2018-04-28
派森诺生物与上海第一妇婴医院合作，在《International Journal of Cancer》（影响因子6.513）上发表文章，揭示子宫颈阴道微生物群落和高危人乳头瘤病毒感染之间的关联。
研究背景
每年被诊断为宫颈癌的妇女数量与日俱增，宫颈癌是第三类常见癌症，也是世界上导致妇女死亡的第四大癌症。高危人乳头瘤病毒感染和鳞状上皮内病变（SILs）及宫颈癌有密切的关联，而宫颈病变是宫颈癌的前体细胞。高危（hr）人乳头瘤病毒（HPV）感染与鳞状上皮细胞病变（SILs）和宫颈癌的临床情况密切相关。前期研究表明在14种HPV分型中，HPV16，HPV52和HPV58被国际癌症研究机构认为对于宫颈癌来说是高风险的，且这三种类型是常见的hrHPV类型，在患有HPV感染的上海妇女人群中占57.73%。
本文利用16S rRNA基因的高通量测序，对280名感染某种hrHPV（HPV16、52或者58）妇女的子宫颈阴道微生物细菌组成进行了研究，以便深了解子宫颈阴道微生物组成对导致SILs的hrHPV感染类型的影响。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq平台
测序模式：16S rRNA V4-V5区
实验设计：
研究结果
高通量测序数据
测序共获得11,217,319条高质量序列，平均长度392 bp，每个样本有40,205条reads，得到41,967个OTU。每个组（16SIL，52SIL和58SIL）平均注释到879个类群。通过t检验，发现Nor组和SILs组在Chao1，ACE，Shannon和Simpson等α多样性指数之间有显著性差异，反应出hrHPV感染宫颈细胞的微生物多样性要高于正常的宫颈细胞。
菌群分布与丰度
图 子宫颈细菌群落分型分析
三组人群（16SIL，52SIL和58SIL）中，有6个门是优势类群，Proteobacteria，Firmicutes，Actinobacteria，Bacteroidetes，Fusobacteria和Tenericutes在三组人群中的总体丰度分别达到96.9%，98.1%和97.6%。Proteobacteria和Firmicutes是大多数妇女样本中的主要类群。
细菌群落分类
图 不同分组中子宫颈细菌群落代表性簇组成图
基于物种组成和相对丰度将子宫颈阴道菌群分为4大类群。Lactobacillus crispatus在I类占主要地位，Pseudomonas brenneri，P. putida，Atopobium vaginae，Burkholderia stagnalis，Rhodococcus erythropolis和Prevotella bivia是II类的主要成员，L. iners是III类中的优势物种，B. Stagnalis是IV类中丰度高的物种。大多数的正常妇女样本通常是以L. crispatus或L. iners为优势物种。NMDS结果表明正常组和hrHPV携带组的群落结构类似，ANOSIM检测同时证明SIL组间样本显著分离。
每个SIL组的微生物菌落分类
在三个SIL组中，4种细菌类群的占比是不同。16SIL组中Nor样本中的主要类群是IV类，16LSIL和16HSIL是II类，两种类群占比超过了70%。在52SIL组中，小组中丰度大的是III类。在58SIL组中，58LSIL主要类群是II类和III类，58HSIL主要是III类和IV类。
SIL组微生物类群差异分析
图 不同SIL组间属水平上LEFSe差异分析
图2d中说明II类和III类是主要的组成部分，II簇是16SIL组中主要类别，III簇是52SIL和58SIL组的主要类别。LEfSe结果表明在属水平，三个组间的物种组成有显著性差异。16SIL组有25个显著差异物种，52SIL组有8个，58SIL组有3个。并且在种水平，也发现组间有56个显著差异物种。这些差异物种可以认为是潜在的biomarker。PLS-DA模型分析得到76个属的VIP值大于1，这些物种被认为是影响群落组成显著差异的关键物种。在种水平，有124个物种在16SIL，52SIL和58SIL组中是有显著差异，其中有6个物种的VIP值大于2。
重要核心微生物
图 SIL各子分组间韦恩图
16SIL，52SIL和58SIL组中分别有259，259和255个属。其中三组样本共有251个属，丰度物种是Lactobacillus，Burkholderia和Pseudomonas。16SIL组中特有的是Coleofasciculus和Oribacterium，52SIL组中特有的是Motilibacter和Kaistia，58SIL组中特有的是Paludibaculum和Litorilinea。在种水平的韦恩图中，16SIL，52SIL和58SIL组中分别有433，426和425个种。三组样本中共有416个物种，16SIL，52SIL和58SIL组特有物种数分别是5，2和3个。图4水平分析看出LSIL和HSIL分组分别有264个和268个属，分组共有属各234个和229个。这些差异物种可以作为鉴别不同hrHPV类型感染引起的组织学等级变化的指示物种。
SIL组间微生物类群互作网络及功能分析
图 细菌群落与人疾病相关的功能预测
种水平间物种间共现分析显示除了16HSIL-52HSIL和58LSIL-58HSIL之间，其他两组之间的微生物类群之间有共同出现的关系。利用三个SIL组中的丰度位于前50位的属构建关联网络，一半以上的属表现出负相关，且25个属中有9个属至少有3个互作关系。
PICRUSt分析发现数据共注释到KEGG level2水平上超过41个分类。癌症相关基因在SIL组中的丰度要高于Nor组，且Nor组和16HSIL组，16LSIL组和16HSIL组之间差异显著。同时发现SIL组中，16HSIL和52HSIL组间，52HSIL和58HSIL组间以及16SIL和52SIL组间有显著性差异。说明细菌组成的变动可以引起基因功能的显著改变，这可能会影响SILs的形成。
总结：
通过高通量测序，分析患有不同类型（16、52或者58）hrHPV引起的SILs妇女的子宫颈阴道微生物菌群组成，结果表明某些微生物和特定hrHPV类型的SILs相关，说明子宫颈阴道微生物的组成影响了不同hrHVP类型的感染。同时进一步解决了三个问题：建立群落组成和单一hrHPV类型感染之间的联系；鉴定识别每种hrHPV类型中某个特定的微生物模式并描述关键的微生物物种；构建不同代表性微生物物种和感染不同hrHPV类型之间的关联。
参考文献：
Huang X, Li C, Li F, et al. Cervicovaginal microbiota composition correlates with the acquisition of high-risk human papillomavirus types.[J]. International Journal of Cancer, 2018.
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ijc.31342
