多部位の微生物叢の変化は腎結石形成の特徴である
本文へスキップ
BMC
検索
メニュー
マイクロバイオーム
ホーム
マイクロバイオームについて
記事一覧
セクション
コレクション
投稿ガイドライン
原稿の投稿
PDFダウンロード
リサーチ
オープンアクセス
出版：2023年11月25日
多部位の微生物叢の変化は腎結石形成の特徴である
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-023-01703-x#Sec1
ケイト・F. Al, Benjamin R. Joris, ...Jeremy P. Burton 著者を表示する
マイクロバイオーム11巻、記事番号：263（2023）この記事を引用する
91 アクセス
9 Altmetric
指標詳細
要旨
背景
腎結石症（KSD）における微生物叢の関与に関する研究は、主に腸内細菌によるシュウ酸処理能力の可能性と抗生物質曝露との関連性の増加に焦点が当てられてきた。83名の結石形成者（SF）と30名の健常対照者（HC）の腸内、尿中、および口腔内の微生物叢を系統的に比較することにより、KSDに対する細菌の寄与を統一的に評価する。
研究結果
アンプリコンおよびショットガンメタゲノムシーケンスアプローチは、SFにおけるマルチサイト微生物叢の乱れをHCと比較して同定する上で一貫していた。バイオマーカー分類群、分類学的および機能的多様性の減少、コア生体エネルギー経路の病原性関連遺伝子マーカーによる機能的置換、および群集ネットワークの崩壊がSFを規定したが、コホート間の差はシュウ酸代謝には及ばなかった。
結論
我々は、多部位の微生物叢の変化がSFの特徴であり、KSD治療は、結石の再発を予防するために、微生物の機能回復と、不適切な食事や抗生物質などの異常な調節因子の回避を考慮すべきであると結論した。
ビデオ要約
背景
腎結石症は、罹患者に大きな罹患率をもたらし、医療制度に財政的負担を強いる疾患である [1] 。従来、腎結石症は肥満した中年男性の病気と考えられてきたが、ここ数十年、特に若い女性や小児における有病率が増加している [2,3,4,5]。ヒトの微生物叢は、メタボリックシンドローム、心血管疾患、糖尿病 [6,7,8]など、全身の健康と疾患に関与することが知られている。これらの疾患はすべて腎結石症に関連する併存疾患であり、結石症とともに近年その有病率が増加していることは、私たちの集団全体の健康状態の全身的な低下を示している。重要なことは、ヒトの微生物叢も腎石症に関与していることであるが、この関係の背後にあるメカニズムについてのコンセンサスは得られていない。
シュウ酸カルシウム（CaOx）は結石の最も一般的な結晶成分であり、リン酸カルシウム、尿酸、ストルバイト、シスチンがこれに続く [9] 。シュウ酸塩は、内因性に生成される有毒な終末代謝産物であり、食事から摂取されるものはごく一部である [10] 。オキサロバクター・ホルミゲネス（現在はO. aliiformigenes、O. paeniformigenes、O. paraformigenesでもある） [11] は、人体におけるシュウ酸塩の重要な調節因子であると考えられていた。この細菌は、シュウ酸塩分子を唯一の炭素源として利用し、いくつかの研究では、この細菌による腸内コロニー形成が尿中シュウ酸塩濃度の低下、ひいてはCaOx結石の発症リスクの低下と関連している可能性が示されている [12, 13]。しかし、腸内細菌叢の他のメンバーもシュウ酸塩を分解する能力があり [14, 15]、最近の多くの研究では、健康な人と結石形成者の間でO. formigenesのコロニー形成率に差がないことが判明している [16,17,18,19,20,21] 。したがって、腸内常在菌による直接的なシュウ酸代謝が腎結石予防の鍵であるかどうかは依然として不明である。
シュウ酸利用以外にも、これまでの研究で、腎結石形成者の腸内細菌叢における全般的な「ディスバイオーシス」が証明されている [16,17,18,20,21,22,23,24,25,26]。しかし、これらの研究で決定された有意な異常が一貫していることはほとんどない。これは、サンプル数が少ないか、配列決定や解析方法が異なることによる人工的なものかもしれない。また、これまでの研究のほとんどは、主にO. formigenesの有無と直接的なシュウ酸利用経路に焦点を当てているが、これらの解析に焦点を絞るあまり、疾患病態に対する真の機能的意義が強調されすぎている可能性がある。
感染症を除けば、泌尿器系は歴史的に無菌であると信じられてきた。しかし、健康なヒトにおける泌尿器系微生物叢は、ここ10年でよく報告されるようになった[27, 28]。この発見により、研究者たちは、微生物が腎結石症に果たす役割に疑問を抱くようになった［29］。実際、ストルバイト結石は尿路感染症（UTI）と関連していることが知られているが、最近の培養に依存した研究および培養に依存しない研究でも、カルシウムを主成分とする結石に細菌が存在することが確認されている [16, 30, 31]。しかし、常在細菌がどのように結石症に関与しているのか、結石菌が尿路微生物叢や腸内細菌叢の異常に起因しているのかについては、まだ不明な点が多い。また、シュウ酸塩を直接利用する以外のマイクロバイオームの全体的な役割については、あまり研究されていない。
本研究の目的は、腎結石形成者（SF）と健常対照者（HC）の尿中および腸内細菌叢を包括的に特徴付け、腎結石症に対する身体部位特異的な微生物の寄与を評価することである。また、全身性疾患との関連が知られていることから、遠隔部位である口腔についても調査した [33]。これにより、結石形成における複数の身体部位からの細菌の役割に関する洞察が得られ、腎結石症の予防と治療のための個別化医療や標的療法を開発するための基礎知識が得られると期待された。
方法
患者とサンプル収集
2015年8月から2019年1月にかけて、オンタリオ州ロンドンのセント・ジョセフ病院泌尿器科から83名の活動性腎石症患者（SF）を、30名の健常対照者（HC）とともに募集した。KiSMi研究の倫理的承認は、オンタリオ州ロンドンのLawson Health Research Institute（CRIC R 15-117）およびウェスタンオンタリオ大学のHealth Sciences Research Ethics Board（REB #105443 ）から得られた。研究参加者全員から研究参加時に書面による同意を得、承認されたガイドラインに従って方法を実施した。参加者の除外基準は補足表1に示した。簡単に述べると、HCとSFのいずれも、試験登録前30日以内に活動性の消化管感染症または抗生物質への曝露がないこと（ただし、実際にはすべての参加者が、現在の文献[34]に基づく許容可能な基準である、抗生物質への曝露がない期間が少なくとも90日間あった）。さらに、HCは、炎症性腸疾患、胃バイパス手術歴、過去1年間の尿路結石症歴、導尿、留置カテーテル、間欠的カテーテル留置を行ってはならなかった。これに対し、SFはこれらの健康上の問題を有していても組み入れの対象となったが、IBDを有していたのは3人のSFのみであり（これは多変量解析で考慮された、Supplement Data）、その他の条件はどのSFにも存在しなかった。組み入れ基準を満たしたすべてのSF患者は、結石除去のための尿管鏡検査（URS）または経皮的腎結石除去術（PCNL）の前に、定期的に予約された診療中に募集された; HC対象者は、地域で声をかけられ、緩やかな頻度マッチングアプローチ[35]でSFと年齢および性別がマッチングされた。
サンプル処理とDNA抽出
参加者の募集に際して、参加者は、抗生物質の使用や尿路感染症の既往歴など、関連する人口統計学的および病歴について質問された（表1、補足データ1A）。登録後、HCは超音波検査で評価され、結石がないことが確認された。その後、全参加者が中流尿サンプル、口腔唾液スワブを提供し、113人中102人がトイレットペーパーに便サンプルを郵送した[36]。また、推定年間摂取量とポーションサイズに基づく有効な食物摂取頻度調査票にも記入し、1日の栄養素推定値を提供した [37] 。外科的結石除去の際には、可能な限りSFから追加の臨床サンプルを採取した：尿、カテーテル初回挿入時および尿路への生理食塩水注入前の尿、PCNLによる結石片。手術室（OR）尿および結石検体を、採取した他のすべての検体から区別するため、予防的抗生物質を術中に投与した。ほとんどの症例において、PCNLを受けた患者は術前にシプロフロキサシンを5日間経口投与され、その後手術室でアンピシリンとゲンタマイシンを静脈内投与され、手術後24時間投与された。URS患者は通常、手術室でセファゾリンを静脈内投与され、その後トリメトプリム/スルファメトキサゾールまたはシプロフロキサシンを3～5日間投与されて退院した。これらのOR検体は、外科医が滅菌採取カップに入れた。200μLのヌクレアーゼを含まない水を入れた滅菌尿容器を、手術の間、患者のそばで開けたままにしておくというOR環境対照検体も採取した。追加の利用可能な結石片の組成は、St. Joseph's Healthcare Toxicology and Special Chemistry Labがフーリエ変換赤外分光光度法により分析した。
すべての尿サンプル（すなわち、HCの尿、SFの術前および手術中の尿）は、採取後2時間以内に2回に分けて処理した。可能であれば、尿代謝物の高速液体クロマトグラフィー（HPLC）分析用に、全尿10mLを採取し、-80℃で凍結保存した。残りは既述のように処理し[38, 39]、将来の16S rRNA遺伝子配列決定用に保存した。簡単に説明すると、尿の全残量を5000×gで10分間遠心分離し、その後上清を除 去し、ペレットをDNA抽出まで-80℃で乾燥保存した。尿の総量が25 mL未満の場合は、2 mLの全尿のみをHPLC用に確保した。16S rRNA遺伝子配列決定用のペレットになった尿量は、処理条件に関連する下流の配列決定解析における交絡因子を同定するために記録した。
口腔スワブは最初の採取から2時間以内に-80℃で凍結し、将来のDNA抽出と16S rRNA遺伝子アンプリコン配列決定のために保存した。American Gut Project [36, 40, 41]を参考にした検証済みの方法で、参加者が自宅で糞便サンプルを採取し、研究室に郵送した。採取後2時間以内に、OR環境コントロールサンプル内の水をカップの中で2分間振り、全量をPCRグレードのエッペンドルフチューブに移し、-80℃で凍結した。
最初の採取から2時間以内に、患者1人につき結石片1個をPCRグレードのエッペンドルフチューブに移し、-80℃で凍結した。
DNA抽出のため、尿、結石、およびOR環境対照サンプルを96ウェル抽出プレート上に無作為に並べ、口腔サンプルと糞便サンプルは、バイオマスの低い他のサンプルへの汚染の可能性を軽減するため、別々のプレートで抽出した。
サンプルは解凍し、無菌バイオセーフティフード内で処理した。RNase AWAY™で滅菌したピンセットを用いて、腎臓結石を空の50mLコニカルチューブに取り付けた滅菌セルストレーナーに移した。滅菌セルストレーナーとコニカルチューブはサンプルごとに新しいものを使用した。ヌクレアーゼを含まない水2mlを、腎臓結石の外表面を軽くすすいだ。次いで、石を乳鉢と乳棒に移し、5％次亜塩素酸ナトリウムで滅菌した後、RNase AWAY™で砂状に粉砕した。この断片を100μLのヌクレアーゼを含まない水に懸濁し、DNA抽出に使用したDNeasy PowerSoil HTP 96 Kitのビーズプレートのウェルに直接ピペッティングした。尿ペレットを解凍し、100μLの無核酸水に懸濁し、ビーズプレートにピペッティングした。100μLのOR環境対照水サンプルを直接ビーズプレートに移した。口腔スワブは、RNase AWAY™処理したハサミでビーズプレートのウェルに直接切り込んだ。トイレットペーパーのサンプルは、RNase AWAY™処理したハサミと鉗子を用いて、目に見える大きさ約1cm2の汚れた紙片がビーズプレートに直接加えられるように切り離し、トリミングした。
