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近期，迪飛醫學與上海交通大學附屬新華醫院PICU朱曉東團隊合作，在Frontiers in Microbiology（IF=5.200）上發表《Pediatric intensive care unit treatment alters the diversity and

composition of the gut microbiota and antimicrobial resistance gene expression in critically ill children》。文章全面揭示了PICU患兒腸道菌群的群落結構，并比較了短期抗生素治療前后患兒腸道菌群差異、基因功能及代謝相關通路的改變。

研究背景

常見的危重疾病包括敗血癥、急性呼吸窘迫綜合征和多器官功能衰竭綜合征，對全球醫療保健領域造成了沉重的經濟負擔。大量研究證實腸道菌群可參與各類疾病的發生和發展；同時，其結構狀態受重癥患者自身的生理及病理變化的影響，并且與人類宿主有共生關系。抗生素的使用可能會誘導腸道菌群中的一些耐藥基因表達上調，進而影響疾病的治療。因此，腸道菌群作為兒童疾病治療及危重病人管理的重要因素，受到了臨床醫生越來越多的關注。

本研究旨在利用mNGS技術揭示PICU患兒的腸道微生物群組成、基因功能和耐藥基因的變化，為患兒的合理用藥和降低重癥監護病房不良事件的發生率提供理論依據。

入組患者

本研究收集了2021年3月至2022年3月的71例患兒作為研究對象（圖1），在收入PICU接受治療的D1和D7分別進行肛拭子采集，后行mNGS檢測（PE150；50M）。

圖1. 患者入排流程圖

研究結果

1. 患者特征及臨床信息

  經統計，大多數患兒有基礎疾病且合并感染并發癥。所有患兒入院時均接受靜脈注射抗生素治療。超過一半的兒童在PICU入院后7天內接受了兩類或兩類以上的抗生素治療。

研究發現，PICU治療7天后，C反應蛋白（P<0.01）、降鈣素原（P<0.01）、肌酐（P<0.01）和乳酸（P<0.01）和白細胞計數顯著下降（P=0.01）；血小板計數顯著增加（P=0.01）。在臨床結果方面，7名兒童在28天的隨訪期間死亡（表1）。

表1. 入組患兒的臨床信息

2. PICU短期治療改變了患兒腸道菌群的豐富度

基于Shannon指數、Simpson指數、Chao1和ACE指數的Alpha多樣性分析顯示：與D1組相比，D7組的菌群豐富度顯著降低（表2）。而兩組間腸道微生物群的Beta多樣性沒有顯著差異（P>0.05）。我們的研究結果表明，即使在抗生素和其他治療的影響下，兒童腸道微生物群的群落結構仍保持一定穩定。

表2. D1和D7組間的Alpha多樣性

3. PICU短期治療改變了患兒腸道菌群物種的豐度

從多個分類級別分析了D1和D7組腸道菌群物種豐度的改變。在門水平上， D7組患兒腸道菌群的擬桿菌門和放線菌門相對豐度均降低，厚壁菌門和變形菌門的相對豐度均增加（圖2）。在其他分類水平，我們發現D7組患兒腸道菌群中芽孢桿菌綱以及乳桿菌目的相對豐度顯著增加（P=0.03，P=0.04），而人彎曲桿菌相對豐度則顯著降低（P=0.02）（圖3）。

圖2. 危重患兒PICU治療前后門水平的細菌總體組成

圖3.在D1和D7類群中，在(A)綱、(B)目和(C)種水平上的前20個細菌群落的分布。*P < 0.05.

4. 腸道菌群的基因功能發生顯著變化

經過短期PICU治療后，兒童的腸道菌群基因功能發生了顯著變化（圖4）。共獲得30條顯著改變的KEGG通路（P<0.01），且30條通路的表達均被抑制。它們主要包括以磷酸核糖酰胺甲酰轉移酶1為代表的代謝過程中酶和轉錄因子活性的變化，以及以DNA修復蛋白RadA/Sms和脫氧核糖核酸酶I為代表的DNA分解代謝和修復過程中酶和蛋白活性的改變。此外，還觀察到ExbD生物聚合轉運蛋白的活性變化。這說明腸道微生物失衡的同時，也伴隨著物質代謝、物質運輸、遺傳物質分解和修復過程的變化。同樣，我們以P<0.01篩選了顯著改變的GO通路，發現與KEGG通路分析的結果相一致。

圖4.KEGG通路的基因功能預測

5. 腸道微生物群中抗菌素耐藥性基因表達的差異分析

D7組與D1組共檢測到31個有顯著差異的抗生素耐藥基因（ARGs），其中有19個耐藥基因的表達上調。上調顯著的前10個抗性基因依次為Erm(A)、ErmX、LptD、eptB、SAT-4、tetO、adeJ、adeF、APH(3′)-IIIa和tetM，其中LptD和adeJ與碳青霉烯類抗生物耐藥相關（圖5）。

圖5. D1 和 D7 組抗菌素耐藥性基因表達火山圖

 

總    結

1. PICU短期治療后，危重患兒腸道菌群豐富度明顯降低，但組間細菌多樣性和群落結構仍保持一定程度的穩定；

2. 經過7天PICU短期的治療，患兒腸道中芽孢桿菌綱以及乳桿菌目的相對豐度顯著增加，而人彎曲桿菌相對豐度則顯著降低；

3. GO和KEGG分析顯示，腸道菌群的基因功能也發生了一定改變，主要是負責代謝、DNA分解代謝和跨膜轉運的基因下調。

4. PICU短期治療后危重患兒耐藥基因表達有明顯變化，上調顯著的前10個抗性基因依次為Erm(A)、ErmX、LptD、eptB、SAT-4、tetO、adeJ、adeF、APH(3′)-IIIa和tetM。

參考文獻：

Xu J, Kong X, Li J, Mao H, Zhu Y, Zhu X, Xu Y. Pediatric intensive care unit treatment alters the diversity and composition of the gut microbiota and antimicrobial resistance gene expression in critically ill children. Front Microbiol. 2023 Nov 13;14:1237993. doi: 10.3389/fmicb.2023.1237993. PMID: 38029168; PMCID: PMC10679412.

編譯：Zen-Master   審核：佳、十一   排版：琳