泌乳素瘤患者肠道微生物群与代谢特征的探索性多组学初步分析

《Cancer Management and Research》：Exploratory Pilot Multi-Omics Profiling of Gut Microbiota and Metabolic Features in Patients with Prolactinoma

　　

背景：越来越多的证据表明肠道微生物群在垂体神经内分泌肿瘤（PitNETs）中可能发挥潜在作用。本探索性研究聚焦于泌乳素瘤——最常见的PitNET亚型，旨在初步表征与该疾病相关的肠道微生物和代谢特征。材料与方法：研究人员采集了5例高泌乳素血症泌乳素瘤患者和5例无功能型（NF）PitNETs患者的粪便样本，进行探索性宏基因组学和代谢组学分析，以描绘肠道微生物群组成和代谢改变特征。结果：与NF PitNET对照组相比，泌乳素瘤患者表现出独特的肠道微生物组成趋势，包括拟杆菌属（Bacteroides）和真杆菌属（Eubacterium）丰度增加，而布劳特氏菌属（Blautia）和梭菌属（Clostridium）丰度降低。代谢组学分析鉴定出差异代谢特征，包括升高的脂肪酸羟基脂肪酸酯（FAHFAs）和棕榈油酸，这些主要与葡萄糖和脂质代谢通路相关。结论：本项初步多组学分析为泌乳素瘤患者肠道微生物组-代谢物谱的改变提供了初步证据。这些发现具有假设生成性质，可能为在更大规模、具有充分统计学效能的队列中进一步研究肠-垂体轴相互作用提供支持。

泌乳素瘤作为垂体神经内分泌肿瘤（PitNETs）中最为常见的亚型，约占所有PitNETs病例的50%至53%，其特征在于过量泌乳素分泌导致的高泌乳素血症及多系统并发症。多巴胺受体激动剂（DAs）虽为一线治疗方案且对多数患者有效，但10%至30%的患者会出现药物抵抗和肿瘤复发，尤以大型或侵袭性泌乳素瘤患者为甚。这一临床困境凸显了对泌乳素瘤发病机制进行超越经典内分泌调控层面深入理解的必要性。

近年来，肠道微生物群作为宿主代谢、免疫、神经内分泌信号及治疗反应性的关键调节者已得到广泛确认。尤为重要的是，肠道微生物可影响多巴胺代谢、胆汁酸组成、应激激素水平及雌激素信号通路，而这些通路直接参与泌乳素分泌的调控。这些发现提示肠道微生物群可能是泌乳素稳态和泌乳素瘤生物学中尚未被充分认识的调控因素。已有研究开始探索肠道微生物群与PitNETs之间的关系，并在库欣病、生长激素腺瘤及无功能型PitNETs患者中证实了特征性的微生物改变。然而，尽管泌乳素瘤是最常见的PitNET亚型，其肠道微生物组特征在很大程度上仍处于未知状态。

发表于《Cancer Management and Research》的这项探索性研究，研究人员应用鸟枪法宏基因组测序结合非靶向液相色谱-质谱联用（LC-MS）代谢组学技术，描绘泌乳素瘤患者相对于NF PitNET对照组的肠道微生物组和粪便代谢特征，通过整合微生物分类学、功能学和代谢组学分析，旨在探索潜在的泌乳素瘤相关微生物组-代谢物模式，并考察肠道微生物改变与泌乳素相关代谢重塑之间可能存在的关联。

该研究的关键技术方法主要包括：样本来源于首都医科大学附属北京天坛医院2021年1月至2022年12月期间招募的10例PitNET患者（5例泌乳素瘤，5例NF PitNET），所有参与者均来自北京周边华北地区；采用鸟枪法宏基因组测序进行肠道微生物组分析，包括DNA提取、Illumina平台测序、MetaGeneMark基因预测、与MicroNR库比对及KEGG数据库功能注释；采用非靶向LC-MS代谢组学（正离子POS和负离子NEG两种模式）结合超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）进行粪便代谢物分析，使用Compound Discoverer 3.1进行峰对齐、代谢物注释和基于峰强度的定量；统计分析方面采用DIAMOND软件进行序列比对和LCA算法分类注释，利用vegan和ade4包进行PCoA、NMDS和ANOSIM分析，LEfSe分析差异富集分类群，metaX软件进行PLS-DA多元分析，以及Spearman秩相关分析微生物组-代谢物关联。

