Analysis of risk factors via microbiome from living donor and recipient in living donor liver transplantation

Abstract

Background Acute rejection (AR) after liver transplantation (LT) significantly increases the risk of graft failure and mortality. Despite the importance of the gut-liver axis, there was limited research on the link between acute rejection and the gut microbiome in liver transplantation. This study investigates the predictive value of donor and recipient microbiomes for AR in living donor liver transplantation (LDLT). Methods This study was a prospective study based on stool samples collected from donors before surgery and recipients pre- and post-LDLT, including twenty-four paired stool samples. Based on biopsy-proven acute rejection (BPAR), the identification and abundance of gut microbes, and prediction of gene families were analyzed using full-length 16s rRNA gene sequencing. Results Gut microbiome changes before and after LT were associated with a decrease in alpha diversity and an increase in specific taxa like Clostridium innocuum and Streptococcus salivarius post-transplant. BPAR occurred in 5 out of 24 patients (20.8%) at a median of 46 days (ranging from 7 to 194 days) after LT in our cohort. Preoperative microbiome analysis showed specific taxa associated with AR risk, including Massilioclostridium at a level of ≥ 0.0049% in donors and Veillonellaceae at a level of ≥ 0.0051% in recipients. Post-transplant analyses revealed that certain microbiota, such as Enterococcus faecium, were more abundant in recipients without AR and correlated with a lower incidence of AR. The interaction between the gut and liver was examined through functional pathway prediction with gut-derived compounds such as PWY-6906 (including the O-linked N-acetylglucosamine pathway) and TEICHOICACID-PWY (including the IL-12 secretion from macrophages pathway). Conclusion The study highlights the potential of microbiome profiling in predicting AR risks in LDLT patients and suggests that tailored immunosuppressive strategies could be developed for high risk groups. Additionally, it is expected that certain gut microbiome post LT can create an environment that reduces the incidence of rejection. These findings underscore the importance of personalized treatment for recipients in liver transplantation.

배경 생체 간이식에서 공여자와 수혜자의 장내 미생물을 통한 위험 요인 분석. 간이식 후 급성 거부반응은 이식 실패와 사망 위험을 크게 증가시킨다. 장-간 축의 중요성에도 불구하고, 간이식에서 급성 거부반응과 장내 미생물군 간의 연관성에 대한 연구는 제 한적이다. 본 연구는 생체 간이식에서 공여자와 수혜자의 장내 미생물이 급성거부반 응을 예측하는 가치가 있는지 연구하였다. 방법 본 연구는 수술 전 공여자와 수술 전후 수혜자로부터 수집한 대변 샘플을 기반으로 한 전향적 매칭 연구하였다. 조직검사로 입증된 급성 거부반응에 따라 장내 미생물의 식별 및 풍부도, 유전자 군 예측을 전체 길이 16s rRNA 유전자 시퀀싱을 사용하여 분석했다. 결과 이식 전후의 장내 미생물 변화가 거부반응에 영향을 미치며, 이식 후 알파 다양성의 감소와 Clostridium innocuum 및 Streptococcus salivarius와 같은 특정 세균의 증가를 발견했다. 급성 거부반응은 우리 코호트에서 간이식 후 중간값 68.4일(범위 7~194일) 에서 24명의 환자 중 5명 (20.8%)에서 발생하였다. 수술 전 장내 미생물 분석을 통해 거부반응 위험과 관련된 특정 세균을 확인했으며, 공여자의 경우 Massilioclostridium이 0.0049% 이상, 수혜자의 경우 Veillonellaceae가 0.0051% 이상인 경우이다. 이식 후 분석에서는 Enterococcus faecium과 같은 특정 미생물이 급성거부반응이 없는 수 혜자에서 더 풍부하게 나타났으며, 급성거부 발생률이 낮은 것과 상관관계가 있음을 발견했다. 장과 간의 상호작용은 PWY-6906(O-linked N-acetylglucosamine 경로를 포 함) 및 TEICHOICACID-PWY(IL-12 분비 매크로파지 경로를 포함)와 같은 장내 유래 화 합물을 포함한 기능 경로 예측을 통해 조사되었다. 결론 본 연구는 장내 미생물 프로파일링이 거부반응 위험을 예측할 수 있는 잠재력을 강조 하며, 고위험군을 위한 맞춤형 면역억제 전략이 개발될 수 있음을 시사한다. 또한, 이 식 후 수혜자의 특정 장내 미생물이 거부반응 발생률을 줄이는 환경을 조성할 것으로 기대된다. 이러한 결과는 간이식에서 공여자와 수혜자 모두를 위한 맞춤형 치료의 중 요성과 근거를 강조할 것으로 보인다.