장내 미생물의 연관성 분석

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9225(2023) 이 기사 인용

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시상하부-뇌하수체-부신(HPA) 축과 시상하부-뇌하수체-갑상선(HPT) 축의 과다활성화는 급성 고지대 챌린지에서 발견되었지만 장내 미생물총과 대사산물의 역할은 알려져 있지 않습니다. 우리는 저압-저산소실에서 3일 동안 5500m의 시뮬레이션 고도에서 성인 수컷 Sprague-Dawley 쥐를 활용했습니다. 그런 다음 혈청 및 16S rRNA의 ELISA 및 대사체 분석과 대변 샘플의 대사체 분석을 수행했습니다. 저산소증군에서는 정상산소군에 비해 혈청 부신피질자극호르몬분비호르몬(CRH), 부신피질자극호르몬(ACTH), 코르티코스테론(CORT), 티록신(tT4)이 증가한 반면, 갑상선자극호르몬분비호르몬(TRH)은 감소했다. Bacteroides, Lactobacillus, Parabacteroides, Butyricimonas, SMB53, Akkermansia, Phascolarctobacterium 및 Aerococcus는 저산소 그룹에서 풍부했고, [Prevotella], Prevotella, Kaistobacter, Salinibacterium 및 Vogesella는 정상 산소 그룹에서 풍부했습니다. 대사 분석에 따르면 급성 저산소증은 대변 및 혈청 지질 대사에 유의미한 영향을 미쳤습니다. 또한, 우리는 5개의 대변 대사산물이 [Prevotella], Kaistobacter, Parabacteroides 및 Aerococcus와 함께 TRH, tT4 및 CORT 사이의 혼선을 매개할 수 있으며, 6개의 혈청 대사산물이 [Prevotella] 및 tT4에 대한 TRH 및 tT4의 효과를 매개할 수 있음을 발견했습니다. 인과매개분석을 통한 카이스토박터. 결론적으로, 이 연구는 급성 저압 저산소증 상황에서 주요 대사물질이 장내 미생물과 HPA 및 HPT 축 사이의 혼선을 중재한다는 새로운 증거를 제공합니다.

일반 사람들이 2500m 이상의 고지대에 급속히 올라갈 때 보통 급성 고산병(AMS)을 경험하게 되는데, 이는 불면증, 피로, 현기증, 거식증, 메스꺼움과 구토 등의 증상이 복합적으로 발생합니다1. 위장 문제2는 고지대에 노출된 인구의 장내 미생물군에 영향을 미칠 수 있습니다. Prevotella는 높은 고도(3600m)에서 티베트인의 대변에 풍부한 반면, Bacteroides는 Han 대변에 풍부한 것으로 밝혀졌습니다3. 4,800m에 사는 티베트인들은 부티레이트를 생성하는 박테리아가 풍부한 식물군을 갖고 있습니다3. 5000m 이상의 고지대에 노출된 원정대원들은 대변 내 비피도박테리아와 같은 장내 프로바이오틱스가 크게 감소하고 장내 병원성 박테리아가 크게 증가했습니다4.

신경내분비 과다활동은 면역 기능, 혈관 스트레스, 에너지 대사, 감정 및 수면 조절에 관여할 수 있습니다5,6. 몇몇 연구에서는 노르에피네프린과 코티솔7,8의 증가, 갑상선 자극 호르몬(TSH), 티록신(tT4), 유리 티록신(fT4), 삼요오드티로닌(tT3)의 급성 증가를 포함하여 고지대에서 다양한 호르몬 농도의 변화가 입증되었습니다. 유리 트리요오드티로닌(fT3)9,10,11, 이는 만성 저산소증 노출 시 점차적으로 회복되거나 감소할 수 있습니다10,11,12. 그러나 급성 저압 저산소증(AHH) 하에서 HPA 및 HPT 축 활성화 메커니즘은 아직 잘 이해되지 않았습니다.

흥미롭게도, 우리의 이전 연구에서는 장내 미생물총, HPA 축 및 HPT 축 호르몬이 5500m의 시뮬레이션 고도에서, 특히 급성기에서 쥐에서 크게 변화한 것으로 나타났습니다13. Spearman 상관 분석을 통해 호르몬과 장내 미생물 사이의 상관 관계가 발견되었지만 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다.

잠재적인 내분비 기관인 장내 미생물총은 단쇄지방산(SCFA), 신경전달물질, 신경 활성 화합물의 전구체, 담즙산, 콜린 대사산물, 위장 호르몬, 박테리아 성분과 같은 호르몬 특성을 지닌 화학물질 또는 신호 기능이 있는 대사산물을 생성합니다14 ,15. 대사물은 박테리아에 의해 장 내강으로 분비되고 혈액을 통해 효과기(예: 뇌)로 운반됩니다. 결과적으로, 장내 박테리아는 숙주의 호르몬에 반응할 수 있으며, 이는 미생물의 항상성과 대사산물 생산에 영향을 미쳐 잠재적으로 숙주의 병리학적 상태에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 노르에피네프린의 증가는 장내 비병원성 공생 대장균 및 기타 그람 음성 박테리아의 성장을 자극합니다16. 장내 미생물 조성과 장 투과성의 변화는 HPA 축과 HPT 축 호르몬에도 영향을 미칩니다17. 숙주와 장내 미생물 사이의 이러한 누화는 환경 스트레스에 취약할 수 있으며 저산소증 적응에 중요한 역할을 합니다.

0.05)./p> 0.05). A Principal Co-ordinates Analysis (PCoA) plot of the Bray–Curtis distances confirmed that samples clustered and separated between groups (Fig. 2b). Linear discriminant analysis Effect Size (LEfSe)18 identified 13 differential genera. Firmicutes and Verrucomicrobia were significantly enriched in the hypoxia group at the phylum level (Fig. 2c, d, LDA score > 3, KW rank sum test and pairwise Wilcoxon test, p < 0.05). Bacteroides, Lactobacillus, Parabacteroides, Butyricimonas, SMB53, Akkermansia, Phascolarctobacterium, and Aerococcus were enriched in hypoxia group, whereas [Prevotella], Prevotella, Kaistobacter, Salinibacterium, and Vogesella were enriched in normoxic group at the genus level (Fig. 2c, d, LDA score > 3, KW rank sum test and pairwise Wilcoxon test, p < 0.05)./p> 3, p < 0.05) computed for features differentially abundant between hypoxia group (green blocks) and control group (red blocks), and (d) cladogram mapping of the gut microbiota composition differences between hypoxia group (green blocks) and control group (red blocks) to taxonomic trees generated by LEfSe showed significant differences in gut microbial composition./p> 1 and p < 0.05 (t-tests)./p>

1 and p-value less than 0.05 from a two-tailed Student's t-test on the normalized peak areas. Based on the KEGG database52, the differential metabolites were subjected to pathway enrichment analysis, and the differential metabolites were mapped to the KEGG database using the KEGG ID. P-value less than 0.05 is a significantly enriched pathway./p>

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