**肠道微生物组组成变化**：通过生成稀疏曲线评估基因多样性，核心基因曲线随样本量增加而下降并趋于稳定，泛基因曲线上升后达到平台期，表明队列中大多数基因已被捕获。NF PitNET组和泌乳素瘤组的独有基因数分别为106,082和96,451。在属和种水平的相似性分析显示，组间差异显著大于组内差异（p=0.021和p=0.019）。基于Bray-Curtis不相似性的PCoA得分图在属和种水平均显示两组间存在分离，提示微生物群落组成存在差异。热图聚类分析显示了两组间属水平和种水平的丰度模式差异。LEfSe分析进一步鉴定出差异富集分类群：泌乳素瘤组中拟杆菌属和真杆菌属丰度增加，而布劳特氏菌属和梭菌属丰度降低，表明泌乳素瘤组肠道微生物组成与NF PitNET组显著不同。KEGG功能注释显示肠道微生物基因主要与代谢通路相关，其中碳水化合物代谢（31,322个基因）、氨基酸代谢（23,310个基因）以及辅因子和维生素代谢（17,180个基因）为最富集的功能类别。

**粪便代谢物差异**：为探究两组间代谢差异，研究人员对两组粪便样本进行了非靶向LC-MS代谢组学分析。PLS-DA得分图在两种离子模式下均显示两组间存在清晰分离，表明存在不同的全局代谢特征。火山图分析显示两组间存在广泛显著改变的代谢物。在正离子模式下，二十二碳三烯酸和叶绿醌等脂质相关代谢物显著升高；在负离子模式下，FHFAs和熊果酸等代谢物升高。这些发现表明泌乳素瘤患者粪便脂质和代谢特征存在显著重塑。通过VIP评分排序的前20种差异富集代谢物进一步证实了上述结果：正离子模式下叶绿醌和二十二碳三烯酸在泌乳素瘤组中显著增加，负离子模式下FAHFAs、熊果酸和庚二酸为最主要升高的代谢物。层次聚类分析显示了差异代谢物在两组间的不同聚类模式。KEGG通路富集分析和代谢物关联网络构建揭示了差异代谢物间的系统性代谢联系。

**粪菌与代谢物相关性**：为探索肠道微生物组成与粪便代谢物谱之间的关联，研究人员在种水平对显著改变的微生物分类群和差异富集代谢物进行了Spearman相关分析。结果显示，薯蓣皂苷元水平与Asaccharospora和Desulfuribacillus呈正相关，但与Faecalibacterium和Ornithobacterium呈负相关；FAHFA水平与Butyricimonas丰度呈正相关。这些发现提示泌乳素瘤患者肠道微生物群中特定分类群与脂质相关代谢物之间存在协同变化。

**讨论部分的核心要点**：研究人员指出，与NF PitNET患者相比，泌乳研究素瘤患者具有独特的肠道微生物组和粪便代谢特征，支持泌乳素相关内分泌改变与肠道微生物组成之间存在潜在关联。这一微生物模式与生长激素分泌型垂体腺瘤不同（后者表现为拟杆菌属减少和布劳特氏菌属增加），提示不同PitNET亚型可能存在特异性的微生物组配置，反映了激素环境和代谢调节的差异。

研究人员推测，肠道微生物群可能通过调节T细胞介导的免疫反应影响抗肿瘤免疫。在其他肿瘤类型中，拟杆菌属富集与CD8⁺ T细胞浸润减少及免疫抑制细胞增加相关。考虑到多巴胺受体激动剂抵抗性泌乳素瘤中CD8⁺ T细胞相对减少，泌乳素瘤相关肠道微生物组改变可能影响肿瘤免疫微环境，但本研究未直接评估肿瘤内免疫细胞组成。

在代谢机制方面，高泌乳素血症与代谢失调相关，包括脂肪量增加和葡萄糖稳态受损。FAHFAs作为新发现的具有生物活性的脂质分子，可改善血糖耐受性、促进胰岛素分泌并缓解肥胖相关炎症。本研究中FAHFAs与特定肠道微生物分类群的关联进一步提示，泌乳素瘤相关肠道微生物组改变可能参与塑造宿主代谢表型。

此外，研究人员还探讨了泌乳素相关的神经内分泌应激反应和情绪行为调节。2-磷酸甘油酸在泌乳素瘤组中升高且与特定肠道微生物分类群相关，该代谢物此前报道在抑郁状态患者中升高；棕榈油酸则在泌乳素瘤组中显著增加，该脂质代谢物与改善的代谢和神经精神特征相关。这些代谢物变化及其与肠道微生物组成的关联提示，肠道微生物群相关代谢重塑可能参与调节泌乳素相关的神经内分泌表型，而下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴可能是连接应激、代谢和肠道微生物群的潜在整合框架。

本研究的局限性包括：样本量较小，反映了探索性初步研究的性质；未系统记录饮食习惯；横断面设计无法评估高泌乳素血症对肠道微生物组的动态影响；代谢组学仅限于粪便样本而缺乏血清代谢组学数据；以及有待动物模型或微生物靶向干预实验验证因果关系。

**研究结论**：该探索性研究提供了泌乳素瘤患者肠道微生物组的初步整合宏基因组学和代谢组学分析，揭示了改变的微生物和代谢模式以及协调的微生物组-代谢物关联。这些发现表明肠道微生物改变与泌乳素瘤的内分泌-代谢特征之间可能存在关联，并作为未来机制性和转化性研究的假设生成基础。