PLoS ONE: Gut Mikrobiel Dysbiosis Kan Forudsige Diarré og Træthed hos patienter Pelvic Cancer Stråleterapi: En Pilot Study

Abstrakt

Træthed og diarré er de hyppigste bivirkninger af bækken strålebehandling, mens deres ætiologier er stort set ukendt . Formålet med denne undersøgelse er at undersøge korrelationer mellem træthed, diarre og ændringer i tarmens mikrobiota induceret af bækken strålebehandling. I den 5-ugers behandling af bækken strålebehandling i 11 kræftpatienter, den generelle træthed score steget betydeligt og var mere fremtrædende i de patienter med diarré. Den træthed point er tæt korreleret med fald i serum citrullin (en indikator for den funktionelle enterocytterne masse) og forhøjelserne af systemiske inflammatoriske proteiner, herunder haptoglobin, orosomuoid, α

1-antitrypsin og TNF-α. Serumniveau af lipopolysaccharid (LPS) blev også forhøjet, især i patienter med diarré, der angiver epitelbarrieren brud og endotoksæmi. Pyrosequencing analyse af 16S rRNA-genet afslørede, at mikrobiel diversitet, rigdom, og den

Firmicutes /Bacteroidetes

forholdet blev væsentligt ændret før strålebehandling hos patienter, som senere udviklede diarré. Pelvic radioterapi induceret yderligere ændringer i fækal mikrobiel økologi, hvoraf nogle var specifikke for de patienter med eller uden diarré. Vores resultater viser, at tarmen mikrobiel dysbiosis før strålebehandling kan udnyttes til at forudsige udviklingen af ​​diarré og til at guide forebyggende behandlingsmuligheder. Strålingsinduceret dysbiosis kan bidrage til pelvic stråling sygdom, herunder mucositis, diarré, systemisk inflammatorisk respons, og bækken strålebehandling-associeret træthed hos cancerpatienter

Henvisning:. Wang A, Ling Z, Yang Z, Kiela PR, Wang T, Wang C, et al. (2015) Gut Mikrobiel Dysbiosis Kan Forudsige Diarré og Træthed hos patienter Pelvic Cancer Stråleterapi: en pilotundersøgelse. PLoS ONE 10 (5): e0126312. doi: 10,1371 /journal.pone.0126312

Academic Redaktør: Sergei Grivennikov, Fox Chase Cancer Center, UNITED STATES

Modtaget: 9. september 2014 Accepteret: 31 Marts 2015; Udgivet: 8. maj 2015

Copyright: © 2015 Wang et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed: Alle relevante data er inden for papir og dens støtte Information filer

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China tilskud (NSFC) 81.172.600, 81.272.101 til Aiping Wang, NSFC tilskud 81.000.831, 81.271.898 til Junping Wang, National lægevidenskaben “tolvte femårsplan” centralt projekt i Kina tilskud BWS11J009 til Junping Wang, uafhængige Research Grants i staten Key Laboratory of Trauma, Burn og kombineret Skade SKLZZ201114, SKLZZ201021, SKLZZ201202 til Aiping Wang, NIH tilskud 5R01-DK041274 til Pawel R. Kiela. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

bækken kræftformer er blandt de hyppigst diagnosticeret kræft på verdensplan [1], og bækken strålebehandling er ofte en integreret del af de tværfaglige metoder anvendes til behandling af bækken tumorer [2,3]. Men bivirkninger efter bækken strålebehandling repræsenterer store komplikationer og er blevet kollektivt kaldt bækken stråling sygdom (PRD) [4]. Træthed er et udbredt PRD symptom, som påvirker patienternes fysiske og psykosociale trivsel dermed resulterer i en klynge af andre symptomer, såsom smerte, søvnløshed og angst [5]. Stråling enteropati (mucositis), ofte ledsaget af diarré, er en anden PRD symptom [6], hvilket yderligere forringer livskvaliteten [7]. Desuden kan træthed og enteropati repræsentere indbyrdes afhængige symptomer som foreslået af den prospektive undersøgelse af Jakobsson et al. [8] med kvinder, der gennemgår bækken strålebehandling til anal eller livmoderkræft.

betydelige fremskridt i retning af at reducere toksicitet strålebehandling er blevet gjort i de seneste år, især ved at øge præcisionen af ​​levering af strålingen stråle, og ved farmakologisk interventioner [6]. Men vores ufuldstændige forståelse af den præcise ætiologi og forbundne i komplekset netværk af bækken symptomer stråling sygdom hindrer udviklingen af ​​optimerede forebyggelsesstrategier [9].