各プレートの2ウェルは空のままとし、陰性対照とした。各プレートに2つの陽性対照（スパイク）を加え、100μLの純粋な細菌培養液とした： スパイク1は大腸菌DH5α株、スパイク2は黄色ブドウ球菌ニューマン株であった。スパイクの調製には、細菌のシングルコロニーを10mLのルリアベルタニ（LB）ブロスに接種し、37℃で一晩培養した。一晩培養した100マイクロリットルのアリコートを1.5mLのエッペンドルフチューブに分注し、-80℃で凍結した。各 DNA 抽出プレートについて、両方のスパイクのチューブを 1 本ずつ解凍し、PCR グレードのフィルターチップを用いて PowerSoil HTP ビーズプレートに直接ピペッティングした。DNA は、DNeasy PowerSoil HTP 96 キットを用いて、製造元の説明書に従い、前述[38]のように微調整を加えながらサンプルから単離した。DNAはPCR増幅まで-20℃で保存した。
尿、結石および口腔スワブサンプルの16S rRNA遺伝子配列決定
PCR増幅は、16S rRNA遺伝子のV4可変領域に特異的なEarth Microbiomeユニバーサルプライマー、515Fおよび806Rを用いて完了した[42]。プライマーとバーコードの配列を補足表2に示す。PCR試薬のセットアップはBiomek® 3000 Laboratory Automation Workstation（Beckman-Coulter, Mississauga, ON, CAN）を用いて行った。10マイクロリットルの左右のバーコード付きプライマー（3.2 pMole/μL）を96ウェルプレートに、各ウェルが左右のバーコードのユニークな組み合わせを含むように配列した。2マイクロリットルのDNA鋳型をプライマープレートに加え、続いて20μLのPromega GoTaqホットスタート無色マスターミックスを加えた。反応液をピペッティングで短時間混合した後、プレートをホイルのプレートカバーで密封し、室温で2250×gで2分間遠心した。
増幅はエッペンドルフのサーマルサイクラー（Eppendorf, Mississauga, ON, CAN）を用いて行い、蓋の温度は104℃に維持した。最初の95℃、4分間のウォームアップでGoTaqを活性化し、その後、95℃、52℃、72℃を1分間ずつ25サイクル繰り返した。シークエンシングはLondon Regional Genomics Centre (http://www.lrgc.ca; London, ON, CAN)で行われた。アンプリコンはピコグリーンを用いて定量し、クリーンアップ前に等モル濃度でプールした。600サイクルのMiSeq Reagent Kitを用い、クラスター密度～1100で5% ↪Ll_278 X-174を添加し、2×260サイクルでペアエンドシーケンスを行った。リードはfastqファイルとしてエクスポートした（NCBI Sequence Read Archive、BioProject ID PRJNA856314（urinary）およびPRJNA856641（oral）にアップロード）。リードはCutadapt [43]を用いてデマルチプレックスし、DADA2パイプライン [44]を用いてクオリティフィルターを行い、SILVA (v138) training set [45]を用いて分類を割り当てた。シーケンスリード数はSupplementary Data 1Zに掲載されている。下流の分類学的解析に使用される最終データセットには、1000リードを超えるサンプル、どのサンプルにも相対存在量が1%を超えるSV、およびすべての尿サンプルにわたって総リード数が10,000を超えるSVが保持されるように、サンプルおよび配列変異体（SV）が刈り込まれた。低存在量のサンプルであったため、decontam Rパッケージ[46]を用いてさらに厳密な評価を行い、汚染されている可能性の高いSVの存在を評価した後、さらに1つのSVをデータセットから削除した。微生物のメタゲノム解析は、PICRUSt2 [47, 48]を用いて行った。
便サンプルのホールショットガンメタゲノム配列決定
25名の健常対照者と36名のCaOx結石形成が確認された患者の糞便サンプルは、カナダのオンタリオ州トロントにあるThe Hospital for Sick ChildrenのThe Centre for Applied Genomicsでショットガンメタゲノムシーケンスを受けた。SFサンプルは、フーリエ変換赤外分光光度計によりCaOxが主体であることが確認された、手術中に抽出された結石片を有する患者に基づいて選択された。両コホートからのサンプルは、DNA収量と品質の閾値を超えるもののみを含むようにさらに比較された：HCサンプル合計30個のうち、5個が除外され、CaOx SFサンプル合計40個のうち、4個が除外された。DNA 濃度は Qubit™ dsDNA HS Assay Kit を用いて定量した。約100 ngのDNAをPCR増幅し、Nextera DNA Flex Library Prep Kitを用いてシーケンス用に調製した。増幅されたライブラリーを精製し、アンプリコン～350 bpを濃縮した後、S1 Flowcellを用いてIllumina NovaSeq 6000でシーケンスした。
リードはfastqファイル（BioProject ID PRJNA649273）としてエクスポートし、FastQC [49]を用いて品質を評価し、Trimmomatic [50]でトリミングし、Bowtie2 [51]を用いてヒトゲノム（Hg38）にマッピングした。シーケンスリード数はSupplementary Data 1Zに掲載されている。ヒトのリードは破棄され、残りのマッピングされていないリードは下流の解析に利用された。メタゲノム機能ポテンシャルのアノテーションにはMGnifyパイプラインを使用した[52]。メタゲノムビンは、全サンプルからのリードを各生アセンブリにマッピングすることで作成した。MetaBat2 [53]を用いて、カバレッジとGC含量に基づいてアライメントファイルのコンティグをグループ化した。このプロセスは、プールされたアセンブリーではなく、サンプルごとのアセンブリーに対して繰り返された。その後、すべての高品質なビン（CheckM [54]で評価）をプールし、dRep [55]を用いて99%の配列同一性でデリプライした。その後、リードを複製解除したゲノムセットにマッピングしました。PhyloPhlAn[56]を用いてビンに分類を割り当て、Bowtie2でカウントを決定した。分類学的アノテーションはMetaPhlAn [57]でも行われ、PhyloPhlAnの結果を裏付けたが、ここでは報告しない。機能的アノテーションもHUMAnN 3.0パイプライン[57]で実施し、MGnifyの所見を概ね裏付けたが、ここでは報告しない。
高速液体クロマトグラフィー
尿中シュウ酸塩濃度をHPLCで百万分の一単位で測定し、クレアチニンで正規化した[58,59,60]。PCRグレードのフィルターチップを用いて、50μLの尿をクレアチニン定量用にエッペンドルフチューブに移し、950μLの尿をシュウ酸塩定量用に15mLのコニカルチューブに移した。
クレアチニンを定量するために、450μLのHPLC H2Oと500μLのHPLCアセトニトリルを尿に加え、ボルテックスした。尿混合物を4℃で15分間インキュベートし、残渣の沈殿を促進した。その後、サンプルを4℃で16,000×gで15分間遠心分離し、0.2μmのシリンジフィルターでろ過して、ラベル付きの琥珀色のHPLCバイアル（Agilent, Mississauga, ON, CAN）に入れた。クレアチニンの標準物質は、HPLC H2Oで1、5、10、50、100、150、200、250、300ppmの濃度で調製した。Agilent 1100 HPLCを用い、表3に示す条件で行った。
シュウ酸塩の定量には、950μLの尿（または1、10、25、50、100、150、200、250ppm濃度のシュウ酸標準品）を50μLの10M HClおよび4M HClに溶解した0.1Mのo-フェニレンジアミン1mLと合わせ、ボルテックスした。チューブにキャップをし、できるだけ蓋を締めるように注意した。その後、チューブを100℃のオーブンで6～7時間インキュベートし、一晩4℃に移した。翌日、チューブ内の容量を注意深く検査し、ひび割れや蒸発を起こしたチューブは廃棄した。500マイクロリットルの200mM KHPO4（pH 7.0）と480μLの10M KOHを、穏やかにボルテックスしながらチューブに加えた。混合液1mlをラベルを付けたエッペンドルフチューブに移し、4℃で15分間インキュベートした後、16,000×g、4℃で15分間遠心した。0.2μmのシリンジフィルターに全量を移す際、大きなペレットが存在するので注意深く避けた。HPLCは、補足表3に記載された条件で使用した。
統計解析
シーケンスデータ解析は、CoDaSeq、zCompositions、ALDEx2、ANCOM2、Vegan、およびコアRパッケージ[62,63,64,65,66,67,68,69,70,71]を使用し、この分野のベストプラクティス[61]に従って保守的に実施した。具体的には、有意な交絡因子をVegan Rパッケージのenvfit関数で決定し[64]、ALDEx2を用いた一般化線形モデル（GLM）による多変量解析で説明した（補足データ）[62]。GLM比較に使用した固定効果式は、補足データに報告されている。報告されたP値はすべて、該当する場合は偽発見率（FDR）で補正されている。微生物群の存在量の差の検定では、FDR補正後のP値P < 0.1および/または効果量>|0.5|で有意とみなした。その他の比較では、P < 0.05を有意とみなした。ショットガンメタゲノムビンの分類学的注釈の系統樹は、PhyloPhlAn [56]で作成し、iTOL [72]で可視化した。微生物シグネチャーのバランスの選択（Rパッケージselbal）は、腎結石症を予測する有意な微生物シグネチャーを決定するために使用した[73]。共起ネットワーク解析は、RパッケージNetCoMi [74]を用いて行った。コホート単位のネットワーク推論は、CLR変換された分類学的および機能的経路数表からピアソン相関係数を1000ブートストラップ反復して行った。サンプル数、統計的有意性、および対応するFDR補正を伴う統計的検定の名前は、図1、図2、図3、図4、図5、図6、補足図1～4、および補足データの本文および図凡例に記載されている。正規性のシャピロ・ウィルク検定、参加者のメタデータおよび尿中シュウ酸塩に関する統計検定は、GraphPad Prism（v8.3.1）およびRで実施した。
図1
図1
健常対照者と結石形成者では、尿中シュウ酸塩濃度は異なるが、食事中のシュウ酸塩濃度は異ならない。A 食事歴の質問票によって測定されたシュウ酸の1日のおおよその値は、患者グループ間で同等であった。HC（n = 14）、SF（n = 64）。B尿中シュウ酸濃度をHPLCで測定し、クレアチニン値で正規化した。SFの術前尿はシュウ酸塩濃度が最も高かった（Kruskall-Wallis検定とDunnの多重比較）。データは中央値（枠内の線）、IQR（枠）、最小値/最大値（ひげ）を表す；HC（n＝29）、SF（n＝83）、SF-OR（n＝55）。
フルサイズ画像
図2
図2
尿および結石の微生物叢の組成分析。すべての尿および結石サンプルのCLR変換Aitchison距離でPCAを実行した。各色点はサンプルを表す。プロット上のサンプル間の距離は微生物群集組成の違いを表し、全分散の17.6％が示された最初の2つの成分で説明された。属の強さと関連性は、それぞれ灰色の矢印の長さと方向によって描かれている。点はサンプルの種類によって色分けされ、楕円はサンプルの種類の95%信頼区間を表す。サンプルは種類と時間によって有意に異なる（envfit P値 < 0.05）。B アルファ多様性のシャノンの指数をサンプルグループ間で比較した。結石患者からのOR尿サンプルは最も多様性が低かった（ダンの多重比較によるKruskall-Wallis検定、* P < 0.05, ** P < 0.01, *** P < 0.001）。データは中央値（ボックス内の線）、IQR（ボックス）、最小値／最大値（ひげ）を表す。C SVは、健常対照尿、結石前置OR尿、および結石と比較して、結石前置者の術前尿の間で有意に異なっていた（Benjamini-Hochberg補正Wilcoxon検定 P < 0.05、ANCOM W値 > 0.7閾値、ALDEx2 GLM効果量 >|0.5|）。データは中央値およびIQRを表す；HC（n = 25）、SF（n = 83）、SF-OR（n = 59）、結石（n = 34）。
フルサイズ画像
図3
図3
