疾病,我们如何在肠道找到突破口?
周宏伟 | 热心肠智库专家 2020-07-09
时长:24:01 字幕:高春辉 审校:高春辉
发病率5%-8%,这一孕期常见疾病与肠道菌群也存在密切联系。
周宏伟
南方医科大学微生物组医学中心主任
南方医科大学珠江医院检验医学部(临床检验科暨中心实验室)主任
了解更多
由蒙牛冠益乳独家冠名赞助
本演讲由蒙牛冠益乳独家冠名赞助,并受到民福社会福利基金会的大力支持和协助。
图文实录

各位《肠·道》的观众们,各位朋友们大家好!

我是来自南方医科大学珠江医院的周宏伟,非常高兴再次来到《肠·道》的讲台,跟大家分享我们研究故事。

我今天跟大家分享的内容是:肠道菌群紊乱是不是子痫前期的关键病因。

我想我们关注肠道菌群的各位同仁们,肯定都是知道肠道菌群跟各种各样的疾病都存在非常重要的关联。

而且,这两年越来越多的报道说,肠道菌群在这个疾病中,在那个疾病中,产生了林林总总的影响。

但是,大家在兴奋的同时,可能也会产生一些怀疑。

肠道菌群这个事情到底靠不靠谱?我们怎么去理解这么复杂的肠道菌群跟疾病之间的关系?这些肠道菌群到底跟疾病之间能不能产生一个诊断或者是治疗的潜在的用途?

所以,我希望我今天讲的这一个故事,能够是这样的一个例子。

首先我们关注的子痫前期(PE)它是一个什么样的疾病呢?子痫前期它是以妊娠 20 周后出现的血压升高和蛋白尿,同时伴随心血管肝肾等多脏器功能受损为特征的一种妊娠期的特异性的症候群。

它不光是影响到胎儿的发育,而且还影响到肾脏心脏、血液、脑部以及肝脏等多个器官功能。它是导致孕产妇、围产儿死亡的主要原因之一。

全球每年导致大约 7 万例的孕产妇死亡,大约 50 万例的胎儿和新生儿死亡。所以,它是一个非常重要的疾病。而且,即便是在终止妊娠分娩之后,新生儿以及产妇的预后也是不良的。

所以,子痫前期是我们产科的一个非常重要的疾病类型,它本身的发病率大概在 5%~8%左右。在临床上面,常常把它叫做妊高症妊娠期的高血压。

而这个疾病它的一个困境是什么呢?第一个,缺乏有效的治疗方法。目前在临床上面是以解痉降压、适时的终止妊娠为主要的手段,治疗效果欠佳。

第二,它也缺乏有效的预警的标志物,不利于早期的防控。目前来说,有用母体的各种因素,比如说它的妊娠史、双胎等等这些因素,也有依赖于子宫的多普勒的彩超,或者加上一些平均动脉压等等这些方法进行的一些筛查。但是,这些方法实际上目前都是一些小规模队列的研究。

从我们检验的角度,sFlt-1/PIGF 的比值预测两周内发生子痫前期的一个阴性预测值效果是比较好的。但是它队列规模也还是比较小,同时它只能够预测两周之内的。

所以,到目前为止在妊娠第一二阶段还没有能够可靠预测子痫前期的方法,同时也没有一个好的治疗的或者是预防的方法。因此这个疾病目前来说还是一个非常难以去诊治的疾病。

那么子痫前期它之所以这么难以去预测、难以去预防、难以去治疗,它关键的一个原因就是发病机制还不清晰。这个疾病的病因假说是众说纷纭,包括血管内皮受损、胎盘的浅着床、遗传的易感性、胰岛素抵抗、氧化应激等等。

它们主要讲的都是滋养细胞、动脉血管的上皮细胞或者动脉血管的肌肉细胞受到的影响机制。这些机制都是一些描述的,确切的机制还没有完全的阐明。

从临床角度,子痫前期与代谢综合征是密切相关。而代谢综合征中间的肥胖、胰岛素抵抗、高血糖、高血脂等等这一系列表型都会导致免疫的失衡,导致炎症反应的上升,进一步促进了滋养细胞的侵袭不足,从而导致了它的螺旋动脉重塑的不足,造成胚胎的供血的不足,并进一步产生血压上升以及胎盘浅着床。