Seneste eksplosion i viden stammer fra kultur-uafhængig analyse af gut mikrobiota klart peger på den kritiske rolle af afbalancerede mutualistic mikrobe-vært interaktioner som en integrativ punkt i patogenesen af ​​ikke blot den lokale intestinale inflammatoriske tone, men også i reguleringen af ​​systemisk metabolisme, ekstraintestinale inflammatoriske sygdomme, såvel som funktionen af ​​den centrale nervesystem [10]. Tarmen mikrobiota er en dynamisk økosystem og er meget følsom overfor miljømæssige påvirkninger såsom kostfaktorer eller inflammation. I en lille undersøgelse, Manichanh et al. [11] viste, at patienter, der har lidt akut post-radioterapi diarré havde ændret tarm mikrobiel diversitet, en observation for nylig sammenfattet i mus [12]. Germ-fri mus var mere resistente over for stråling-induceret enteritis [13], mens manipulation af tarmen mikrobiota gennem administration af probiotika forbedret gastrointestinal toksicitet af strålebehandling [14,15]. Disse offentliggjorte data, sammen med den nye relevansen af ​​tarmens mikrobiota i patogenesen af ​​inflammatoriske tarmsygdomme (IBD) antyder, at tarmen mikrobiel økologi kan repræsentere ikke kun et potentielt værktøj til risikovurdering, men også for at reducere symptomerne på PRD via manipulation af tarmfloraen [16].

interessant, inflammatorisk respons forårsaget af frigivelsen af ​​inflammatoriske mediatorer blevet foreslået at bidrage til udviklingen af ​​træthed [9]. Schubert et al. [17] beskrevet en signifikant sammenhæng mellem træthed og frigivelse af IL-6. Endvidere er intensiteten af ​​træthed positivt korreleret med sværhedsgraden af ​​diarré [5]. Kollektivt, den foreliggende dokumentation tyder på, at træthed, mucosa skade og diarré, og dysbiosis er virkelig et kontinuum snarere end et sæt af uafhængige symptomer. Der er dog ikke omfattende og integrerende molekylære analyser udført for at undersøge tarmen mikrobiel økologi sammen med træthed og diarré fremkaldt af bækken strålebehandling. I denne undersøgelse, giver vi den første forsøg på at forbinde disse PRD symptomer gennem 16S rRNA-baserede mikrobiel profilering, og beskrive foreninger blandt tarmen mikrobiel dysbiosis og træthed og diarré. Vores pilot undersøgelse antyder også, at allerede eksisterende ændringer i mikrobiel gut økologi i kræftpatienter ikke kun kan spille en ætiologisk rolle i udviklingen af ​​post-stråling enteropati, men at de kan tjene som en prædiktiv redskab, som kan vejlede kliniske tilgange til PRD forebyggelse.

Materialer og metoder

Patientdemografi og prøveudtagning

i alt 20 patienter, planlagt til at modtage bækken strålebehandling for første gang på Chongqing Zhongshan Hospital (Kina ), blev registreret for denne undersøgelse. Eksklusionskriterier inkluderet tidligere kemoterapi, eller administration af steroider, immunosuppressive og /eller antibiotika inden for en måned før prøvetagning. To sekventielle afføringsprøver blev indsamlet fra hver patient ved tidspunkter før og lige efter strålebehandling. Tre blodprøver blev erhvervet fra hver patient på tidspunkter: umiddelbart før, på 3

rd-uge og 5

henholdsvis th-uge af strålebehandling,. Derudover blev fire køns- og alders- matchede raske frivillige rekrutteret til at give prøver som kontroller. Alle prøver blev alikvoteret og opbevaret ved -80 ° C indtil yderligere anvendelse. Denne undersøgelse blev godkendt af de etiske komitéer i Chongqing Zhongshan Hospital og Third Military Medical University, og i overensstemmelse med Helsinki-deklarationen. Skriftlige informeret-samtykke dokumenter blev indhentet fra alle deltagerne i denne undersøgelse.