Stone-Formerの腸内細菌叢は健常対照群と異なる。HCとSFの糞便サンプルから得られたメタゲノム分類学的ビン集合体のCLR変換Aitchison距離でPCAを行った。各色点はサンプルを表す。プロット上のサンプル間の距離は、微生物群集組成の違いを表し、全分散の18.2％が示された最初の2つの成分で説明される。点はサンプルタイプ別に色分けされ、楕円はサンプルタイプの95％信頼区間を表す。サンプルはコホートによって有意差があった（envfit P値 < 0.1）。B アルファ多様性のシャノン指数はSFで有意に減少した。C群集の不平等のジニ係数はSFで有意に上昇した。Mann-Whitney検定、*P < 0.05、***P < 0.001。データは中央値、IQR、最小値/最大値；HC（n = 25）、SF（n = 36）。
フルサイズ画像
図4
図4
系統樹と有意に多い腸内細菌叢分類群。A 腸内細菌叢の重複除去ゲノムの最尤系統樹。一番外側のグレーのバーは、分類学的ビンの全体的な有病率を表す。第2層のオレンジと紫の点は、それぞれSFまたはHCで有意に多かった分類学的ビンを示す（Benjamini-Hochberg補正ウィルコクソン検定（P < 0.1）、効果量 >|0.5|）。木の枝は門ごとに色分けされている。B HCコホートとSFコホートの平均相対門存在量バープロット。各縦棒はコホート内の平均相対存在量を表し、門ごとに色分けされている。C 濃縮のコホートごとに分類群の効果量を色分けし、分類学的情報がある場合はラベルを付けた。色の付いた種はBenjamini-Hochberg補正ウィルコクソン検定（P < 0.1）で有意差があり、効果量 >|0.5| であった。
フルサイズ画像
図5
図5
SFの腸内細菌叢はHCとは機能的に異なるが、シュウ酸塩の直接処理においては異なる。Aコホートごとに最も差のある10個の遺伝子オントロジー（GO）用語の効果量を、濃縮のコホートごとに色分けした。示されたすべてのGO用語は、Benjamini-Hochberg補正ウィルコクソン検定によって有意差があった（P < 0.1）。B-G シュウ酸処理遺伝子の相対存在量は、Bonferroni補正Mann-Whitney U検定により、コホート間で差はなかった。データは中央値、IQR、最小値/最大値を表す；HC（n = 25）、SF（n = 35）
フルサイズ画像
図6
図6
共起ネットワークは、HCとSFでコミュニティ構造が異なることを示している。ネットワーク推論は、CLR変換された分類学的経路数と機能的経路数からピアソン相関係数を1000ブートストラップ反復して構築した。A ノードは個々の分類学的ビンを表し、クラスターは対応する種でラベル付けされている。B ノードは機能パスウェイを表し、次数の最も高い80のノードが表示される。ノードはクラスターごとに色分けされ、CLR変換されたアバンダンスでサイズが決められ、太字のノードはハブを表す。ハブ内の数字は、関心のある共通の機能パスウェイに対応する。正の推定相互作用を持つエッジは緑で、負の推定相互作用は赤で色付けされている。CC = クラスタリング係数, Mod = モジュラー性, PathL = 平均パス長
フルサイズ画像
結果
腎結石マイクロバイオーム（KiSMi）コホートの特徴
KiSMiコホートは113人の参加者で構成され、うち83人がSF、30人がHCであった（補足データ1A）。その結果、尿179検体、口腔スワブ113検体、結石片47検体、糞便102検体が得られた（補足図1）。HCは、年齢、性別、ほとんどの合併症（補足データ）に基づいてSFと一致したが、尿路結石の既往歴、喫煙の有無、抗生物質の服用歴は異なっていた。しかし、登録と初回検体採取の少なくとも90日前から抗生物質投与を受けていた参加者はいなかった（SFはOR時点で予防的抗生物質投与を受けていた）（表1）。SFは、経皮的腎結石除去術（PCNL）を受けた者と尿管鏡下手術（URS）を受けた者とで均等に分かれた。SFのうち84％が再発性腎結石を有し、77％がCaOx結石形成者であった。しかし、ビタミン、飽和脂肪酸、植物性エストロゲン、その他の微量栄養素の減少にはいくつかの傾向がみられた（補足図2、補足データ1B、C）。尿中シュウ酸塩/クレアチニン比は、術前の時点ではSF患者でHCおよびOR時点のSFと比較して有意に高かった（図1B、補足データ1D）。
表1 KiSMi試験参加者の特徴
フルサイズの表
16S rRNA遺伝子アンプリコンシークエンシングにより、SFにおける異なる複数部位の分類学的および機能的コミュニティが明らかになった。
尿中および結石のデータセットにおいて、最も割合の多い属は、Escherichia属（29.7％）、Lactobacillus属（12.8％）、Staphylococcus属（10.3％）、Gardnerella属（7.3％）、Streptococcus属（7.3％）であった（補足データ1E）。配列数は中心対数比（CLR）変換され、ユークリッド距離が適用され、サンプルごとのAitchison距離が生成され、主成分分析（PCA）で分析された[68]。PCAバイプロットは、サンプルタイプに基づくサンプルのクラスタリングを表示し、これはRパッケージveganのenvfitによって検証された（P < 0.05）（図2A、補足データ1F）。サンプルタイプはα多様性によって異なり、結石除去手術中に採取されたSF尿（OR尿）のシャノン指数が最も低く、HC尿と手術前のSF尿サンプルが最も高かった（図2B、α多様性の追加指標については補足データ1G-Hを参照）。サンプルの種類（結石対尿）と時間（術前対OR）が微生物叢変動の有意な要因であると考えられたため（envfit P < 0.05）、有意な共変量を調整しながら、有意に変化した分類群を決定するために、これらの基準に基づいてサンプルを別々の比較で調査した（補足データ1F）。いくつかのSVの相対存在量は、HCとSF、SFとSF-OR、SFの尿と結石の尿の間で不一致であった（ALDEx2を用いたBenjamini-Hochberg補正ウィルコクソン検定、およびALDEx2 GLM；図2C、補足データ1I）。特に、Gardnerella sp.、Megasphaera sp.およびAlloscardovia omnicolensはSF尿と比較してHC尿で相対的に多く、Lactobacillus jenseniiはSF尿で相対的に豊富であった。結石患者では、ラクトバチルス・イナース、G. vaginalis、プレボテラ属菌、カンピロバクター属菌はORの時点（抗生物質投与後、カテーテルで採取）では相対的に減少していたが、院内病原菌であるアシネトバクター属菌とステノトロフォモナス属菌は豊富であった。SF尿サンプルと比較して、結石にはGardnerella sp.、Megasphaera sp.、A. omnicolens、Atopobium sp.、Sneathia sp.、Prevotella sp.が比較的多く検出された、 カルシウム、ストルバイト、尿酸、シスチン組成の結石では、実施した厳しいフィルター条件を上回る微生物叢が検出された。しかし、結石の種類でサブグループ化した場合、サンプルサイズが小さい可能性があり、微生物叢は結晶組成に左右されなかった（envfit P > 0.05、補足データ1Fおよび補足図3）。
尿サンプルを機能的に推論した結果、SF（術前）ではHC（補足データ1 J-K）に対して濃縮された多数の遺伝子機能と経路が明らかになった（補足データ1 J-K）。その中には、病原性に関連した鉄の獲得[75]、腸内細菌共通抗原の生合成[76]、ポルミキシン耐性[77]、ストレス応答ppGpp生合成[78]、そして最も有意な（標準化効果サイズ0.78）ピリドキシン（ビタミンB6）生合成が含まれる。ビタミンB6は、アラニン-グリオキシル酸アミノトランスフェラーゼ（AGT）によるグリオキシル酸からグリシンへの解毒を含む、ヒトにおける140以上の反応の補酵素である [79] ；このビタミンが欠乏し、AGT活性が低下すると、尿中シュウ酸排泄量が増加する [80, 81]。このように、全身および腸管ビタミンB6は結石形成者に治療効果をもたらす可能性があるが、膀胱におけるその役割はよく理解されておらず、逆に膀胱過敏症や失禁症状を引き起こすという逸話もある [82, 83]。対照的に、SFの尿サンプルは、ビタミンB12の生合成、酪酸の生合成、およびいくつかの基本的な生体エネルギー酵素経路において、HCと比較して有意に枯渇していた。
両コホートの唾液微生物叢は、ストレプトコッカス属（平均存在量50％以上）が圧倒的に多く、次いでヘモフィルス属、ゲメラ属、エシェリキア属（3-5％）であった（補足データ1L）。SFの唾液サンプルはHCと比較して、歯周病菌であるPorphyromonas endodontalis、Fusobacterium nucleatum、Prevotella sp.の相対量が増加し、Streptococcus spp.が減少する傾向が見られたが、これは多重検定補正や有意な共変量で調整しても統計学的有意差には至らず（補足データ1M）、機能推論に基づく差も認められなかった（補足図4、補足データ1N-P）。しかし、SFの唾液サンプルは、複数の多様性指標によってHCよりも有意に高い多様性を示した（補足データ1Q-R）。
ショットガンメタゲノムシーケンスにより、SFの腸内細菌叢に有意な変化があることが明らかになった。
合計102の糞便サンプルが採取され、そこからDNAが抽出された。このうち61検体を、ホールショットガンメタゲノムシーケンスによるディーププロファイリング用に選択した。これらのサンプルは、HC25検体、CaOx SF36検体からなり、いずれもショットガンライブラリー調製に十分なDNA収量と質を有していた。サンプル153は、CoDaSeq Rパッケージ[67]により外れ値と判断され、下流の解析から除外された（図3A）。サンプルは、PCA（図3A）およびアルファ多様性指標（図3B、C）に基づいてコホートごとに分離された。具体的には、SFではシャノン指数が有意に低下し、群集の不平等性を示すジニ係数が有意に上昇したことから、SFでは腸内細菌叢の多様性が低く、分類群の分布がより不平等であることが示された（補足データ1S-T）。
先行研究を裏付けるように、Faecalibacterium prausnitzii、Agathobacter rectalis、Bacteroides spp.、Roseburia spp.、Alistipes spp.、Ruminococcus spp.およびBlautia spp.は、すべての腸内サンプルで相対存在量が最も高かった（図4A、補足データ1U）[84, 85]。有意な共変量で補正した後（補足データ1V）、82の細菌分類群がHCとSFの間で存在量に差があり、SFでは多くの病原微生物や疾患関連微生物が相対的に濃縮され、Bacillota門の未分類分類群や健康関連微生物であるF. prausnitziiが顕著に減少した（図4B、補足データ1W）。O. formigenesの存在量はコホート間で差はなく、最近の報告と同様、SFの2人の参加者でのみ非常に低濃度で検出された[21]。古細菌や真核生物の分類群ではHCとSFの間に有意差はなかったが、Faecalibacterium phage virus（Taranisvirus）はHCで濃縮されていた（効果量0.53、補足データ1W）。
天秤の選択（selbal）[73]は、結石症を最も予測する微生物シグネチャーを同定するために利用された。分類群レベルでは、Clostridium sp.AM49-4BHおよびBacillota門の未知の分類群に対してDesulfovibrio pigerの相対的な存在量が高いことから、SFの状態と最も関連するバランスが解消された（補足図5A）。属レベルでは、Fusobacteriota門の未知の属に対するPseudomonas属とProteus属の相対的な存在量が高く、SFの状態と最も関連するバランスが解消された（補足図5B）。
機能面では、SFは多くの必須ハウスキーピング機能（タンパク質輸送、転写、生体エネルギー機構）の相対量が著しく減少し、病原性と炎症プロセス（ホスホン酸代謝[86]、モリブドプテリン酵素プロセス[87]、硝酸塩利用[88]、鉄獲得[75]）に富んでいた（図5A、補足データ1X）。一方、今回調査したシュウ酸の直接処理に関連する遺伝子には、コホート間で違いは見られなかった（図5B-G）。興味深いことに、SFでは細菌のウリジルトランスフェラーゼ活性が低下していた（補足データ1X）。この酵素は、ヒトで欠損するとガラクトース血症を介したCaOx腎結石形成の原因となる[89]。