而代谢综合征恰恰是与我们肠道菌群密切相关的!我们都知道,一个平衡的肠道菌群在代谢综合征中是扮演非常重要的角色。

而有些异常菌、病原菌的增加,或者是一些有益菌的减少,比如说 Akkermansia、Faecalibaterium 这些菌的减少则诱发疾病。

有益菌的减少和有害菌的增加会促进炎症反应,促进免疫的失衡,从而导致肠屏障的受损,促进细菌的移位以及一系列的菌群有关的损伤,并会在肥胖、高血压、糖尿病、脂肪肝、冠心病等等这些疾病中间发挥重要作用。

是否有可能,肠道菌群紊乱在子痫前期中间扮演很重要的角色呢?肠道菌群紊乱它是引起很多的肠外的远端器官的损伤的。

除了肠道本身,皮肤、心、脑、骨或者是关节、肝、肾等等一系列都会受到肠道菌群紊乱引起的远端损伤。

所以在子痫前期发生的过程中间,有没有可能存在一个所谓的肠道-胎盘轴的作用呢?也就是我们肠道菌群在分娩前,直至分娩后甚至在怀孕的早期就有可能发生了紊乱。

而这种紊乱的菌群通过一系列的作用,可能会影响到胎盘的发生和发展。同时,在胎盘本身也有可能存在一定的菌群紊乱。

当然,这种胎盘菌群的紊乱过去大家关注更多的是由于泌尿生殖道的上行性的感染引起的。当然会不会也有可能从其他途径来源的菌群影响了胎盘的菌群,从而影响了新生儿的发育呢?

而胎盘有没有微生物群落在前面几年也有很多的争论。

尤其是去年在 Nature 上面发表了一篇很大的文章。它的论述就是胎盘里面是没有正常菌群的,但是胎盘里面是有一些异常的菌。当然在这个研究中他主要说胎盘里面有 GBS 这样的一个无乳链球菌的定植。

但是,会不会有一些异常的菌群从肠道来源或者是其他来源,在胎盘中间定植,或者说它哪怕没有定植但依然影响到到胎盘的发育或者是新生儿的发育呢?

所以我们这个工作,就是从人群以及动物两个角度去探讨这样的一个问题。

首先我们来看菌群。我们分成了三个部分:菌群的群落结构,胎盘的群落结构,菌群失调在子痫前期发病中的作用。

我们首先来看子痫前期患者肠道菌群生物多样性发生了显著的改变。左边这幅图,蓝色的是正常血压的孕妇,红色的这些点代表的是子痫前期的孕妇。

我们可以看到,两组的孕妇她们的肠道菌群是显著区分开的。左上角两幅图是她们的α多样性,表示它多样性也在下降。

右边这幅图,我们就看到子痫前期患者富集了 Fusobacterium 就是 Veillonella,Clostridum 等等这些细菌。而她会缺失一些什么菌呢?会少一些像 Akkermansia、Faecalibacterium 等等这些常见的有益菌。

所以,菌谱似乎看起来是靠谱的。这是我们人的菌群的数据。

如果想做诊断的话,我们来看看。我们在这个地方有两个地区,一个是江西,一个是广东,分别进行了建模。

我们可以看到,左边这幅图是做本地建模本地验证的时候,AUC 值非常的,高大概在 97%~99%。所以,说明区分是非常的显著,子痫前期的患者和正常的这些孕妇的肠道菌群差别非常的大。

我们又做了一件事,是来比较广东和江西两地的这些子痫前期患者她的肠道菌群有什么异同。我们可以看到无论用广东的模型去检验江西,还是用江西的模型去检验广东,它的 AUC 都达到了 80%以上,还是有一个比较好的区分的。