Vurdering af diarré og træthed under strålebehandling

Parallelt med de tidspunkter i serumprøver hver patient udfyldt et spørgeskema at etablere graden af ​​diarré i forbindelse med strålebehandling. Ifølge de fælles terminologi Kriterier for bivirkninger (CTCAE) blev diarré inddeles i fem grader afhængigt af sværhedsgraden af ​​patientens tilstand [18]. Grade 0 angiver ingen diarré, grad 1 henviser til en stigning på fire eller færre afføringer om dagen, grad 2 henviser til en stigning på fire til seks afføring om dagen, og grad 3 henviser til en stigning på syv eller flere afføringer om dagen. Grad 4 indikerer livstruende konsekvenser.

Intensiteten af ​​generel træthed i denne undersøgelse blev vurderet ved hjælp af den modificerede Multidimensional Fatigue Inventory (MFI-20) subscale [19], som består af fire udsagn (jeg føler fit, jeg føler mig træt, jeg er udhvilet, og jeg trætte let), er Udsagnene bedømt mod en fem-punkts skala fra “ja, det er sandt” til “nej, det er ikke sandt”, og rapporteres over tid. Scoren går fra 4 til 20, baseret på patienternes rapporter om træthed i ansigt-til-ansigt interviews, hvorved en højere score angiver større træthed.

Biokemisk markør måling

Serum citrullin, orosomucoid , haptoglobin og α

1-antitrypsin blev bestemt ved anvendelse af ELISA kits (USCN Life Videnskab og Teknologi Co Ltd, Wuhan, Kina). Serum lipopolysaccharid (LPS) blev også målt under anvendelse af et ELISA-kit (R 5% og 10%, hhv. Serumprøver blev fortyndet passende og analyseret i overensstemmelse med producentens anvisninger.

Pyrosequencing og bioinformatik analyse

afføringsprøver fra patienter og 4 raske frivillige blev opsamlet i udpegede tidspunkter. Bakteriel genomisk DNA blev ekstraheret fra fæcesprøver under anvendelse af en DNA Mini Kit (QIAGEN, Hilden, Tyskland) ifølge den modificerede producentens anvisninger [20]. Universelle bakterielle primere, som svarer til positionerne 341-534 af den konserverede

Escherichia coli

16S rRNA-gensekvens, blev anvendt til at opformere 16S rRNA-genet hypervariable V3-regionen. PCR amplicon biblioteker blev skabt for hver enkelt DNA-prøve. Inden sekventering, blev hvert PCR-produkt oprenses med Gel Extraction Kit (QIAGEN, Hilden, Tyskland) og kvantificeret under anvendelse af en NanoDrop ND-1000 spektrofotometer (Thermo Electron Corporation). Amplicon pyrosekventering blev udført med standard 454 /Roche GS-FLX Titanium protokoller, hvor ækvimolære mængder af PCR amplicon biblioteker fra hver prøve blev opsamlet. Et sæt af 8-bp stregkoder designet af Fierer et al. [21] blev brugt til at samle og sortere flere prøver i en enkelt 454 GS-FLX run.

Høj kvalitet pyrosekventering læser blev screenet i henhold til barcode- og primer-sekvens filtrering som beskrevet tidligere [22]. Sekvenser blev rettet ind med SILVA ribosomale RNA-database og grupperet i operationelle taksonomiske enheder (Otus) [23]. Den Otus der nåede på en lighed niveau 97% blev anvendt til alfa mangfoldighed (Shannon), rigdom (Chao), god dækning, og fortynding kurve analyse ved hjælp af mothur software [24]. Taksonomi-baserede analyser blev udført ved at klassificere hver sekvens ved hjælp af naive Bayesian Classifier program Michigan State University Center for Mikrobiel Økologi Ribosomal Database Project database (https://rdp.cme.msu.edu) med en 50% bootstrap score [25 ]. Fylogenetisk beta mangfoldighed blev målt under anvendelse Otus for hver prøve under anvendelse moderen software [26].

Statistisk analyse

Statistisk analyse af den ikke-sekventering data blev udført under anvendelse af SPSS softwarepakke (SPSS version, 17,0, IBM, Armonk, NY). Resultater udtrykkes som middelværdi ± standardafvigelse (SD). Den statistiske analyse blev udført med ANOVA efterfulgt af Tukey post-hoc test, parret eller uparret

t

-test eller ikke-parametrisk Wilcoxon-test efter behov. Korrelationer blev beregnet med Pearson og partielle korrelation tests. Værdier på

P

≤ 0,05 blev betragtet som statistisk signifikant.

tiltrædelsespartnerskaber numre

De sekvens data fra dette studie er blevet deponeret i GenBank Sequence Læs Arkiv med tiltrædelsen nummer SRP035279 .