ネットワーク解析により、SF微生物叢のコミュニティ全体の不均衡が明らかになった
腸内細菌叢の分類学的および機能的プロファイルについて共起ネットワークを構築し、有意な相互作用を決定した（図6A、B）。質的にも量的にも、分類群ネットワークはHCとSFのコホート間で著しく異なっており（図6A、補足データ1Y）、ネットワークのハブ（P = 0.028、HCではすべてフシカテニバクター・サッカリボランス（Fusicatenibacter saccharivorans）、SFでは大多数がブラウチア属（Blautia spp.））、相関、全体構造（betweenness centrality P < 0.0001）が有意に異なっていた。注目すべきは、SFのネットワークハブは、F. prausnitzii [90]のような健康に関連する中核的な腸内微生物と強い負の相関を示し、炎症に関連しSFに濃縮されたE. lenta [91]と正の相関を示したが、これらの相関パターンはHCでは見られなかった。進化的にうまく適応した群集機能の指標であるネットワークモジュラリティ [92]も、SFでは低かった（HCでは0.72対SFでは0.46）。
機能パスウェイをモデル化した相互作用のネットワークもコホート間で対照的であり（図6B）、ネットワークのハブ（P = 0.032）と全体的な構造（betweenness centrality P < 0.0001）が有意に異なっていた。葉酸、リボフラビン、補酵素A生合成のハブはSFには存在しなかったが、ペプチドグリカン生合成、プリン体［93, 94］やコリスメート生合成［95］を含む病原性に関連する可能性のあるハブは存在した。注目すべきは、解糖や補酵素A生合成のような主要なハウスキーピング機能に関連する包括的なハブクラスターが、SFでは切断されていたことである。これらのネットワーク所見は、単一または少数の微生物がコホート間の違いを引き起こしているのではなく、SFのマイクロバイオーム構造はHCと比較してシステムレベルで完全に乖離していることを示している。
考察
本研究により、食事とは無関係に、結石形成者のマイクロバイオームが複数の解剖学的部位で変化していることが示された。これは、全身的に病的な集団であることの証拠であり、CaOx腎結石形成における直接的なシュウ酸塩処理を超えたマイクロバイオームの役割を示すものである。特に、多様性の減少、分類学的構造の変化、機能的生体エネルギーの破綻と、病原性関連遺伝子マーカーの濃縮が、尿中および腸内微生物叢の両方で確認された。SFの尿中および腸内微生物叢では、ビタミン産生、酪酸生合成、中核的な有益な分類群などの健康マーカーが、病原性因子、抗菌剤耐性要素、および病原性細菌によって比較的置き換えられていた。このような複数部位にわたる微生物群集のシフトは、抗生物質への曝露を含む有害な環境要因の結果である可能性がある。これらの知見に基づき、O. formigenesをはじめとするシュウ酸を直接処理する分類群に重点を置いてきた歴史的な研究は中止し、SFにおけるシステムレベルの微生物の不均衡を明らかにするメカニズム研究を行うことを提案する。
この疾患に対する細菌の寄与を調査するこれまでの研究は、全ショットガンメタゲノムシーケンス技術を用いたものであっても、シュウ酸を分解する腸内細菌とそれに対応する直接シュウ酸処理遺伝子に焦点を絞ったものであった [13, 18, 21, 22, 96, 97]。より最近のいくつかの研究では、結石症における腸内細菌叢を評価し、全般的な「ディスバイオシス」と多様性の減少を報告しているが、特異的な変化に関するコンセンサスは得られていない [16, 17, 22, 23, 24, 25, 26]。さらに、結石形成者の尿中および結石の微生物叢に関する研究は、患者数が少なかったり、適切にマッチングされた健常対照比較群を欠いていたりして、前置的なものであった [16,29,30,31,32]。具体的な知見についてのコンセンサスは得られていないものの、これまでの研究を総合すると、結石形成者のマイクロバイオームは健康な状態とは大きく異なることが明確に示されている [98] 。
尿中シュウ酸塩の20～50％は食事からの摂取によるものと推定されている [99] 。先行研究と一致して、食事歴質問票（図1A）によって測定された食事性シュウ酸塩消費量が同程度であるにもかかわらず、結石患者の尿中シュウ酸塩濃度が高いことが確認された（図1B）[100]。尿中微生物叢は、HCとSFの間で、またSFでは治療経過を通じて有意に異なっていた。具体的には、手術時のSFは、炎症性、抗生物質耐性、院内感染関連微生物およびそれらに付随する病原性因子（アシネトバクター属[101]およびステノトロフォモナス属[102]）に富み、尿中微生物叢の典型的な良性メンバー（ラクトバチルス属、ガードネレラ属、およびプレボテラ属、図3C）は組成的に減少していた[103]。しかし、手術室での尿検体はカテーテルで採取されたため（クリーンキャッチで採取された術前検体とは対照的）、抗生物質への同時曝露に加えて、これらの結果に偏りが生じる可能性がある。決定的な原因を特定するためにはさらなる研究が必要であるが、術前の抗生物質投与によって正常な尿中微生物叢が相対的に枯渇すると、抗生物質耐性の根深い尿路病原体がニッチを支配するようになる可能性がある [104] 。結石手術前の短期間に起こるこのような実質的な尿中微生物叢の有害な変化の永続性と臨床的意味を理解する努力がなされるべきである。
我々は、他の研究者 [16, 29,30,31, 105] による先行研究を発展させ、すべての結石結晶組成において配列陽性微生物叢の存在を確認した。結石の微生物叢は泌尿生殖器系の微生物に由来していたが、術前および術中の尿とは組成的に異なっていた（図2C）。このことは、結石内部の細菌は、成長する結石マトリックスに偶然に取り込まれたものではない可能性が高いことを示している。むしろこの結果は、特定の微生物が結石の発生に深く関与し、炎症や結晶凝集を通じて結晶ニダス形成を悪化させる可能性があることを示唆している [15, 30, 106, 107]。結石を破砕し、しばしば抗生物質を併用することで、外科的結石治療は抗生物質耐性の結石菌の播種機会となる可能性があり、おそらく外科的結石治療後の極めて高い再発率に関与している可能性がある [108, 109]。
関節リウマチ[110]、心血管系疾患[111, 112]、癌[113, 114]などの全身性疾患との関連が知られているため、口腔微生物叢の遠隔部位について調べた。多重検定補正を行っても統計学的有意性には達しなかったが、SFにおけるF. nucleatum、P. endodontalis、Prevotella属などの病原性微生物の相対的存在量がHCに比べて増加するという今回の研究の傾向は、単一の腸内微生物や機能（シュウ酸分解）の喪失というよりも、全身性の疾患集団であることをさらに示唆している。微生物叢の分析に関しては、唾液サンプルは口腔内の複数の異なる部位からのプールを表していると考えられるため、歯周ポケット内など、よりターゲットを絞ったサンプリングにより、結石形成との高い相関が得られる可能性がある。これらの微生物は、炎症を起こした口腔粘膜から循環系に容易に移行し、全身的な免疫調節不全を引き起こす可能性があり [114] 、また唾液中で消費され、腸内細菌叢に播種される [115] 。したがって、口腔微生物叢がKSDのバイオマーカーとして作用している可能性はあるが、KSDの進行に積極的に関与しているかどうかはまだ不明である。
O.ホルミゲネスによる腸内コロニー形成はシュウ酸尿症を低下させ、結果として結石形成のリスクを低下させるというのが長年のドグマであったが、最近の研究では結石形成者と非結石形成者のコロニー形成率に差を検出することはできなかった [12, 18, 116,117,118] 。他の最近の研究 [17, 19, 22] と一致するように、われわれは、全ショットガンメタゲノムシークエンシングにより、HCおよびシュウ酸カルシウム（CaOx）SFの糞便サンプル中のこの細菌の相対的存在量に差を検出しなかった。むしろ、腸内細菌叢は、α多様性、相対的な分類学的組成、機能的潜在能力、全体的なネットワーク構造に基づいて、コホート間で有意に異なることがわかった。これらの変化は、やはりCaOx腎石症に関与している可能性が高い。しかし、これらのデータからは、シュウ酸を分解する明確な役割は明らかではない。
F. prausnitziiは有益な酪酸産生性の中核的な腸内常在菌であり、今回のカナダのKiSMiコホートでは、分類学的な存在量だけでなく、帰属機能やウイルスファージを通じて、SFでは有意に減少していることが判明した [90, 119]。これらの知見は、少数のイタリア人患者および中国人患者（いずれもコホートあたりN = 5）に対してショットガンメタゲノムシーケンスを実施したTicinesiら [18]およびLiuら [26]による予備的研究、ならびにそれぞれより大規模な韓国人コホートおよび中国人コホートに対して16Sアンプリコンシーケンスを実施したKimら [20]およびChenら [120]による予備的研究を反映したものであり、結石形成者におけるFaecalibacteriumの枯渇が世界規模で再現可能であることを示している。一般に、この微生物は健康と関連しているが、酪酸産生菌としての重要な役割を通じて、この微生物の枯渇が特に腎石症に関与している可能性がある [121]。酪酸はタイトジャンクションの形成を促進し [122] 、腸管の透過性を防ぎ、受動的なシュウ酸の細胞外への取り込みを減少させる可能性がある [123] 。酪酸はまた、シュウ酸トランスポーターSLC26A6の発現を調節することによって、能動的な経細胞的取り込みメカニズムに関与している可能性があり [124]、さらには免疫調節を介して腎臓における結晶形成を減少させる [125]。
今回検出されたその他の腸内細菌叢の変化には、デスルホビブリオ属（selbal分析によるSFの重要なシグネチャー）やフラボニフラクター・プラウティ（Flavonifractor plautii）の濃縮など、SFの腎結石症に関与する可能性がある。腸内のシュウ酸-硫酸アンティポーター（SAT-1）は、ヒトのCaOx腎石症に関与している [126] ；硫酸還元菌であるデスルホビブリオ属は、自閉症のコホートで観察されるように、血漿中のシュウ酸濃度を上昇させる流入基質のバイオアベイラビリティを低下させる可能性がある [127, 128]。F. plautiiはフラボノイドを分解する細菌であるが、食事性植物フラボノイドは結石やがんのコホートにおいて有益であることが示されており [129]、利尿、抗酸化、抗炎症の機序によりCaOx結石の発生率を低下させる可能性がある [130]。より広範には、Eggerthella属、Flavonifractor属、Ruminococcus属がSFに濃縮されており、8000人を超えるオランダ人のコホートにおいて、一般的な疾患関連シグネチャー（2型糖尿病、下痢と便秘、精神障害、胆石症に共通する）として最近示唆されている [90]。さらに、SFの腸は、シュードモナス属やプロテウス属（selbal分析によるSFの重要なシグネチャー）、クレブシエラ属を含む様々な尿路病原性ガンマプロテオバクテリアに富んでいた。腸は泌尿器病原体のリザーバーとして知られており [131]、したがって、これらの細菌がSFに濃縮されることの関連性は、カルシウムを主成分とする結石から培養され、結石形成を悪化させている可能性があることから、腸内コロニー形成にとどまらない [31, 106]。Desulfovibrio piger、Proteus属、Pseudomonas属が、Bacillota属やFusobacteriota属の未分類の分類群に比べ、SFの有意なシグネチャーであることを示すバランス解析は、さらなる確認研究を必要とするが、これらの分類群は、結石疾患の診断や病原の将来のバイオマーカーとして有望である。
これまでの文献では、抗生物質への曝露が結石形成と関連していることが示されている [21, 132]。これと一致するように、SFでは最近の抗生物質使用が有意に多く、抗生物質耐性遺伝子および分類群が豊富であるという我々の知見は、抗生物質曝露（小児期から結石治療中まで）が尿中および腸内細菌叢の両方を破壊し、炎症、有益な機能の喪失、および結石形成を悪化させている可能性のある尿路病原体の開花につながるという概念を支持している [133] 。