这提示我们在这种不同的区域之间,这种子痫前期的肠道菌群的紊乱有比较强的相似性。这也在提示我们,肠道菌群可能在子痫前期中间有比较重要的作用。

我们来看看这些差异菌属与临床指标之间它的关联是怎么样的。可以看到我们上面 4 个是富集的菌,下面三个是在子痫前期患者相对下降的菌。

它们和血压、尿蛋白肝功能等等这些指标存在相应的正相关或者是负相关的关系。也就是说,这些特征菌和我们的临床表现之间存在关联。

我们再进一步来看,当我们取胎盘中间的微生物来检测的时候。首先,左边这幅 A 图是 16S rRNA 总的定量的结果,看到是子痫前期患者是比起正常组是显著上升的。

进一步我们又用 qPCR 来检测 Fusobacterium 这样的一个关键菌。在对照的水中间我们没有能够扩增出这样的一个菌来,而在粪便样本中间都能够扩增出来。

那么我们来看胎盘中间怎么样呢?NP 这一组有一部分志愿者被扩增出来,但是在 PE 这组我们看到有相当高的比例的人她是能够被扩增出来的。同时,两组之间是有统计差异的。也就是说在子痫前期患者中间,她的 Fusobacterium 是显著上升了的。

那么我们进一步用荧光原位杂交来鉴定来检测胎盘中间的微生物。我们左边这幅图是用的是普通的 16S 的探针。我们可以看到在绒毛这些壁上面,PE 这一组它是有这样的一个绿色荧光染色的显著的上升的这样的一个现象。

其实,我们细菌在绒毛上面是有一定的富集的。如果我们进一步来看 Fusobacterium,我们看 B 图的 PE 这一组我们也能够看到 Fusobacterium 在上面的定植。

我们进一步来看,它的结构也是不同。

我们可以看到子痫前期,PE 和 NP 两组是在胎盘上面的菌群也是有显著区别的。它和刚刚的粪便中间区分的菌群不是完全一样,甚至是有许多的差别之处。

这也似乎在提示我们这种能够迁移到胎盘中间发挥作用的菌群是有一定的局限性的,是有一定的特异性的。

那么这种在胎盘上面的菌群,我们想来看看跟它的胎盘局部的炎症因子,也就是胎盘组织中间的炎症因子表达水平有没有关系。

我们检测了 Il6、ll1β、Ccl4、Ccl3 这 4 个炎症因子。我们看到什么呢?胎盘中间的 16S rRNA 总的载量和白介素 6 以及 Ccl4 之间,是存在一个比较好的相关性。胎盘中间的细菌有可能激发了胎盘的局部的炎症反应。

而刚才讲到的都是一些关联,我们看到的肠道菌群的不一样,胎盘菌群的不一样。那么更重要的是,我们想搞清楚肠道菌群紊乱对这样的一个疾病,是不是真的扮演了一个病因的角色?

我们把正常组和子痫前期的孕妇的肠道粪菌,分别都接种到小鼠体内。首先  BCDE 我们都是在鉴别是否有了成功的定植。我们可以看到两组接种后的菌群是不一样的,同时在 CD 两幅图我们可以比较好的复制了患者的肠道菌群的特征。它们的趋势和患者是相似的。

同时我们看到像 Fusobacterium 等等这些菌,确实在接种了子痫前期的 FMT 的组是有上升的。

好了当我们把菌群成功定植之后,我们来看看它对固有肠道免疫的影响。我们检测了肠道固有层中 Treg/Th17 的这样的一个免疫平衡。我们看到的是 Treg/Th17 比例的显著下降。

不光是在小肠的固有层中间,而且在脾脏中间同样的发生了 Treg/Th17 的免疫的失衡。而 Treg/Th17 比例的显著下降,我们知道是跟高血压的发生是有这样的一个关联的。

而进一步我们来看到是什么呢?看到它的肠屏障功能是受损的。我们看到的是肠瘘发生的增加(图 AB),看到的是白蛋白以及内毒素的增加,粪便中间的标志物以及血液中间的标志物都观察到这样的现象。

