Analysis Of Microbiomic Changes Induced By Uric Acid Lowering Therapy In Gout Patient And Asymptomatic Hyperuricemic Status

Abstract

배경: 장내 미생물군집은 개인 및 질병군에서 다양한 구조를 나타내며, 인간과의 상호작용을 통해 면역체계 형성에 기능적으로 기여한다. 통풍 환자는 건강한 대조군과 다른 장내 미생물군집을 보인다. 그러나 지금까지 적절한 요산강하치료 후 통풍 관절염의 병적 미생물군집의 회복을 관찰하거나, 무증상 고요산혈증의 경계에서 통풍 관절염의 발병을 촉발하는 장내 미생물군집의 특징을 조사한 연구는 없었다. 목적: 한국인 급성, 만성 통풍 환자와 무증상 고요산혈증 환자의 장내 미생물군집 차이를 밝히고, 급성 통풍 환자의 요산강하치료 전후 미생물군집의 차이를 알아보고자 하였다. 방법: 무증상 고요산혈증 환자(asHU, n = 8) 및 3 개의 통풍 환자 그룹, 즉 요산강하치료 전 급성 통풍 환자(0ULT, n = 14), 30 일 치료 후 통풍 환자 (30ULT, n = 9) 및 6 개월 이상 요산강하치료를 받은 만성 통풍 환자(cULT, n = 18)의 대변 시료를 수집하고 16S rRNA 유전자 기반 파이로시퀀싱을 수행하였다. 장내 미생물군집의 계통발생 유형을 분류한 뒤 종의 다양성 확인, 미생물군집의 조성 확인, 환자 그룹간 미생물군집의 변화를 확인하는 생물 정보 분석을 수행하였다 결과: 통풍 환자의 장내 미생물군집은 무증상 고요산혈증환자와 뚜렷이 구분되었으며, 다양성이 감소하였다. 문 수준에서 Firmicutes(%)/Bacteroidetes(%)의 비율은 급성 통풍 및 만성 통풍에 비해 무증상 고요산혈증환자에서 유의하게 높았으며 요산강하치료 후에 증가하여 요산강하치료에 의해 미생물군집의 병리학적 구조가 회복되었음을 나타낸다. 네가지 enterotype 중, 무증상 고요산 혈증환자는 balanced enterotype 이 다른 그룹의 환자에 비해 많았고, Bacteroidaceae enterotype 은 적었다. 통풍환자에서 요산 강하 치료를 받은 급성기이후 Bacteroidaceae enterotype 이 감소하였다가, 만성기 이후에 다시 회복되어, 요산 강하 치료로 인한 미생물 군집의 변화가 유지되지 않음을 시사하였다. 통풍환자에서 Provotella copri, Odoribacter splanchnicus, 무증상 고요산혈증에서 Streptococcus salivarius, Streptococcus parasanguinis, Streptococcus sinensis, Enterococcus durans, B, Anaerostipes hardrus, Bifidobacterium catenulatum, Bifodobacterium breve, Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus murinus 및 Lactobacillus fermentum 가 증가하여, 통풍의 위험 균주 및 유익 균주 존재의 가능성을 시사하였다. Bifidobacteriales_uc, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus plantarum, Streptococcaceae_uc, EF400193_s, EF403944_s 및 KI392030_s 는 요산강하치료 이후 증가된 균주로 치료효과를 보여주었다. 결론: 이 연구는 특정 장내 미생물군집이 무증상 고요산혈증에서 통풍의 발병을 예방할 수 있으며 통풍 환자의 장내 미생물군집이 요산강하치료에 의해 변화됨을 제시한다.

Background: Intestinal microbiome display various structures in individual and disease groups, and functionally contribute to the formation of the immune system through interaction with humans. Likewise, patients with gout have also been shown to have a distinguished intestinal microbiome as compared to healthy controls. However, until now there have been no studies investigating changes in the intestinal microbiome, in a scope of occurrence of gouty arthritis at the edge of asymptomatic hyperuricemia and recovery of the pathological microbiome of gouty arthritis after appropriate uric acid lowering treatment (ULT). Objectives: Here, we aimed to elucidate the differences in microbiota composition between gout patients and asymptomatic hyperuricemic patients and determine the effect of uric acid-lowering treatment (ULT) on the gut microbiome. Methods: Stool samples from asymptomatic hyperuricemic patients (asHU, n = 8) and three groups of gout patients, i.e., acute gout patients before ULT (0ULT, n = 14), the same acute gout patients after 30-day ULT (30ULT, n = 9), and chronic gout patients after ≥ 6-month ULT (cULT, n = 18) were collected and analyzed using 16S rRNA gene-based pyrosequencing. The composition of microbial taxonomy and communities, species diversity, and relationships among microbial communities were elucidated by bioinformatic analysis. Results: Gout patients showed less diverse gut microbiota than asHU patients. The microbiota of the asHU group exhibited a higher Firmicutes-to-Bacteroidetes (F/B) ratio and lower Prevotella-to-Bacteroides (P/B) ratio than the gout group; significantly, the F/B ratio increased in gout patients after ULT. Moreover, a balanced enterotype populated asHU patients compared to gout patients. Notable taxa presented significantly differed proportions: Prevotella copri, Odoribacter splanchnicus, were enriched in gout patients whereas, in the asHU patients, Streptococcus salivarius, S.parasanguinis, S.sinensis, Enterococcus durans, Anaerostipes hardrus, Bifidobacterium catenulatum, B.breve, B.bifidum, Weissella, Lactobacillus plantarum, L.reuteri, L.murinus, and L.fermentum were enriched indicating protective microbiome against acute gout attack or chronic gout development despite existing hyperuricemia. Bifidobacteriales_uc, Lactobacillus helveticus group, L. plantarum group, Streptococcaceae_uc, EF400193_s, EF403944_s and KI392030_s were significantly increased after ULT indicating restoration of microbial taxa. Conclusion: We found that microbial composition differs between asHU and gout patients. The differential gut microbiota in asHU patients may protect against gout development, whereas that in gout patients may have a role in gout provocation. ULT in gout patients altered the gut microbiota and may help alleviate gout pathology and mitigate gout progression.