この研究は、腎結石症における微生物叢の重要な関連性を示したが、本研究の限界も考慮しなければならない。これらのデータは、比較的民族的に均質な患者集団から単一のセンターで得られたものであるため、独立した民族的に多様なコホートで再現する必要がある。喫煙の有無、尿路結石、抗生物質への曝露歴など、いくつかの患者因子は今回のコホート間で不一致であったため、より大きなマッチングサンプルサイズを用いた将来の研究が、今回の知見（特に予測されるバイオマーカー分類）の精度を高めるであろう。有効な食物摂取頻度調査票によって測定された食事に基づくHCコホートとSFコホート間の差は認められなかった；しかしながら、この調査票による結果は、自己申告および年間の推定によって偏りがある可能性がある。今後の研究では、標準化された食事や詳細な食事日記を採用することで、サンプル採取前に食事の微量栄養素や多量栄養素をより正確に直接推定することが可能であろう。同様に、参加者の抗生物質曝露歴は自己申告であり、これもバイアスの影響を受ける。医療基盤が整っている今後の研究では、抗生物質曝露に関するより詳細な医療記録を利用すべきである。
本研究では、尿および唾液サンプルの16S rRNAアンプリコンシークエンシングと、便サンプルのホールショットガンメタゲノムシークエンシングを行った。これらの手法では、相対的な組成の情報は得られるが、絶対量の情報は得られない。両シーケンス手法とも、すべてのケースで種レベルの分類学的注釈は得られなかった。このような理由から、シークエンシング手法の違いによる比較には問題があるため、今後の研究でこれらのデータと分類学的注釈を比較する際には注意が必要である。さらに今後の研究では、ショットガンデータセットからゲノムアセンブリーを採用し、種特異的な分類を探ることも可能であろう。16S rRNAアンプリコンデータは、PICRUSt2による機能的メタゲノム推定に使用された。この手法は、ヒト由来のサンプルにおいて正確性を示すものの、アンプリコン領域の変異に基づいてゲノム全体を予測するため、菌株レベルの機能性を区別することはできない[47, 48]。この手法はホールショットガンメタゲノムシーケンスに取って代わるものではなく、将来的に今回の知見を検証するために採用される可能性がある。糞便サンプルは以前に検証されたプロトコールに従って採取されたが、トイレットペーパー上で採取されたため、皮膚由来または環境微生物に曝露された可能性がある。HCおよび初回SF尿サンプルは、クリーンキャッチの中流サンプルとして採取されたが、これでは尿路上皮に付着した細菌を捕捉できない可能性がある。SF-OR検体はクリーンキャッチ法ではなく、手術中にカテーテルで採取された。このことが、SF尿検体の経時的な違いの一因であると考えられる。多変量解析が実施されたが、より大きなサンプルサイズでの今後の研究では、患者の併存疾患やライフスタイル要因による潜在的交絡因子の検出と調整において、より高い精度が得られる可能性がある。最後に、本研究は観察研究であるため、HCとSFの微生物叢の違いから結石症との因果関係を推定することはできない。
結論
本研究で検出されたSFに関連するマーカーは、全身的に疾患を有する集団を示すものであり、直接的なシュウ酸分解やO. formigenesの存在よりも、腎結石症リスクに関する説明力が高い可能性がある。われわれは、シュウ酸塩のホメオスタシスの、より目立たない方法が原因であり、進化的に適応した腸内細菌叢に依存している可能性が高いことを提案する。健康なヒト微生物叢の多様性と強固な機能的可能性が、抗生物質への曝露、食事、その他の環境因子によって、平均的な西洋化されたライフスタイルによって繰り返し攻撃されるならば、腎臓結石の有病率は増加し続けるだろう。この疾患の周期的な再発を予防するために、今後の腎結石症の管理には、マイクロバイオーム障害の予防とその後の恒常性回復のための薬剤の使用の両方を取り入れるべきである。
データおよび資料の入手可能性
本論文の結論を裏付けるデータセットはNCBI Sequence Read Archiveで入手可能である： BioProject ID PRJNA856314（urinary 16Sデータセット）、PRJNA856641（oral 16Sデータセット）、PRJNA649273（gut shotgun metagenomicデータセット）。入力数、分類注釈、メタデータテーブルはZenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.7199455)で、カスタムスクリプトはhttps://github.com/kait-al/KiSMi-Kidney-Stone-Microbiome。この研究で生成または解析されたその他のデータはすべて、この発表論文およびその補足情報ファイルに含まれている。
略語
BMI：
体格指数
CaOx：
シュウ酸カルシウム
CLR：
中心対数比
FDR
誤発見率
GLM
一般化線形モデル
HC：
健常対照群
HPLC：
高速液体クロマトグラフィー
IBD: 炎症性腸疾患
炎症性腸疾患
KSD
腎結石症
OR：手術室
手術室
PCA：
主成分分析
PSNL
経皮的腎結石除去術
SF：
結石形成者
SV：
シークエンスバリアント
URS
尿管鏡検査
UTI: 尿路感染症
尿路感染症
参考文献
Pearle MS、Calhoun EA、Curhan GC. Urologic Diseases of America P: Urologic diseases in America project: 尿路結石症。J Urol. 2005;173:848-57.
論文
PubMed
Google Scholar
Scales CD Jr、Curtis LH、Norris RD、Springhart WP、Sur RL、Schulman KA、Preminger GM。結石症の男女有病率の変化。J Urol。2007;177:979-82.
論文
PubMed
グーグル奨学生
Scales CD Jr, Smith AC, Hanley JM, Saigal CS. 米国における腎結石の有病率。Eur Urol. 2012;62:160-5.
論文
PubMed
PubMed Central
Google Scholar
Tasian GE、Ross ME、Song L、Sas DJ、Keren R、Denburg MR、Chu DI、Copelovitch L、Saigal CS、Furth SL。1997年から2012年までのサウスカロライナ州における小児および成人における腎結石症の年間発生率。Clin J Am Soc Nephrol. 2016;11:488-96.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Abufaraj M, Xu T, Cao C, Waldhoer T, Seitz C, D'Andrea D, Siyam A, Tarawneh R, Fajkovic H, Schernhammer E, et al. 米国成人における腎結石の有病率と傾向：国民健康栄養調査2007-2018データの解析。Eur Urol Focus. 2021;7:1468-75.
論文
PubMed
Google Scholar
プロバイオティクスの投与は心筋梗塞後の心筋肥大と心不全を抑制する。Circ Heart Fail. 2014;7:491-9.
論文
PubMed
グーグル奨学生
2型糖尿病の病態生理における腸内細菌叢の役割。EBioMedicine. 2020;51: 102590.
論文
PubMed
PubMed Central
Google Scholar
Turnbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA, Magrini V, Mardis ER, Gordon JI. エネルギー収穫のための増加した肥満関連腸内細菌叢。Nature. 2006;444:1027-31.
論文
PubMed
グーグル奨学生
モーOW。腎結石：病態生理と医学的管理。ランセット。2006;367:333-44.
論文
CAS
パブコメ
グーグル奨学生
Hatch M, Freel RW. シュウ酸ホメオスタシスにおける腸管シュウ酸輸送の役割とメカニズム。Semin Nephrol. 2008;28:143-51.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Chmiel JA, Carr C, Stuivenberg GA, Venema R, Chanyi RM, Al KF, Giguere D, Say H, Akouris PP, Domínguez Romero SA, et al: 古いグループ分けの新しい視点： オキサロバクター・フォルミゲネス（Oxalobacter formigenes）のゲノムおよび表現型の多様性とシュウ酸カルシウム結石予防への影響。Frontiers in Microbiology. 2022;13:1011102.
Kaufman DW, Kelly JP, Curhan GC, Anderson TE, Dretler SP, Preminger GM, Cave DR. オキサロバクター・フォルミゲネスはシュウ酸カルシウム腎結石のリスクを低下させる可能性がある。J Am Soc Nephrol. 2008;19:1197-203.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Jiang J, Knight J, Easter LH, Neiberg R, Holmes RP, Assimos DG. 食事のカルシウムとシュウ酸塩、およびOxalobacter formigenesのコロニー形成が尿中シュウ酸塩排泄に及ぼす影響。J Urol. 2011;186:135-9.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
哺乳類腸内シュウ酸分解菌の代謝と生態学的相互作用。Pathogens. 2013;2:636-52.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
アルKF、デイズリーBA、チャニRM、ビャゼヴィッチJ、ラズヴィH、リードG、バートンJP：シュウ酸分解枯草菌はショウジョウバエモデルで尿石症を軽減する。2020;5:e00498-20.
ザンピーニA、グエンAH、ローズE、モンガM、ミラーAW。尿路結石症患者におけるディスバイオシスの定義。Sci Rep.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Tang R, Jiang Y, Tan A, Ye J, Xian X, Xie Y, Wang Q, Yao Z, Mo Z. 16S rRNA遺伝子配列決定により、腎結石患者の腸内細菌叢の組成が変化していることが明らかになった。Urolithiasis. 2018;46:503-14.
論文
CAS
PubMed
グーグルスカラー
Ticinesi A, Milani C, Guerra A, Allegri F, Lauretani F, Nouvenne A, Mancabelli L, Lugli GA, Turroni F, Duranti S, et al. Understanding the gut-kidney axis in nephrolithiasis: an analysis of the gut microbiota composition and functionality of stone formers. Gut. 2018;67:2097-106.
論文
CAS
PubMed
グーグルスカラー
Magwira CA, Kullin B, Lewandowski S, Rodgers A, Reid SJ, Abratt VR. 南アフリカにおける白人と黒人の研究グループにおける糞便中シュウ酸分解菌の多様性：黒人グループにおける尿石症の希少性を理解するための洞察。J Appl Microbiol. 2012;113:418-28.
