IgG4相關硬化性膽管炎(IgG4-SC)與原發性硬化性膽管炎(PSC)有多種臨床相似之處，但皮質類固醇治療對大多數 IgG4-SC 患者有效，而對 PSC 患者存在無效性，且兩種疾病的預后也不同，PSC發生肝硬化、膽管癌和結直腸癌的風險高于IgG4-SC。這兩種硬化性膽管炎的發病機制目前尚不清楚。雖然在PSC中腸道菌群失調已被廣泛研究，但腸道菌群在IgG4-SC中的作用機制仍不清楚。來自上海交通大學唐茹琦/馬雄等團隊通過對IgG4-SC、PSC 和健康對照隊列的糞便樣本進行代謝組學和16S rRNA測序等技術揭示了IgG4-SC和PSC具有不同的宿主-菌群相互作用，且推測與疾病的發病機理有關，并進一步強調了IgG4-SC有別于PSC的獨特性，相關研究成果發表于《Gut》。

IgG4相關硬化性膽管炎 (IgG4-SC)是IgG4相關疾病 (IgG4-RD)的肝膽表型，是一種多系統纖維炎性疾病，表現為血清IgG4水平升高和淋巴漿細胞浸潤，并伴有大量 IgG4 陽性細胞。原發性硬化性膽管炎(PSC) 是一種進行性慢性肝病，其特征是多灶性膽道狹窄和炎癥性腸病 (IBD) 的合并癥。IgG4-SC、黃疸和瘙癢的主要臨床表現與 PSC 相似，因此在某些情況下具有誤導性。

一. IgG4-SC和PSC中的腸道菌群改變

納入135名受試者，其中IgG4-SC (n=34)、PSC (n=37) 和健康對照 (n=64)，對其糞便樣本進行了 16S rRNA測序。Simpson指數分析結果顯示，與HC組相比，IgG4-SC和PSC中的α-多樣性降低。PCoA（主坐標軸分析）結果顯示，兩個疾病組整體菌群結構均明顯偏離HC組，然而，IgG4-SC和PSC之間無顯著差異（圖 1）。

圖1. IgG4-SC 和 PSC 中的腸道菌群差異

比較 IgG4-SC 與 HC、PSC 與 HC、 IgG4-SC 與 PSC 之間的相對豐度來評估單個屬與 IgG4-SC 或 PSC 的關聯。在 IgG4-SC 與 HC 比較組中，經混雜因素校正后有17個屬存在顯著差異，包括Streptococcus升高和Lachnospiraceae ND3007、Blautia降低。在 PSC與 HC比較組中，經混雜因素校正后有13個屬存在顯著差異，包括Ruminococcus gnavus和 Turicibacter 升高，Oscillospiraceae UCG-005、Lachnospiraceae UCG-010 和 Eubacterium eligens 等降低。在 IgG4-SC 和 PSC 比較組間差異較小，經混雜因素校正后無差異。與 HC 相比，IgG4-SC 和 PSC 組菌群變化表現出大量重疊，包括Fusobacterium、Lactobacillus 、Veillonella升高，Oscillospiraceae UCG−002 、Faecalibacterium降低（圖 2）。

圖2. IgG4-SC和PSC患者的腸道菌群特征

二. IgG4-SC和PSC中的代謝組學改變

考慮到腸道菌群和宿主代謝之間的相互作用，隨后對113個樣本子集的糞便樣本進行非靶向代謝組學分析，其中IgG4-SC（n=31）、PSC（n=37）和健康對照（n=45)，并對每個注釋到的代謝物（n = 654）與IgG4-SC和PSC的關聯進行分析，結果顯示，校正包括抗生素和UDCA 使用在內的混雜因素后，與 HC 相比，IgG4-SC中有58種代謝物存在顯著差異，PSC 中有98種代謝物存在顯著差異。其中31種代謝物在 IgG4-SC和 PSC中發生一致改變。其中，琥珀酸在兩種疾病中均顯著增加。琥珀酸信號的改變與免疫細胞的激活和效應器功能有關，菌群產生的琥珀酸在腸道炎癥中的作用已有詳細報道。L-棕櫚酰肉堿（長鏈酰基肉堿）也在疾病組中顯著富集。先前的研究表明長鏈酰基肉堿可能對炎癥激活產生影響。此外，菌群衍生的氨基酸衍生物，包括γ-氨基丁酸 (GABA)和苯乙胺在IgG4-SC和PSC也被上調。

在IgG4-SC中唯一改變的27種代謝物中，有23個代謝物在疾病組中增加，包括幾種潛在的促炎介質，例如十四酸乙酯（一種長鏈酯）和多不飽和脂肪酸，包括二十二碳五烯酸 (22 n-3)、8,11,14-二十碳三烯酸和花生四烯酸。羥基異己酸、鞘氨醇也在 IgG4-SC 中升高。其中，羥基異己酸是宿主亮氨酸代謝的終產物，具有廣譜殺菌活性；鞘氨醇是神經酰胺的前體，參與和細胞信號傳導密切相關的鞘脂代謝。

