Front Immunol：绝经后骨质疏松症患者肠道和阴道微生物区系组成的变化

背景：绝经后骨质疏松症(PMO)是一种主要由雌激素缺乏引起的代谢性骨病。它的特征通常是骨质丢失和容易骨折，以及其他风险。大约10%的世界人口和超过30%的50岁以上的绝经后妇女患有骨质疏松症。PMO与严重并发症有关，包括增加骨折和死亡的风险，并对精神健康产生强烈的负面影响；因此，许多努力都致力于预防和治疗它。在理解雌激素缺乏如何直接导致骨丢失方面已经取得了显著的进展；然而，涉及的机制是复杂和多方面的。已有研究表明，其他因素也会导致骨质流失；此外，研究的重点还包括免疫反应水平、活性氧和炎症等。微生物生活在人体和人体的体腔中，并与外界交流。肠道微生物区系(GM)是定植于人类肠道的微生物的集合，由大约10万亿个细菌组成。微生物组中的基因总数是人类细胞中基因总数的150倍。

阴道微生物区系(Vm)以乳杆菌属为主。这些细菌通过产生乳酸来保护阴道免受病原菌的侵袭，乳酸降低了阴道的pH值。它们还产生抗微生物化合物，并调节宫颈阴道粘膜的免疫学和物理特性。最近有一种假说认为，乳杆菌属的丰度。在人类的VM中会受到雌激素的影响。绝经后，VM主要由厌氧细菌和需氧细菌组成。已确定GM和VM在糖尿病和肥胖症等代谢性疾病发展中的致病作用。此外，GM在骨质疏松症中起着重要作用。

据报道，GM可能通过作用于免疫系统的“肠道微生物-骨”轴在老年性骨质疏松症中发挥作用，其潜在机制涉及炎症反应。因此，GM的变化可以作为老年性骨质疏松症高危人群的生物标志物，而GM中的微生物可以作为治疗靶点。最近的动物研究表明，性类固醇激素-微生物炎症轴可以调节其他代谢性疾病。此外，GM和VM都可以影响炎症系统，它们的代谢产物可以触发具有全身影响的局部免疫反应。肠道和阴道之间的细菌菌株的串扰刺激了局部和系统的免疫反应，并伴随着对整个宿主生理的影响。随着GM对老年性骨质疏松症的影响被发现，最近有研究表明GM也在PMO中发挥作用。然而，VM在PMO中的作用以及VM、GM和PMO之间的关系尚不清楚。

目的：探讨绝经后骨质疏松症患者肠道微生物区系(GM)和阴道微生物区系(Vm)的变化。

方法：选择132例绝经后妇女作为研究对象，根据T评分将其分为骨质疏松症组(n=34)、骨量减少组(n=47)和对照组(n=51)。采用酶联免疫吸附试验检测血清白介素10、肿瘤坏死因子α、脂多糖结合蛋白水平。此外，还进行了16S rRNA基因V3-V4区序列测定，以研究受试者的GM和Vm。

结果：两组间粪便和阴道标本微生物组成差异有统计学意义(p<0.05)。富含梭状芽胞杆菌、乳杆菌和巨型单胞菌，在骨质疏松症组高于其他组。此外，对于VM，对照组乳酸杆菌较丰富，而嗜胃肠杆菌、丙酸杆菌、Galicola spp.则较丰富。骨质疏松症组高于其他组。不同组间GM和Vm的预测功能能力不同。骨质疏松组血清IL-10水平显著低于对照组和骨量减少组，而肿瘤坏死因子-α水平显著高于对照组(P<0.05)。

图1对照组、骨量减少组和骨质疏松组GM的结构和组成。(A)群体内全球机制的多样性、丰富性和均衡性。(B)显示每个属的相对丰度的条形图。仅显示了样品中平均相对丰度大于1%的属。(C)偏最小二乘-最小二乘图。(D)PERMANOVA测试结果，基于GM的未加权UniFrac距离以及骨量减少组、骨质疏松组和对照组之间的未加权UniFrac距离的比较。*和**分别代表PERMANOVA p值<0.05和<0.01。#代表距离的Wilcoxon秩和检验的p<0.05。

图2对照组、骨量减少组和骨质疏松组GM的不同属和KEGG途径。(A)全球机制中的不同属。基于Spearman相关系数的属的聚类图显示在左边。中间的热图显示了个体样本中每个属的相对丰度(log2转换)。属的比较显示在热图的右栏中。对所有属进行Wilcoxon秩和检验，并调整为FDR。*、**和**分别代表FDR<0.05、<0.01和<0.01。(B)差异预测的KEGG通路。中间的热图显示了单个样本中路径的相对丰度(Z分数)。所有通路均采用Wilcoxon秩和检验，并调整为FDR。*、**和*分别代表FDR<0.05、<0.01和<0.01。

图3对照组、骨量减少组和骨质疏松组的Vm的结构和组成。(A)群体内微生物多样性、丰富度和均衡度。(B)条形图，显示各属在该种群中的相对丰度。仅显示了样品中平均相对丰度大于1%的属。(C)偏最小二乘-最小二乘图。(D)基于未加权UniFrac距离的主成分分析图。(E)主成分1和2中位置的比较。(F)基于Vm的未加权UniFrac距离的PERMANOVA检验结果，以及骨量减少组、骨质疏松组和对照组妇女微生物群之间的未加权UniFrac距离的比较。*和**分别代表PERMANOVA p值<0.05和<0.01。#代表距离的Wilcoxon秩和检验的p<0.05。

图4对照组、骨量减少组和骨质疏松组不同的VM属和KEGG途径。(A)Vm中的不同属。基于Spearman相关系数的属的聚类图显示在左边。中间的热图显示了个体样本中每个属的相对丰度(log2转换)。属的比较显示在热图的右栏中。对所有属进行Wilcoxon秩和检验，并调整为FDRs。*和**分别表示FDR<0.05和<0.01。(B)差异预测的KEGG通路。中间的热图显示了单个样本中路径的相对丰度(Z分数)。所有通路均采用Wilcoxon秩和检验，并调整为FDR。*和**分别表示FDR<0.05和<0.01。

图5全身炎症状态的变化。(A)IL-10、(B)肿瘤坏死因子-α、(C)LBP。数据已显示为方框和胡须图(垂直)。每个方框中间的直线绘制在中位数，而方框的下限和上限分别对应于第25和第75个百分位数。胡须对应于从最小到最大的值。采用Kruskal-Wallis检验比较三组间的差异。采用Mann-Whitney U检验检验两组间的差异。所有协变量均采用协方差分析(ANCOVA)进行校正。*表示p<0.05，**表示p<0.01。

图6 GM和VM中关键属的相关网络、炎症因子水平和临床表型。仅与FDR值<0.05相关。线条的宽度表示Spearman相关系数的绝对值。线条的颜色代表相关类型；蓝色代表负相关，而红色代表正相关。节点边框颜色表示骨质疏松组和骨质疏松组之间属/参数的比较结果。

结论：绝经后妇女骨密度的变化与GM、Vm的变化有关，但GM的变化与PMO的关系比Vm更密切。

原文出处：Yang X,  Chang T,  Yuan Q, et al.Changes in the composition of gut and vaginal microbiota in patients with postmenopausal osteoporosis.Front Immunol 2022;13