論文
CAS
パブコメ
Google Scholar
腸内細菌叢と腎結石の有病率および発生率。Sci Rep.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Denburg MR、Koepsell K、Lee JJ、Gerber J、Bittinger K、Tasian GE。シュウ酸カルシウム腎結石症の小児における腸内細菌叢とメタボロームの障害。J Am Soc Nephrol. 2020;31:1358-69.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Miller AW, Choy D, Penniston KL, Lange D. Inhibition of urinary stone disease by a multi-species bacterial network ensures healthy oxalate homeostasis. Kidney Int.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Suryavanshi MV, Bhute SS, Gune RP, Shouche YS. 機能性真正細菌種は、トランスドメイン腸内住民とともに、シュウ酸結石症における異種多様性を支持している。Sci Rep. 2018;8:16598.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Suryavanshi MV、Bhute SS、Jadhav SD、Bhatia MS、Gune RP、Shouche YS。高シュウ酸尿症はディスバイオシスにつながり、再発性腎結石に耐えるシュウ酸代謝細菌種の選択的濃縮を促進する。Sci Rep.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Stern JM, Moazami S, Qiu Y, Kurland I, Chen Z, Agalliu I, Burk R, Davies KP. 腎結石形成者と非結石形成者の腸内細菌叢が異なることの証拠。Urolithiasis. 2016;44:399-407.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Liu Y, Jin X, Hong HG, Xiang L, Jiang Q, Ma Y, Chen Z, Cheng L, Jian Z, Wei Z, et al. 腎性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。faseb j. 2020;34:11200-14.
論文
論文
パブコメ
Google Scholar
Wolfe AJ, Toh E, Shibata N, Rong R, Kenton K, Fitzgerald M, Mueller ER, Schreckenberger P, Dong Q, Nelson DE, Brubaker L. 成人女性膀胱における未培養細菌の証拠。J Clin Microbiol. 2012;50:1376-83.
論文
PubMed
PubMed Central
Google Scholar
Whiteside SA, Razvi H, Dave S, Reid G, Burton JP. 尿路のマイクロバイオーム-感染を超えた役割。Nat Rev Urol. 2015;12:81-90.
論文
PubMed
グーグル奨学生
Xie J, Huang JS, Huang XJ, Peng JM, Yu Z, Yuan YQ, Xiao KF, Guo JN. カルシウム性腎結石の男性における尿中マイクロバイオームのプロファイリング。BMC Microbiol. 2020;20:41.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Barr-Beare E, Saxena V, Hilt EE, Thomas-White K, Schober M, Li B, Becknell B, Hains DS, Wolfe AJ, Schwaderer AL. 腸内細菌とシュウ酸カルシウムの相互作用。PLoS ONE. 2015;10: e0139575.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Dornbier RA, Bajic P, Van Kuiken M, Jardaneh A, Lin H, Gao X, Knudsen B, Dong Q, Wolfe AJ, Schwaderer AL. カルシウム性尿路結石のマイクロバイオーム。Urolithiasis. 2020;48:191-9.
論文
CAS
パブコメ
グーグルスカラー
Kachroo N, Monga M, Miller AW. シュウ酸カルシウム結石の有無による尿路マイクロバイオームの機能比較解析。尿路結石症。2022;50:303-17.
論文
論文
パブコメ
グーグル
Jia G, Zhi A, Lai PFH, Wang G, Xia Y, Xiong Z, Zhang H, Che N, Ai L. The oral microbiota - a mechanistic role for systemic diseases. Br Dent J. 2018;224:447-55.
論文
CAS
PubMed
Google Scholar
Palleja A, Mikkelsen KH, Forslund SK, Kashani A, Allin KH, Nielsen T, Hansen TH, Liang S, Feng Q, Zhang C, et al. 抗生物質曝露後の健康成人の腸内細菌叢の回復。Nat Microbiol. 2018;3:1255-65.
論文
CAS
PubMed
Google Scholar
Kuo C-L, Duan Y, Grady J： 年齢を一致させた症例-対照データに対する無条件ロジスティック回帰モデルと条件付きロジスティック回帰モデル？Frontiers in Public Health. 2018;6:57.
Al KF, Bisanz JE, Gloor GB, Reid G, Burton JP. 便微生物叢の群集構造の保存に関するサンプリングおよび保存手順の評価： 簡便な家庭用トイレットペーパー採取法。J Microbiol Methods. 2018;144:117-21.
論文
PubMed
Google Scholar
Subar AF、Thompson FE、Kipnis V、Midthune D、Hurwitz P、McNutt S、McIntosh A、Rosenfeld S. Block、Willett、National Cancer Instituteの食物摂取頻度質問票の比較検証：Eating at America's Table Study。Am J Epidemiol. 2001;154:1089-99.
論文
論文
PubMed
Google Scholar
Al KF, Burton JP. 16S rRNAアンプリコンシークエンシングのためのヒト尿および尿管ステントの処理。STAR Protoc. 2021;2: 100435.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Al KF, Denstedt JD, Daisley BA, Bjazevic J, Welk BK, Pautler SE, Gloor GB, Reid G, Razvi H, Burton JP. 尿管ステントの微生物叢は患者の合併症と関連するが、抗生物質曝露とは関連しない。Cell Rep Med. 2020;1: 100094.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
McDonald D, Hyde E, Debelius JW, Morton JT, Gonzalez A, Ackermann G, Aksenov AA, Behsaz B, Brennan C, Chen Y, et al. American Gut: an Open Platform for Citizen Science Microbiome Research. 2018;3:e00031-00018.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Amir A, McDonald D, Navas-Molina JA, Debelius J, Morton JT, Hyde E, Robbins-Pianka A, Knight R: Correcting for Microbial Blooms in Fecal Samples during Room-Temperature Shipping. 2017;2:e00199-16.
Parada AE, Needham DM, Fuhrman JA. Every base matters: assessment small subunit rRNA primers for marine microbiomes with mock communities, time series and global field samples. Environ Microbiol. 2016;18:1403-14.
論文
論文
PubMed
Google Scholar
Cutadaptはハイスループットシーケンスリードからアダプター配列を除去する。2011;2011(17):3.
Google Scholar
Callahan BJ, McMurdie PJ, Rosen MJ, Han AW, Johnson AJ, Holmes SP. DADA2: イルミナアンプリコンデータからの高分解能サンプル推定。Nat Methods. 2016;13:581-3.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
SILVAリボソームRNA遺伝子データベースプロジェクト。SILVAリボソームRNA遺伝子データベースプロジェクト：改良されたデータ処理とウェブベースのツール。Nucleic Acids Res.2013;41:D590-596。
論文
論文
パブコメ
Google Scholar
日本生物工学会2013年大会（東京）、2013年3月、日本生物工学会2013年大会（東京）、2013年3月、日本生物工学会2013年大会（東京）、2013年3月。微生物ゲノム（Microbiome: Microbiome, Microbiome Biology, Microbiome Biology, Microbiome Biology, Microbiome Biology, Microbiome Biology, Microbiome Biology）。Microbiome. 2018;6:226.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Douglas GM, Maffei VJ, Zaneveld JR, Yurgel SN, Brown JR, Taylor CM, Huttenhower C, Langille MGI. メタゲノム機能予測のためのPICRUSt2。Nat Biotechnol. 2020;38:685-8.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Sun S, Jones RB, Fodor AA. メタゲノム予測ツールの推論ベースの精度はサンプルの種類や機能カテゴリーによって異なる。Microbiome. 2020;8:46.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
アンドリュース S： FastQC： ハイスループット配列データの品質管理ツール。2010. http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc.
イルミナ配列データのための柔軟なトリマー。Bioinformatics. 2014;30:2114-20.
論文
論文
パブコメ
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Langmead B, Salzberg SL. Bowtie 2による高速ギャップドリードアライメント。Nat Methods. 2012;9:357-9.
論文
論文
パブコメ
パブメドセントラル
Google Scholar
MGnify: the microbiome analysis resource in 2020. Nucleic Acids Res.
CAS
PubMed
Google Scholar
微生物群集からシングルゲノムを正確に再構築するための効率的ツールMetaBAT。PeerJ. 2015;3: e1165.
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
パークスDH、イメルフォートM、スケナートンCT、ヒューゲンホルツP、タイソンGW. CheckM：分離株、単細胞、メタゲノムから回収した微生物ゲノムの品質評価。Genome Res.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
dRep: a tool for fast and accurate genomic comparisons that enables improved genome recovery from metagenomes through de-replication. ISME J. 2017;11:2864-8.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
アスニカーF、トーマスAM、ベギーニF、メンゴーニC、マナラS、マンギP、朱Q、ボルザンM、クンボF、メイU、他。 PhyloPhlAn 3.0を用いたメタゲノムからの微生物分離株とゲノムの精密系統解析。Nat Commun. 2020;11:2500.
論文
論文
パブコメ
パブメドセントラル
グーグル奨学生
ベギーニF、McIver LJ、Blanco-Miguez A、Dubois L、Asnicar F、Maharjan S、Mailyan A、Manghi P、Scholz M、Thomas AM、他：bioBakery 3を用いた多様な微生物群集の分類学的、機能的、株レベルのプロファイリングの統合。Elife. 2021;10:e65088.
Murray JF Jr, Nolen HW 3rd, Gordon GR, Peters JH. 液体クロマトグラフィーと組み合わせた誘導体化による尿中シュウ酸の測定。Anal Biochem. 1982;121:301-9.
論文
CAS
パブコメ
グーグル奨学生
Maalouf NM, Adams Huet B, Pasch A, Lieske JC, Asplin JR, Siener R, Hesse A, Nuoffer JM, Frey FJ, Knight J, et al. 尿中シュウ酸塩測定における6つの国際的検査室間のばらつき。Nephrol Dial Transplant. 2011;26:3954-9.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
尿中シュウ酸塩定量用高速液体クロマトグラフィー法の評価および原発性高シュウ酸尿症スクリーニングのためのスポット尿中シュウ酸塩／クレアチニン比の小児基準間隔の検討。J Clin Lab Anal. 2021;35: e23870.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Nearing JT, Douglas GM, Hayes MG, MacDonald J, Desai DK, Allward N, Jones CMA, Wright RJ, Dhanani AS, Comeau AM, Langille MGI. マイクロバイオーム差分法は38のデータセットで異なる結果をもたらす。Nat Commun. 2022;13:342.
論文
論文
パブコメ
パブメドセントラル
Google Scholar
Fernandes AD, Macklaim JM, Linn TG, Reid G, Gloor GB. 混合集団RNA-SeqにおけるANOVA-like differential expression (ALDEx)解析。PLoS ONE. 2013;8: e67019.
論文
論文
パブコメ
パブメドセントラル
Google Scholar
炎症性腸疾患と治療における腸内細菌叢の機能不全。Genome Biol.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
ビーガン 群集生態パッケージ。Rパッケージバージョン2.5-6 [https://CRAN.R-project.org/package=vegan].
チームRC。R: A language and environment for statistical computing. ウィーン、オーストリア： In R Foundation for Statistical Computing; 2019.
グーグル・スカラー
Maaslin2： Maaslin2 [{http://huttenhower.sph.harvard.edu/maaslin2].
Gloor GB, Reid G. Compositional Analysis: a valid approach to analyze microbiome high-throughput sequencing data. Can J Microbiol. 2016;62:692-703.