共鑒定出67種代謝物僅在PSC中發生變化。與 IgG4-SC相比，大多數代謝物 (n=49, 73%) 在疾病組中表現出較低的水平。由腸道菌群代謝的次級膽汁酸，包括脫氧膽酸 (DCA)、石膽酸 (LCA) 和甘氨酸結合石膽酸 (GLCA)，在 PSC中顯著降低。SCFA 中的戊酸在PSC中也降低，最近研究表明戊酸誘導Breg分化并抑制 Th17 細胞，從而預防結腸炎和多發性硬化癥。此外，與IgG4-SC的變化相比，PSC中的中鏈脂肪酸 (MCFA)（包括壬二酸、十一烷酸和十二烷二酸）的降低更為顯著，MCFA 具有多種作用，包括抗真菌和抗炎作用。相反，PSC 中多種氨基酸及其衍生物升高（圖3）。

圖3. PSC和IgG4-SC組與 HC 的糞便代謝組差異

三. 疾病相關菌群與代謝物之間的關聯

糞便代謝組學和腸道微生物特征在所有受試者中都具有很強的相關性，證實了糞便微生物和糞便代謝物之間的密切聯系。隨后，差異菌屬和差異代謝物進行相關性分析，同時調整整個隊列中的協變量。結果顯示，在對照組中增加的菌屬和代謝物之間呈顯著正相關，而對照組中富集的菌屬與疾病組中升高的代謝物之間則呈負相關，比如，L-棕櫚酰肉堿在兩個疾病組中均升高，與對照組中富集的屬（例如Eubacterium coprostanoligenes和Lachnospiraceae NK4A136）呈負相關。在IgG4-SC組觀察到富集的鏈球菌與增加的羥基異己酸呈正相關。而在IgG4-SC 組降低的菌Blautia，與在兩種疾病中都顯著升高的琥珀酸呈負相關。在 PSC中戊酸和 MCFA（壬二酸和十一烷酸）的水平降低伴隨著對照富集屬的豐度降低。此外，LCA與PSC中減少的菌群（Eubacterium eligens、Eubacterium hallii 和 Eubacterium coprostanoligenes）呈正相關。已報道Eubacterium參與次級膽汁酸的代謝。

圖4. 疾病相關菌群和代謝物的關聯

四. 菌群和代謝物與臨床表型之間的關聯

使用偏相關分析探究菌群和代謝物與臨床參數的相關性，結果顯示，在 IgG4-SC 中，差異菌群和代謝物表現出與轉氨酶水平的更多關聯。Blautia 與谷丙轉氨酶 (ALT) 水平呈現負相關；然而，經過多次檢測校正后許多關聯并不顯著。較高水平的琥珀酸與ALT和谷草轉氨酶(AST)均呈顯著正相關；Blautia 的降低和琥珀酸的升高可能是 IgG4-SC 中肝臟炎癥的基礎。而且在PSC中確定了微生物、代謝物和宿主表型之間的新關系。PSC中改變的許多代謝特征與膽汁淤積有關，如PSC中降低的次級膽汁酸DCA與堿性磷酸酶 (ALP)和 TB 呈顯著負相關（圖 5）。

圖5. 宿主-菌群相互作用的整體關聯

五. 隨機森林建模

建立基于菌群或代謝物的隨機森林模型來區分IgG4-SC、PSC和HC，以探究腸道菌群和代謝物在疾病預測中的潛在作用。采用五折交叉驗證的隨機森林模型來選擇關鍵的菌群或代謝物，該方法鑒定了由10個屬組成的菌群特征，該特征將IgG4-SC與HC區分開來，AUC為 0.81；基于7個代謝物的模型表現優于菌群模型，AUC為0.94；且代謝物和菌群的組合模型的AUC也是0.94。同樣，代謝物模型在區分PSC和HC方面也比基于菌群的模型更準確（AUC：分別為0.99和0.85）。使用代謝物模型或菌群和代謝物組合模型在區分IgG4-SC和PSC方面表現出相似的效果（AUC：分別為0.82和0.80），而僅用菌群獲得的模型效果最差（AUC：0.64）。總之，這些數據表明基于糞便代謝物的預測模型在區分疾病狀態方面比基于菌群的預測模型表現更好。

圖6 基于菌群或代謝物的隨機森林模型ROC

小結

本研究對IgG4-SC、PSC和健康對照組的腸道菌群、代謝組和宿主表型進行了綜合多組學分析。整合分析揭示了 IgG4-SC 和 PSC 中存在不同的宿主-菌群互作。在IgG4-SC患者中，差異菌群和代謝物與轉氨酶顯著相關。Blautia 的顯著降低和琥珀酸的顯著升高可能是 IgG4-SC 中肝臟炎癥的基礎。相比之下，在 PSC 中，菌群和代謝特征的改變與膽汁淤積表型相關，尤其是Eubacterium和菌群代謝物（包括次級膽汁酸）在PSC中均顯著降低。而且，基于代謝物的預測模型在區分疾病狀態方面比基于菌群的預測模型更有效。該研究揭示了兩種疾病在宿主-微生物互作中的相似和不同之處，為深入探索發病機理提供了新線索。

參考文獻

Qiaoyan Liu, et al. Altered faecal microbiome and metabolome in IgG4-related sclerosing cholangitis and primary sclerosing cholangitis. GUT. 2021. https://doi.org/ 10.1136/gutjnl-2020-323565.

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