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十二指腸マイクロバイオームは小腸細菌の過剰増殖で変化する
The duodenal microbiome is altered in small intestinal bacterial overgrowth.
PMID: 32645011 DOI: 10.1371/journal.pone.0234906.
抄録
小腸細菌過剰増殖（SIBO）は非常に普及しており、多くの消化管疾患と関連しているが、関与する微生物はまだ十分に定義されていない。さらに、SIBOにおけるマイクロバイオームの変化に関する既存の研究では、消化管全体を代表するものではなく、便サンプルを利用している。そこで我々は、標準的な食道胃十二指腸内視鏡検査を受けた被験者の十二指腸吸引液を用いて、SIBO被験者と非SIBO被験者の十二指腸マイクロバイオーム組成を決定し、比較することを目的とした。最近定義された SIBO のカットオフ値である 1ml 当たり 103 個以上のコロニー形成単位（CFLU/mL）を用いて、42 人の SIBO 被験者と 98 人の非 SIBO 被験者を同定した。SIBO被験者の十二指腸検体は、マコンキー寒天培地を用いた場合、非SIBO被験者と比較して4×103倍（P＜0.0001）、血液寒天培地を用いた場合は3.8倍（P＜0.0001）の高カウントを示した。20名の被験者がラクツロース水素呼気検査（LHBT）を受けており，そのうち7/20がSIBOであった．90分時点でのLHBT陽性（ベースラインより20ppm以上の水素（H2）上昇）は、非SIBO患者2/13人に対し、SIBO患者4/7人であった。16SリボソームRNA（rRNA）シークエンシングの結果、SIBO被験者は非SIBO被験者と比較して、プロテオバクテリアの相対的な存在量が4.31倍（FDR P<0.0001）、ファーミキュートの相対的な存在量が1.64倍（P<0.0003）低かった。このプロテオバクテリアの相対的な豊富さの増加は、SIBO被験者のα多様性の低下と相関した（Spearman R = 0.4866, P<0.0001） ガンマプロテオバクテリアクラスの特異的な増加は、LHBT中の0～90分間のH2のアンダーザカーブ面積と相関した（R = 0.630, P = 0.002）。ガンマプロテオバクテリアの増加は、主にEnterobacteriaceae（Enterobacteriaceae）の相対量の増加に起因しており（FDR P<0.0001）、これは膨満感の症状と相関していた（Spearman R = 0.185、2-tailed P = 0.028）。Aeromonadaceae科の増加は、便通の切迫感と相関した（Spearman R = 0.186, 2-tailed P = 0.028）。これらの結果は、SIBOの定義のための103 CFU/mL以上のカットオフを検証するものであり、SIBOと非SIBO被験者におけるプロテオバクテリアの特異的な過剰増殖、および症状の重症度と相関するプロテオバクテリアプロファイルの変化を明らかにした。今後の研究では、SIBO患者のこれらの症状の根底にある宿主-マイクロバイオーム相互作用を解明する可能性がある。
Small intestinal bacterial overgrowth (SIBO) is highly prevalent and is associated with numerous gastrointestinal disorders, but the microbes involved remain poorly defined. Moreover, existing studies of microbiome alterations in SIBO have utilized stool samples, which are not representative of the entire gastrointestinal tract. Therefore, we aimed to determine and compare the duodenal microbiome composition in SIBO and non-SIBO subjects, using duodenal aspirates from subjects undergoing standard-of-care esophagogastroduodenoscopy without colon preparation. Using the recently-redefined cutoff for SIBO of >103 colony forming units per milliliter (CFU/mL), 42 SIBO and 98 non-SIBO subjects were identified. Duodenal samples from SIBO subjects had 4x103-fold higher counts than non-SIBO subjects when plated on MacConkey agar (P<0.0001), and 3.8-fold higher counts when plated on blood agar (P<0.0001). Twenty subjects had also undergone lactulose hydrogen breath tests (LHBTs), of whom 7/20 had SIBO. At the 90-minute timepoint, 4/7 SIBO subjects had positive LHBTs (rise in hydrogen (H2) ≥ 20 ppm above baseline), as compared to 2/13 non-SIBO subjects. 16S ribosomal RNA (rRNA) sequencing revealed that SIBO subjects had 4.31-fold higher relative abundance of Proteobacteria (FDR P<0.0001) and 1.64-fold lower Firmicutes (P<0.0003) than non-SIBO subjects. This increased relative abundance of Proteobacteria correlated with decreased α-diversity in SIBO subjects (Spearman R = 0.4866, P<0.0001) Specific increases in class Gammaproteobacteria correlated with the area-under-the-curve for H2 for 0-90 mins during LHBT (R = 0.630, P = 0.002). Increases in Gammaproteobacteria resulted primarily from higher relative abundances of the family Enterobacteriaceae (FDR P<0.0001), which correlated with the symptom of bloating (Spearman R = 0.185, 2-tailed P = 0.028). Increases in family Aeromonadaceae correlated with urgency with bowel movement (Spearman R = 0.186, 2-tailed P = 0.028). These results validate the >103 CFU/mL cutoff for the definition of SIBO, and also reveal specific overgrowth of Proteobacteria in SIBO vs. non-SIBO subjects, coupled with an altered Proteobacterial profile that correlates with symptom severity. Future research may elucidate host-microbiome interactions underlying these symptoms in SIBO patients.