ショットガンメタゲノムシークエンシングにより同定されたHPV16感染における膣マイクロバイオームの変化

The Alterations of Vaginal Microbiome in HPV16 Infection as Identified by Shotgun Metagenomic Sequencing.

• Qian Yang
• Yaping Wang
• Xinyi Wei
• Jiawei Zhu
• Xinyu Wang
• Xing Xie
• Weiguo Lu

抄録

マイクロバイオームのアンバランスとがん発症との関連性は、研究のホットスポットの一つとなっています。HPVの持続感染は子宮頸がん発症の原因イベントであるが、HPV感染におけるマイクロバイオームの組成と機能についてはほとんど知られていない。ここで我々は、HPV16陽性女性27名と年齢をマッチさせたHPV陰性対照者25名の膣サンプルの構成と機能の変化をショットガンメタゲノムシークエンスを用いて同定し、子宮頸部膣メタゲノムにおける微生物の豊富さと濃縮された代謝機能を網羅的に調査した。さらに、HPV16陽性女性88名と対照者81名からなる独立した検証コホートではHPV16感染の2つの遺伝子マーカーを、また、HPV16陽性女性45名と対照者53名からなる検証コホートのサブセットでは6つの種のマーカーを評価するためにqPCRアッセイを用いた。その結果、HPV16陽性女性では、支配的なFirmicutesの相対的な出現率が低く、Actinobacteria、FusobacteriaおよびVirus系統の出現率が有意に高く、HPV16陽性女性では、Firmicutesを含む77の遺伝子の出現率が高く、Fusobacteriaを含む20の遺伝子の出現率が低くなっていた。また，12遺伝子，17属，7種のバイオマーカーの豊富さから，HPV16陽性者の予測力は，受信機動作特性曲線下面積（AUC）がそれぞれ0.861，0.819，0.918と優れていた．さらに微生物機能を特徴づけ、HPV16陽性者は代謝と膜輸送に富み、糖鎖生合成と代謝、複製と修復に欠乏していることを明らかにした。定量的PCR測定により、HPV16陽性女性では、1つの遺伝子マーカーと3つの種が有意に濃縮されていることが検証された。これらの結果は、HPV16陽性女性の膣マイクロバイオームの構成と機能に変化があるという基本的な事実を浮き彫りにしており、女性性器管内のHPV感染に膣内細菌叢の異常が関連している可能性を示唆している。

The association of microbiome imbalance with cancer development is being one of the research hotspots. Persistent HPV infection is a causal event in cervical cancer initiation, but, little is known about the microbiome composition and function in HPV infection. Here we identified the compositional and functional alterations on vaginal samples from 27 HPV16 positive women and 25 age-matched HPV negative controls using shotgun metagenomic sequencing, to provide a comprehensive investigation describing the microbial abundances and enriched metabolic functions in cervicovaginal metagenomes. We further employed qPCR assays to evaluate two selected gene markers of HPV16 infection in an independent validation cohort consisting of 88 HPV16 positive women and 81 controls, and six selected species markers in a subset of validation cohort of 45 HPV16 positive women and 53 controls. We found that the relative abundance of dominant Firmicutes was lower, Actinobacteria, Fusobacteria and viruses phyla were significantly higher in the HPV16-positive group; 77 genera including , and were higher, and 20 genera including and were lower in the HPV16-positive women. Abundance of 12 genes, 17 genera, and 7 species biomarkers showed an excellent predictive power for the HPV16-positive individuals, with 0.861, 0.819, and 0.918, respectively, of the area under the receiver-operating characteristic curve (AUC). We further characterized the microbial function, and revealed that HPV16-positive women were enriched in metabolism and membrane transport, and depleted by glycan biosynthesis and metabolism, and replication and repair. Quantitative PCR measurements validated that one gene marker and three species were significantly enriched in HPV16-positive women. These results highlight a fundamental fact that there are altered composition and function of the vaginal microbiome in HPV16-positive women, suggesting that vaginal dysbiosis may be associated with HPV infection in the female genital tract.

Copyright © 2020 Yang, Wang, Wei, Zhu, Wang, Xie and Lu.