腎シュウ酸カルシウム結石症における腸内細菌叢と短鎖脂肪酸の関係について

The relationship between gut microbiota and short chain fatty acids in the renal calcium oxalate stones disease.

• Yu Liu
• Xi Jin
• Hyokyoung G Hong
• Liyuan Xiang
• Qingyao Jiang
• Yucheng Ma
• Zude Chen
• Liang Cheng
• Zhongyu Jian
• Zhitao Wei
• Jianzhong Ai
• Shiqian Qi
• Qun Sun
• Hong Li
• Yi Li
• Kunjie Wang

抄録

腸内細菌叢とシュウ酸カルシウム結石との関係については、これまで限られた研究しか行われておらず、特に腎シュウ酸カルシウム結石症における腸内細菌叢と短鎖脂肪酸（SCFAs）の研究は行われていませんでした。腎シュウ酸カルシウム結石のSprague Dawleyラットに抗生物質を投与し、腎結晶の沈着を調べた。また、非腎結石（NS）対照者、時折シュウ酸カルシウム結石（OS）患者、再発結石（RS）患者の 153 例の糞便サンプルについて、16S rRNA の微生物プロファイリング、ショットガンメタゲノミクス、SCFAs を解析し、ケースコントロール研究を行った。抗生物質は糞便中の細菌負荷を減少させ、モデルラットにおける腎カルシウム結晶の形成を促進する可能性があった。さらに、OSとRSの両患者は、NSの対照群よりも高い糞便微生物多様性を示した。腎結石患者の腸内細菌叢では、いくつかのSCFAs産生腸内細菌およびSCFAs産生に関連する代謝経路が、NS対照群と比較してかなり低かった。シュウ酸分解に関与する遺伝子の発現は、群間で有意差は認められなかった。しかし、尿中シュウ酸濃度が高いRS患者では糞中酢酸濃度が最も高く、シュウ酸合成に関与する遺伝子と正の相関があった。また、SCFAsの投与により腎結晶が減少した。これらの結果は、細菌とSCFAsについて新たな知見を与え、ネフローレン性尿酸塩症の治療戦略の開発を促進する可能性がある。

The relationship of gut microbiota and calcium oxalate stone has been limited investigated, especially with no study of gut microbiota and short chain fatty acids (SCFAs) in nephrolithiasis. We provided Sprague Dawley rats of renal calcium oxalate stones with antibiotics and examined the renal crystals deposition. We also performed a case-control study by analyzing 16S rRNA microbial profiling, shotgun metagenomics and SCFAs in 153 fecal samples from non-kidney stone (NS) controls, patients with occasional renal calcium oxalate stones (OS) and patients with recurrent stones (RS). Antibiotics reduced bacterial load in feces and could promote the formation of renal calcium crystals in model rats. In addition, both OS and RS patients exhibited higher fecal microbial diversity than NS controls. Several SCFAs-producing gut bacteria, as well as metabolic pathways associated with SCFAs production, were considerably lower in the gut microbiota among the kidney stone patients compared with the NS controls. Representation of genes involved in oxalate degradation showed no significance difference among groups. However, fecal acetic acid concentration was the highest in RS patients with high level of urinary oxalate, which was positively correlated with genes involvement in oxalate synthesis. Administration of SCFAs reduced renal crystals. These results shed new light on bacteria and SCFAs, which may promote the development of treatment strategy in nephrolithiasis.

© 2020 The Authors. The FASEB Journal published by Wiley Periodicals LLC on behalf of Federation of American Societies for Experimental Biology.