进一步我们来看肠道上面的 4 种主要的屏障蛋白相关的表达情况。无论是 C 图 RNA 的水平还是 DEFG 的蛋白水平,都看到了它的屏障功能的受损。

我们进一步用组织病理的方式来观察。我们看到了这 4 个蛋白,它在我们最下面一排的 PE 组,它的表达水平、紧密连接蛋白的表达量都显著的发生了下降,因为它们染色出来是棕色的。在 NP 组它是相对是比较正常的,而在 PE 组是发生了显著的下降。

这种屏障的受损、免疫功能的受损,伴随的就是这些肠道菌群进一步的迁移。我们观察到的是接种了子痫前期的这些小鼠胎盘中间的微生物量就显著的上升了。

A 图看到的是在 PE-FMT 组,它总的 16S rRNA 显著上升。而我们观察的 Fusobacterium 这样的一个迁移也发生了上升。C 图的荧光染色也发现在 PE 组它是发生了显著的上升。而 D 图看到的是菌群的变化。

刚才讲的是粪便菌群,现在看到的两组之间胎盘的菌群也存在显著的差别。那么除了这些菌群的差别之外,我们也同样观察到了 4 种主要的炎症因子,它们和人类和患者发生了相似的这样的一个变化特征。

也就是说,我们通过接种了小鼠之后,发生了比较类似的这样的一个菌群的变化、位移。

那么我们再进一步来看它的表型。我们看到血压变化的时程,灰色的这一组在我们整个实验过程中间是对照组,它的血压是比较平稳的;蓝色的这一组是接种了正常孕妇的粪菌的小鼠;

而红色的这一组是接种了子痫前期患者的肠道菌群的小鼠,它的血压在 42 天的时候就发生了显著上升,而在交配之后它的血压进一步发生了上升。这和我们临床的子痫前期它的血压的上升是相一致的。

从 B 图来看,我们可以看到的是它的一个蛋白尿的情况。交配前它的血压上升但是蛋白尿并没有上升,但是在交配后、在分娩前,我们观察到它的蛋白尿的也发生了显著的上升。那么,这个表型也是和子痫前期患者相似的。

我们进一步来看胚胎的情况。A 图我们看到的是它的胚胎。接种了 PE 组(最下面这一组)看到它的胚胎的数量发生了显著的下降。

除了胚胎的数量之外,我们看 B 图是胚胎的重量,我们看到胚胎的重量以及胎盘的重量在 PE 组(粉色)也都发生了显著的下降,也就是说这些表型都比较好的去复制了子痫前期的人体的情况。

我们来看病理的结果。在组织病理学上,我们看 A 图指的是它的胎盘上面的迷路层和连接层之间的这样的一个比例,可以看到子痫前期这一组发生的是迷路层和连接层的比例的增加。

连接层就是所谓的胎盘着床的这一层,也就是说明它是存在浅着床的这样的一个现象。本身迷路层上面也发生了一些病理学的变化(B 图)。

而 C 图展示的是肾脏的差别。尽管在胎盘上面发生了一些显著的区别,但是在肾脏上面在 PE 组它并没有和 NP 组呈现出明显的组织病理的变化。这就提示我们蛋白尿的发生机制还需要进一步的研究。

除了这些之外,最重要的就是一个胎盘的螺旋动脉的重组。上面染的是它的一个滋养细胞,我们可以看到在 PE 组它的滋养细胞在螺旋动脉这样的一个周边是发生了下降。

下面染的是它的一个平滑肌,我们可以看到这个平滑肌在 PE 组是发生了显著的增加。所以,这是符合子痫前期的螺旋动脉重塑过程中间发生了紊乱的现象。

所以结论是什么呢?肠道菌群紊乱我们想它不光是发生了紊乱,而且它这种紊乱的肠道菌群通过肠屏障的破坏,通过肠道的受损,首先是影响了肠道和全系统的 Treg/Th17 的这样的一个失衡。

同时这些屏障的受损之后,有一部分菌群会直接迁移到远端的胎盘组织,而且这种免疫的失衡对于血压以及远端器官的炎症反应都产生了影响,最终在子痫前期的病理中间起了一个非常重要的作用。这是我们现在的假设。

