Intestinal factors associated with clinical outcomes after fecal microbiota transplantation in ulcerative colitis

Abstract

Background and Aim The efficacy of fecal microbiota transplantation (FMT) in the treatment of ulcerative colitis (UC) is inconsistent because of the lack of prognostic factors. Thus, we investigated potential prognostic markers for clinical outcomes of patients with UC after FMT. Methods We conducted a prospective study that included 10 patients with active UC who completed two FMTs at a 1-month interval. Intestinal and systemic markers were analyzed for prognostic factors based on clinical outcomes and temporal sequences of samples for 6 months after FMT. Gut microbes and their genes were analyzed using shotgun metagenomic sequencing, followed by analysis using the decision tree classifier method. Results At 1 month after the second FMT (T60), we regrouped the patients into remission (R) and non-remission (NR) groups based on their partial Mayo scores and analyzed their pre-FMT (T0) parameters to determine prognostic factors. Remission rate was 40%, and C-reactive protein (CRP) levels significantly decreased from T0 to T60. Moreover, we observed that intestinal factors were more discernible than CRP levels; they were characterized by lower abundance of phylum Bacteroidetes (R vs. NR at T0, p<0.001; T0 vs. T60 in R, p<0.05; abundance threshold, 17.8%) and higher copy numbers of genes encoding glycerol dehydrogenase (R vs. NR at T0, p<0.01; T0 vs. T60 in R, p<0.05; copy number threshold, 280.88) and mannosyl glycerate hydrolase (R vs. NR at T0, p<0.05; T0 vs. T60 in R, p<0.05; gene number threshold, 17.62) at T0. Conclusions FMT can be considered as an effective treatment option in patients with active UC, but the post-FMT clinical outcome may vary according to the intestinal environment of recipients. Gut microbes and their genes of the recipients are potential prognostic markers for post-FMT clinical outcome in patients with UC. Therefore, bacterial phyla composition, bacterial genes, and CRP should be evaluated before FMT for the selection of suitable patients to achieve better treatment efficiency. 궤양성대장염에서 분변미생물이식술의 효과는 상이하며, 이는 결과에 영향을 미치는 요인에 대한 이해의 부족에서 기인한다. 따라서 본 연구에서는 분변미생물이식술의 결과에 영향을 미치는 요인을 평가하고자 한다. 10명의 활동성 궤양성대장염 환자에서 1개월 간격으로 두 차례 분변미생물이식술을 시행하였다. 분변미생물이식술 전과 후의 임상적인 지표와 혈액학적인 지표, 대변 칼프로텍틴 등의 변화를 분석하였으며, 장내미생물과 유전정보의 발현을 샷건 메타지노믹스 분석과 의사결정나무 분석법으로 분석하였다. 분변미생물이식술 한 달 경과 후(T60) 부분 메이요 점수를 기반으로 하여, 환자들을 관해군(R) 과 비관해군(NR)로 분류하였고, 각 군에서 분변미생물이식술 전(T0)에 차이를 보이는 요인을 분석하였다. 분변미생물이식술 후 관해율은 전체의 40%였고, T0와 T60 사이에 C반응단백 (C-reactive protein, CRP)이 감소하였다. 관해군에서 박테로이데테스문의 상대적 수(relative abundance)는 T0에서 비관해군에 비해 유의미하게 적었으며, T60에서 T0에 비해 유의미학 수적 증가를 보였다. (R vs. NR at T0, p<0.001; T0 vs. T60 in R, p<0.05; abundance threshold, 17.8%) 유전 정보의 발현에서도 유의미한 차이를 보였으며, T0에 glycerol dehydrogenase (R vs. NR at T0, p<0.01; T0 vs. T60 in R, p<0.05; gene number threshold, 280.88) 와 mannosylglycerate hydrolase (R vs. NR at T0, p<0.05; T0 vs. T60 in R, p<0.05; gene number threshold, 17.62) 의 발현이 관해군에서 유의미하게 높았고, T60에서 T0에 비해 유의미하게 감소하였다. 장내미생물과 유전정보는 분변미생물이식술의 결과에 영향을 미치는 요인으로 분석되었다. 분변미생물이식술 전에 박테리아의 조성과 장내 염증 정도를 평가하여, 이식술을 시행할 환자군을 분별한다면 그 효과가 더 좋을 것으로 기대한다.