論文
論文
PubMed
Google Scholar
Gloor GB, Macklaim JM, Pawlowsky-Glahn V, Egozcue JJ. マイクロバイオームデータセットは構成的である： そしてこれはオプションではない。Front Microbiol. 2017;8:2224.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Mandal S, Van Treuren W, White RA, Eggesbo M, Knight R, Peddada SD. 微生物の組成を研究するための新しい方法。Microb Ecol Health Dis. 2015;26:27663.
PubMed
グーグル奨学生
Lin H, Peddada SD. 微生物叢の偏り補正による組成の解析。Nat Commun. 2020;11:3514.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
左打ち切りデータの多変量インピュテーションのためのRパッケージ。Chemom Intell Lab Syst. 2015;143:85-96.
論文
CAS
グーグル・スカラー
Letunic I, Bork P. Interactive Tree Of Life (iTOL) v5: A online tool for phylogenetic tree display and annotation. Nucleic Acids Res.
論文
論文
パブコメ
パブメドセントラル
Google Scholar
Rivera-Pinto J, Egozcue JJ, Pawlowsky-Glahn V, Paredes R, Noguera-Julian M, Calle ML, Lozupone C. Balances: a new perspective for microbiome analysis. 2018;3:e00053-00018.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
この論文では、マイクロバイオーム解析のためのネットワーク構築と比較をRで行った。2021;22:bbaa290.
Kortman GA, Raffatellu M, Swinkels DW, Tjalsma H. Nutritional Iron turned inside out: intestinal stress from a gut microbial perspective. FEMS Microbiol Rev. 2014;38:1202-34.
論文
CAS
PubMed
Google Scholar
腸内細菌共通抗原研究の進歩。瀋呉公成雪宝。2021;37:1081-91.
CAS
パブコメ
Google Scholar
Dos Santos CA, Hernandes RT, Cunha MPV, Nagamori FO, Goncalves CR, Sacchi CT, Tiba-Casas MR, Camargo CH. 配列型69のパンデミック系統の尿路病原性大腸菌におけるポリミキシンB耐性に関連する2つの新規変異。Chemotherapy. 2021;66:92-8.
論文
PubMed
Google Scholar
Das B, Bhadra RK. 細菌病原体における(p)ppGpp代謝と抗菌薬耐性。Front Microbiol. 2020;11: 563944.
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
B6データベース：ビタミンB6依存性酵素活性と対応するタンパク質ファミリーの記述と分類のためのツール。BMC Bioinformatics. 2009;10:273.
論文
論文
パブメド中央
Google Scholar
ウィリアムズHE、スミスLHジュニア。シュウ酸代謝の障害。アムJメド。1968;45:715-35.
論文
CAS
パブコメ
グーグル奨学生
Chmiel JA, Stuivenberg GA, Al KF, et al. カルシウム含有腎結石の制御因子としてのビタミン-腸内細菌叢の役割に関する新たな展望。Nat Rev Urol. 2023;20:615–37. https://doi.org/10.1038/s41585-023-00768-5.
Van den Broeck T, Crul B, Heesakkers JP. ビタミンB6過剰摂取による神経原性排尿機能障害。Continence Reports. 2022;1:100004. https://doi.org/10.1016/j.contre.2022.100004.
クラークDJ。43歳女性におけるビタミンB6の副作用。Front Neurol。2018. Conference Abstract: International Symposium on Clinical Neuroscience 2018. https://doi.org/10.3389/conf.fneur.2018.60.00011.
Almeida A, Mitchell AL, Boland M, Forster SC, Gloor GB, Tarkowska A, Lawley TD, Finn RD. ヒト腸内細菌叢の新しいゲノム設計図。Nature. 2019;568:499-504.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Rampelli S, Soverini M, D'Amico F, Barone M, Tavella T, Monti D, Capri M, Astolfi A, Brigidi P, Biagi E, et al: Shotgun Metagenomics of Gut Microbiota in Humans with up to Extreme Longevity and the Increasing Role of Xenobiotic Degradation. 2020;5:e00124-20.
Villarreal-Chiu JF, Quinn JP, McGrath JW. 細菌によるホスホン酸代謝の遺伝子と酵素、および海洋環境におけるそれらの分布。Front Microbiol. 2012;3:19.
論文
論文
パブコメ
パブメドセントラル
グーグル奨学生
モリブデン酵素と病原性細菌の病原性を支える仕組み。Front Microbiol. 2020;11: 615860.
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
WinterSE、Winter MG、Xavier MN、Thiennimitr P、Poon V、Keestra AM、Laughlin RC、Gomez G、Wu J、Lawhon SD、et al.宿主由来の硝酸塩は、炎症を起こした腸内で大腸菌の増殖を促進する。Science. 2013;339:708-11.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Sabatino JA、Starin D、Tuchman S、Ferreira C、Regier DS。大豆ベースのミルクを使用している古典的なガラクトース血症患者における尿シュウ酸塩および腎結石の上昇。JIMD Rep.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Gacesa R, Kurilshikov A, Vich Vila A, et al. オランダの集団における腸内細菌叢を形成する環境因子。Nature. 2022;604:732–9. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04567-7.
Alexander M, Ang QY, Nayak RR, Bustion AE, Sandy M, Zhang B, Upadhyay V, Pollard KS, Lynch SV, Turnbaugh PJ. ヒト腸内細菌の代謝がTh17の活性化と大腸炎を促進する。Cell Host Microbe. 2022;30(17-30): e19.
Google Scholar
Lurgi M, Thomas T, Wemheuer B, Webster NS, Montoya JM. グローバルなスポンジ-マイクロバイオームネットワークのモジュール性と予測される機能。Nat Commun. 2019;10:992.
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Goncheva MI, Flannagan RS, Heinrichs DE: De Novo Purine Biosynthesis Is Required for Staphylococcus aureus intracellular Growth and for the Hypervirulence Phenotype of a purR Mutant. Infect Immun. 2020;88:e00104-20.
カンジダ・アルビカンス（Candida albicans）のde novoプリン生合成に関与するADE8遺伝子とGUA1遺伝子の機能的特徴づけと病原性研究。FEMS Yeast Res. 2010;10:199-208.
論文
論文
パブコメ
Google Scholar
腸内細菌叢の生体エネルギーと慢性代謝疾患との新たな関連性（Emerging connections between gut microbiome bioenergetics and chronic metabolic diseases）。腸内細菌叢の生体エネルギーと慢性代謝疾患との新たな関連性。Cell Rep.
論文
論文
PubMed
Google Scholar
Liu M, Koh H, Kurtz ZD, Battaglia T, PeBenito A, Li H, Nazzal L, Blaser MJ. オキサロバクター・フォルミゲネス（Oxalobacter formigenes）に関連する宿主の特徴と微生物群集構造をアメリカ腸内細菌プロジェクト（American Gut Project）を用いて検討した。Microbiome. 2017;5:108.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Prokopovich S, Knight J, Assimos DG, Holmes RP. 便検体中のOxalobacter formigenesおよびシュウ酸塩の変動性。J Urol. 2007;178:2186-90.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Suryavanshi、Agudelo J、Miller A. 結石、便、尿のマイクロバイオームにおける稀な系統型は尿路結石症と関連している。Front Mol Biosci. 2023;10:1210225.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
ホームズRP、アッシモスDG。食事性シュウ酸塩が腎結石形成に及ぼす影響。泌尿器科の研究2004;32:311-6。
論文
CAS
パブコメ
グーグル奨学金
Taylor EN, Curhan GC. 24時間尿中シュウ酸排泄の決定因子。Clin J Am Soc Nephrol. 2008;3:1453-60.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Lee CR, Lee JH, Park M, Park KS, Bae IK, Kim YB, Cha CJ, Jeong BC, Lee SH. アシネトバクター・バウマンニ（Acinetobacter baumannii）の生物学： アシネトバクター・バウマンニ（Acinetobacter baumannii）の生物学：病原性、抗生物質耐性メカニズム、および将来の治療選択肢。Front Cell Infect Microbiol. 2017;7:55.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
ルーニーWJ．院内感染におけるStenotrophomonas maltophiliaの役割。Br J Biomed Sci. 2005;62:145-54クイズ141 p以下154。
論文
CAS
PubMed
Google Scholar
ペレス-カラスコV、ソリアーノ-レルマA、ソリアーノM、グティエレス-フェルナンデスJ、ガルシア-サルセドJA。尿中マイクロバイオーム： 尿路の陰と陽。Front Cell Infect Microbiol. 2021;11: 617002.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Goneau LW, Hannan TJ, MacPhee RA, Schwartz DJ, Macklaim JM, Gloor GB, Razvi H, Reid G, Hultgren SJ, Burton JP: Subinhibitory antibiotic therapy alters recurrent urinary tract infection pathogenesis through modulation of bacterial virulence and host immunity. 2015;6:e00356-15.
Lemberger U, Pjevac P, Hausmann B, Berry D, Moser D, Jahrreis V, Özsoy M, Shariat SF, Veser J. The microbiome of kidney stones and urine of patients with nephrolithiasis. 尿石症。2023;51:27.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
細菌はシュウ酸カルシウムの結晶成長と凝集を促進する。J Biol Inorg Chem. 2013;18:299-308.
論文
論文
PubMed
Google Scholar
大腸菌の鞭毛はシュウ酸カルシウムの結晶化、結晶成長、結晶凝集を促進する。Frontiers in Microbiology. 2019;10:2507.
El-Assmy A、Harraz AM、Eldemerdash Y、Elkhamesy M、El-Nahas AR、Elshal AM、Sheir KZ。結石破砕術は結石の再発を増加させるか？体外衝撃波結石破砕術と非破砕的経皮的腎結石破砕術との比較研究。Arab J Urol. 2016;14:108-14.
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
経皮的腎結石除去術後の残存破片。Balkan Med J. 2012;29:230-5.
CAS
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
関節リウマチでは口腔内および腸内細菌叢に異常がみられ、治療により一部正常化する。Nat Med. 2015;21:895-905.
論文
論文
PubMed
グーグルスカラー
Eberhard J, Stumpp N, Winkel A, Schrimpf C, Bisdas T, Orzak P, Teebken OE, Haverich A, Stiesch M. Streptococcus mitisとGemella haemolysansは歯周炎のない高齢者の動脈硬化プラークと口腔プラークに同時に認められた-パイロットスタディ。Clin Oral Investig. 2017;21:447-52.
論文
CAS
PubMed
Google Scholar
Chhibber-Goel J, Singhal V, Bhowmik D, Vivek R, Parakh N, Bhargava B, Sharma A. 冠動脈疾患患者における口腔内常在細菌とアテローム性動脈硬化プラークとの関連。2016;2:7.
論文
PubMed
PubMed Central
Google Scholar
Fan X, Alekseyenko AV, Wu J, Peters BA, Jacobs EJ, Gapstur SM, Purdue MP, Abnet CC, Stolzenberg-Solomon R, Miller G, et al. ヒト口腔内マイクロバイオームと膵臓がんの前向きリスク：集団ベースのネステッド症例対照研究。Gut. 2018;67:120-7.
論文
CAS
PubMed
グーグルスカラー
Momen-Heravi F, Babic A, Tworoger SS, Zhang L, Wu K, Smith-Warner SA, Ogino S, Chan AT, Meyerhardt J, Giovannucci E, et al. 歯周病、歯の喪失と大腸がんリスク： Nurses' Health Studyの結果。Int J Cancer. 2017;140:646-52.
