重症患者肠道噬菌体多样性与器官功能障碍严重程度呈负相关：一项双队列宏基因组学研究

《BMC Microbiology》：Gut bacteriophage diversity is inversely associated with organ dysfunction severity in critically ill patients: a two-cohort metagenomic study

　　

摘要

背景

危重症期间，肠道微生物群会发生严重失调，但其中的噬菌体组分几乎尚未得到系统研究。噬菌体通过裂解和溶原相互作用主动塑造细菌群落组成，但肠道噬菌体多样性是否与危重患者的器官功能障碍严重程度相关——以及这种关系是否具有可重复性——仍不明确。

方法

我们分析了来自两个独立重症监护病房（ICU）队列的鸟枪法宏基因组数据：一个发现队列（美国芝加哥队列，196例内科ICU患者，BioProject PRJNA1134172）和一个外部探索性复制队列（中国青岛队列，22例ARDS患者，来自地理上不同的中心）。使用geNomad和CheckV构建了一个包含1,815个非冗余病毒操作分类单元（vOTU）的目录，聚类标准为95%平均核苷酸一致性、85%以上比对比例。使用Spearman秩相关分析噬菌体α多样性与序贯器官衰竭评估（SOFA）评分的相关性，并通过偏相关分析控制测序深度、合并症、采样时间和年龄等因素。使用iPHoP预测细菌宿主；使用FastSpar评估噬菌体-细菌共现关系。为检验多样性-SOFA关联对目录选择的稳健性，还从复制队列额外构建了一个队列特异性从头病毒目录（644个vOTU）。

结果

在发现队列中，噬菌体丰富度和Shannon多样性均与SOFA评分呈负相关（丰富度：r?=???0.308，p?=?1.1?×?10?⁵；Shannon：r?=???0.259，p?=?2.5?×?10?⁴），经完全调整后仍具有统计学显著性（丰富度偏r?=???0.255；Shannon偏r?=???0.224）。在外部探索性复制队列中，该关联的方向一致性得到验证，两种α多样性指标均呈现显著负相关（丰富度：r?=???0.442，p?=?0.040；Shannon：r?=???0.430，p?=?0.046）。共现分析识别出十三对高置信度噬菌体-细菌对(r?=?0.339–0.636)，靶向粪肠球菌和鼠李糖乳杆菌；对于两种宿主菌，噬菌体高检测而宿主未检测到的象限完全为空，而共同检测象限显示的疾病严重程度最高。单个vOTU在很大程度上具有队列特异性：十三对焦点配对中没有一个在超过一个复制队列样本中被检测到，复制队列从头vOTU中仅12.1%（78/644）与发现目录匹配，跨队列目录映射率中位数为3.06%对0.44%。相比之下，群落水平多样性估计对目录选择具有稳健性（样本间丰富度r?=?0.82，Shannon r?=?0.77）。

结论

肠道噬菌体多样性与危重症患者的器官功能障碍严重程度之间存在横断面关联，且这种关联在两个独立队列中方向一致。这些探索性、基于关联的发现具有假设生成意义，并推动在更大规模的前瞻性队列中进行专门病毒组测序以确认结果。