这个研究初步探明了子痫前期患者肠道菌群结构的特征,以及它对宿主代谢和免疫应答等过程的影响。它的一个价值是为子痫前期的筛查提供了新的备选标志物,并且,也有可能是未来的临床治疗的一个新的靶标。

第二,我们提出了肠道胎盘轴,可能为子痫前期的病因学提供了新的见解,也为后续的研究提供了理论基础。

这个文章也是在今年的 3 月份作为封面论文发表在 GUT 杂志上面,是和南方医科大学南方医院的黄丽萍教授团队合作,第一作者是陈夏博士。

但是,这个工作只是对于这么如此复杂的疾病做了从前端的粪菌移植菌群的差异,粪菌移植到动物上面重塑人的表型这样的一个过程,其中有大量的问题还有待进一步研究。

比如说最重要的一件事,到底肠道菌群能不能成为妊娠的早中期预测的一个新型的标志物?到底行不行?因为我们前面做的研究都是子痫前期患者,是一个已经发生了事件的人。

那么我们不知道她在早期的时候的菌群特征是不是已经存在这样的差异,是否能够作为预测标志物,甚至作为一个治疗的靶标。第二,我们刚刚讲的这样的一个菌群的移位肠道胎盘轴是不是一种普遍的事件,它的肠道和远端器官受损的确切的病理机制又是什么?这些还需要非常多的研究。

去年在肠道大会,我们也讲过一个叫做一方水土养一方“菌”,它的科学意义是讲,我们的肠道菌群相关的疾病其实可能会分成了两类。

一类是左边这一类,是受地域影响非常大的。比如像肥胖、糖尿病、脂肪肝等等,我们可以去找到一些重要的关键菌,但是想做诊断是要有本地化的模型才行。

而右边这一类,是指它的地域影响比较小的。也就是说我们地域之间相似性比较高的,比如说像结直肠癌。像这一类的话,它特定的菌对于这种疾病的贡献是比较大的。

所以这个是我们 2018 年在 Nature Medcine 这个文章中间的一个主要的观点。而在这个观点中,我们现在提出来子痫前期可能就是属于这一类地域影响相对比较小的疾病,也就是说有可能未来建成一个普遍的一个新的筛查技术的的标志物。

因为我们前面已经有结果,说它在两个地方它们之间相似性比较高。至少已经看到了一个比较强的因果关系,有动物实验的证据。

所以,我们今年已经在开展一个多中心的前瞻性的队列研究,做中国的母婴肠道菌群队列。我们已经确定了三家研究中心,在这三家研究中心我们会共同建立前瞻性的随访队列。

在这前瞻性随访队列中间,我们将会去检验是不是有可能建立前瞻性的预测标志物,同时我们分析这些在这个过程中间影响肠道菌群的影响因子,我们把它叫做 CALM2001 的临床研究。

与此同时,我们还希望能够招募 10~20 家的国际的、国内的研究中心,共同建立这样的一个横断面队列。

也就是说我们来比较在不同的区域之间,这种子痫前期肠道菌群的紊乱特征是不是一致的。同时,我们还希望去做溯源。弄明白胎盘的菌群到底是来自于肠道、口腔还是来自于泌尿生殖道这样的一些关键问题。所以,这个是我的 EMAIL,如果有兴趣,欢迎大家给我们来邮件。

最后,我们再做一个小广告我们有一个叫 Medcine in Microecology 的杂志。这个杂志是我们南方医科大学和 Elsevier 联合推动的,目的是希望能够推动人体微生物组研究的临床应用。

因为未来我相信有大量的数据会从全新的菌群的角度被重新理解。同时,我们也有一个微生态微生物组医学中心,除了子痫之外还有大量疾病的因果,以及大量的人群研究都正在开展中。

非常期待大家能够来加盟,欢迎大家,谢谢!

关键词
往期视频
评论
热门分类
肠·道 | 周宏伟:面对高致命孕期疾病,我们如何在肠道找到突破口?
温馨提示:该内容已获原作者授权,下载内容可用于个人学习、研究或欣赏,以及其他非商业性或非盈利性用途,但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定,不得侵犯本网站及相关权利人的合法权利。