論文
CAS
パブコメ
グーグルスカラー
Contaldo M, Fusco A, Stiuso P, Lama S, Gravina AG, Itro A, Federico A, Itro A, Dipalma G, Inchingolo F, et al: Oral Microbiota and Salivary Levels of Oral Pathogens in Gastro-Intestinal Diseases： 現在の知識と探索的研究。Microorganisms. 2021;9:1064.
シュウ酸カルシウム結石症におけるオキサロバクター・フォルミゲネスのコロニー形成の役割。Kidney Int.
論文
論文
PubMed
Google Scholar
バタジェロCA、モンガM、ミラーAW。シュウ酸カルシウム尿石症： 微生物の欠落？J Endourol. 2018;32:995-1005.
論文
PubMed
Google Scholar
Kwak C, Kim HK, Kim EC, Choi MS, Kim HH. シュウ酸カルシウム尿石症患者における尿中シュウ酸濃度と腸内細菌オキサロバクター・フォルミゲネス。Eur Urol. 2003;44:475-81.
論文
CAS
PubMed
Google Scholar
Heinken A, Khan MT, Paglia G, Rodionov DA, Harmsen HJ, Thiele I. ヒトの有益な腸内細菌であるFaecalibacterium prausnitziiの機能的代謝マップ。J Bacteriol. 2014;196:3289-302.
論文
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
陳F、宝X、劉S、葉K、翔S、余L、徐Q、張Y、王X、朱X、ら。腸内細菌叢は、毎日のお茶の大量摂取によって引き起こされるシュウ酸カルシウム腎結石の形成に影響を与える。Appl Microbiol Biotechnol. 2021;105:789-802.
論文
論文
パブコメ
Google Scholar
ダンカンSH、ホールドGL、ハームセンHJM、スチュワートCS、フリントHJ. また、このような病原性細菌は、その生育条件や発酵産物から、Faecalibacterium prausnitzii gen. 2002;52:2141-6.
CAS
PubMed
グーグル奨学生
酪酸はCaco-2細胞単層膜においてAMP活性化プロテインキナーゼの活性化を介してタイトジャンクションの形成を促進することにより腸管バリアを強化する。J Nutr. 2009;139:1619-25.
論文
CAS
PubMed
パブメドセントラル
グーグル奨学生
Bashir M, Meddings J, Alshaikh A, Jung D, Le K, Amin R, Ratakonda S, Sharma S, Granja I, Satti M, et al. Enhanced gastrointestinal passive paracellular permeability contributes to the obesity-associated hyperoxaluria. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol.
論文
CAS
PubMed
グーグル奨学生
Liu Y, Jin X, Ma Y, Jian Z, Wei Z, Xiang L, Sun Q, Qi S, Wang K, Li H. 短鎖脂肪酸は、腸管シュウ酸トランスポーターSLC26A6の発現を制御することにより、腎性シュウ酸カルシウム結石を減少させた。2021;6:e0104521.
論文
PubMed
グーグル奨学生
短鎖脂肪酸はGPR43依存的な免疫調節機構によりグリオキシル酸誘導性シュウ酸カルシウム結石を予防する。Front Immunol. 2021;12: 729382.
論文
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
Dawson PA, Sim P, Mudge DW, Cowley D. ヒトSLC26A1遺伝子の変異：パイロットスタディ。ScientificWorldJournal. 2013;2013: 541710.
論文
PubMed
パブメッドセントラル
グーグル奨学生
ファインゴールドSM. Desulfovibrio種は退行性自閉症に潜在的に重要である。医学の仮説。2011;77:270-4.
記事
PubMed
グーグル奨学生
Konstantynowicz J, Porowski T, Zoch-Zwierz W, Wasilewska J, Kadziela-Olech H, Kulak W, Owens SC, Piotrowska-Jastrzebska J, Kaczmarski M. 自閉症におけるシュウ酸塩の潜在的な病原性役割。Eur J Paediatr Neurol. 2012;16:485-91.
記事
PubMed
グーグル奨学生
Gupta A, Dhakan DB, Maji A, Saxena R, P KV, Mahajan S, Pulikkan J, Kurian J, Gomez AM, Scaria J, et al: Association of Flavonifractor plautii, a Flavonoid-Degrading Bacterium, with the Gut Microbiome of Colorectal Cancer Patients in India. 2019;4:e00438-19.
Zeng X, Xi Y, Jiang W. Protective roles of flavonoids and flavonoid-rich plant extracts against urolithiasis： A review. Crit Rev Food Sci Nutr. 2019;59:2125-35.
論文
CAS
PubMed
Google Scholar
大腸菌による膀胱炎における糞便-会陰-尿道仮説を支持する遺伝学的証拠．J Urol. 1997;157:1127-9.
論文
論文
パブコメ
グーグル奨学生
Tasian GE, Jemielita T, Goldfarb DS, Copelovitch L, Gerber JS, Wu Q, Denburg MR. 経口抗生物質曝露と腎結石症。J Am Soc Nephrol. 2018;29:1731-40.
論文
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
カーンSR. 活性酸素、炎症とシュウ酸カルシウム腎石症。Transl Androl Urol。2014;3:256-76.
PubMed
パブメドセントラル
Google Scholar
参考文献のダウンロード
謝辞
Linda Nott博士とPatricia Rosas-Arellano博士の後方支援とサンプル収集に感謝する。また、健常対照者の超音波検査を行ってくれたThomas Tailly博士、Daniel Olvera-Posada博士、Abdulaziz Al-Athel博士に感謝する。サンプル処理とシークエンシングを行ってくれたLondon Regional Genomics CentreのDavid CarterとThe Centre for Applied GenomicsのSergio Pereira博士に感謝する。本研究はW. Garfield Weston財団の支援を受けた。本研究が実施され、出版物が作成されたアニシナベク族、ハウデノサウニー族、ルナペワク族、チョンノントン族の伝統的領土に謝意を表する。
著者のツイッターハンドル
Our_MicroBiome（ジェレミー・P・バートン）
資金提供
本研究の資金は、W.ガーフィールド・ウエストン財団より提供された。
著者情報
著者および所属
ローソンヘルス研究所ヒトマイクロバイオーム・プロバイオティクス研究センター（カナダ、オンタリオ州、ロンドン
ケイト・F．Al, John A. Chmiel, Gregor Reid & Jeremy P. Burton
カナダ、オンタリオ州、ロンドン、ウェスタンオンタリオ大学、微生物学・免疫学教室
ケイト・F．Al, John A. Chmiel, Gregor Reid & Jeremy P. Burton
カナダ、オンタリオ州、ロンドン、ウェスタンオンタリオ大学生化学部
ベンジャミン・R・ジョリス & グレゴリー・B・グロア
カナダ・オンタリオ州・ゲルフ・ゲルフ大学・分子細胞生物学部
ブレンダン・A・デイズリー
ウエスタン・オンタリオ大学外科泌尿器科（カナダ・オンタリオ州・ロンドン
ジェニファー・ビャゼヴィッチ、グレガー・リード、ジョン・D・デンステット、ハッサン・ラズヴィ、ジェレミー・P・バートン
貢献
概念化、G.R.、J.D.D.、H.R.、J.P.B.、方法論、K.F.A.、B.R.J.、B.A.D.、J.A.C.、J.B.、G.B.G.、J.P.B.、形式分析、K.F.A、 B.R.J.、B.A.D.；調査、K.F.A.；リソース、G.B.G.、J.D.D.、H.R.、J.P.B.；データキュレーション、K.F.A、 B.R.J.、B.A.D.、G.B.G.；執筆-原案、K.F.A.；執筆-査読および編集、K.F.A.、B.R.J.、B.A.D.、J.A.C、 J.B.、G.R.、G.B.G.、J.D.D.、H.R.、J.P.B.；監修、G.R.、G.B.G.、J.D.D.、H.R.、J.P.B.；資金獲得、J.P.B.
責任著者
ジェレミー・P・バートン宛。
倫理申告
倫理承認と参加同意
KiSMi研究の倫理的承認は、Lawson Health Research Institute（CRIC R 15-117）およびオンタリオ州ロンドンにあるUniversity of Western OntarioのHealth Sciences Research Ethics Board（REB #105443 ）から得た。研究参加者全員から研究組み入れ時に書面による同意を得、方法は1承認されたガイドラインに従って実施された。
論文発表の同意
該当なし。
競合利益
著者らは、競合する利害関係がないことを宣言する。
追加情報
出版社ノート
シュプリンガー・ネイチャーは、出版された地図の管轄権の主張および所属機関に関して中立を保つ。
補足情報
追加ファイル1.
補足データ。
補足ファイル2：補足図1。
KiSMiコホートのサンプル収集。補足図2. 食事の多量栄養素はコホート間で同等である。補足図3. 腎結石の微生物叢は結石の組成に左右されない。補足図4. 口腔唾液微生物叢はコホート間で同等である。補足図5. 腸内細菌叢のグローバルバランスは腎結石症を予測する。補足表1. KiSMi試験参加者の組み入れ基準および除外基準。補足表2. 16S rRNAプライマーおよびバーコード配列。補足表3. HPLC実行条件。
権利と許可
オープンアクセス 本論文は、クリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンスの下でライセンスされている。このライセンスは、原著者および出典に適切なクレジットを与え、クリエイティブ・コモンズ・ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられた場合にその旨を示す限り、いかなる媒体または形式においても、使用、共有、翻案、配布、複製を許可するものである。この記事に掲載されている画像やその他の第三者の素材は、その素材へのクレジット表記に別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれています。この記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれていない素材で、あなたの意図する利用が法的規制によって許可されていない場合、あるいは許可された利用を超える場合は、著作権者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを閲覧するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。クリエイティブ・コモンズ・パブリック・ドメインの権利放棄（http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/）は、データへのクレジット表記に別段の記載がない限り、この記事で利用可能となったデータに適用されます。
転載と許可
この記事について
アップデートを確認する。CrossMarkで最新性と真正性を確認する。
この記事の引用
Al,K.F.、Joris,B.R.、Daisley,B.A.他、マルチサイト微生物叢の変化は腎結石形成の特徴である。Microbiome 11, 263 (2023). https://doi.org/10.1186/s40168-023-01703-x
引用文献のダウンロード
受領
2022年11月30日
受理
2023年10月17日
出版
2023年11月25日
DOI
https://doi.org/10.1186/s40168-023-01703-x
この記事を共有する
以下のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます：
共有可能なリンクを取得
コンテンツ共有イニシアティブSpringer Nature SharedItにより提供されています。
キーワード
微生物叢
腎臓結石
腸内細菌叢
尿中微生物叢
ショットガンメタゲノムシーケンス
泌尿器科学
マイクロバイオーム
ISSN: 2049-2618
お問い合わせ
投稿に関するお問い合わせ: lyndie.manicani@springernature.com
一般的なお問い合わせ: info@biomedcentral.com
ブログを読む
BMCニュースレターを受け取る
記事アラートの管理
言語校正
著者のための科学的校正
ポリシー
アクセシビリティ
プレスセンター
サポートとお問い合わせ
フィードバックを残す
採用情報
BMCをフォローする
BMCツイッターページ
BMC Facebookページ
BMC微博ページ
このウェブサイトを使用することで、当社の利用規約、お客様の米国におけるプライバシー権、プライバシーステートメント、およびクッキーポリシーに同意したものとみなされます。プライバシーに関する選択/プリファレンスセンターで弊社が使用するCookieを管理する。
シュプリンガー・ネイチャー
別段の記載がない限り、© 2023 BioMed Central Ltd. シュプリンガー・ネイチャーの一部です。
この記事が気に入ったらサポートをしてみませんか？