Resultater

Patient karakteristika

Tyve patienter blev screenet i løbet af strålebehandling. Ni patienter, der tog steroider, immunosuppressive og /eller antibiotika inden for en måned prøvetagning, eller undladt at levere de nødvendige spørgeskemaer, og /eller give sekventielle prøver, blev udelukket fra undersøgelsen. 11 patienter blev medtaget i den endelige analyse, hvoraf otte hunner lidt fra livmoderhalskræft, en kvinde fra anal cancer og to hanner fra kolorektal cancer. Median alder af kohorten var 51 år (spændvidde, 41-64 år). Ingen af ​​disse patienter fik kemoterapi, og gennemgik deres første konventionel strålebehandling med en dosis på 1,8-2,0 Gy /dag, fem gange om ugen i perioden 5-ugers (en kumulativ dosis på 44-50 Gy) (tabel 1).

Forekomst af træthed og diarré fremkaldt af bækken stråling i patienter

Resuméet af spørgeskemaerne vedrørende negative virkninger af bækken strålebehandling afspejlede et almindeligt symptom på træthed blandt alle fag. Ifølge kriterierne i CTCAE diarré kvalitet, 6 ud af 11 patienter har lidt diarré med varierende sværhedsgrad optaget på 3

rd og 5

th uge af strålebehandling (tabel 1). Forud for behandling, MFI-20 generel træthed score var identisk hos patienter, der har eller ikke udvikler symptomer på diarré efter strålebehandling (figur 1). Hos patienter uden diarré, træthed score steg en smule efter strålebehandling, men det nåede ikke statistisk signifikans (figur 1). Men patienter med diarré rapporteret dramatisk øget træthed score på både tredje og femte uge af strålebehandling (

s

0,01, Fig 1)., Hvilket tyder på, at diarré bidrager til patienternes træthed under strålebehandling

Hvert symbol repræsenterer en prøve. Vandrette bar linjer refererer til middelværdi i hver gruppe. * Viser statistiske forskelle mellem forbehandling tidspunkt, og 3

rd eller 5

th uge henholdsvis hos patienter, som udviklede diarré (p 0,01, n = 6; parret

t

– test).

Ændringer i serumniveauer af biomarkører i respons på bækken strålebehandling og deres korrelation med træthed og diarré

at udforske ætiopatogenese af stråling-induceret træthed og diarré, serum niveauer af biomarkører relateret til intestinal skade og systemisk inflammation blev analyseret. Plasma citrullin, et nitrogen slutproduktet af glutamin metabolisme i enterocytterne, er en etableret indikator for den funktionelle enterocytniveauet masse [27], og er blevet beskrevet som en surrogatmarkør for strålingsinduceret tyndtarm mucosal atrofi [28]. Serum citrullin koncentrationen faldt betydeligt under strålebehandling hos alle patienter, uanset den efterfølgende diarré (Fig 2A). , Men det var signifikant lavere hos patienter med diarré både tre og fem uger i strålebehandling (Fig 2A). Disse resultater antyder, at diarré var forbundet med en større intestinal epithelial atrofi under bækken strålebehandling. Desuden observerede vi en signifikant negativ korrelation (

r

= -0,648,

s

= 0,031;

r

= -0,658,

s

= 0,028 for 3

rd og 5

th uge henholdsvis) mellem MFI-20 generelle træthed scores og citrullin koncentration i den følgende 5-ugers behandling.

Serum citrullin, haptoglobin, orosomucid, og α1-antitrypsin blev analyseret ved ELISA som beskrevet i materialer og fremgangsmåder. Forskelle inden grupper blev analyseret ved ANOVA efterfulgt Tukey post-hoc test. Forskelle på de respektive tidspunkter mellem de to grupper blev analyseret med blev analyseret med uparret

t

-test, *

s

0,05,

#

s

. 0,01

alle tre akut fase proteiner valgt som systemiske markører for inflammation, haptoglobin, orosomucoid og α

1-antitrypsin, var betydeligt, og tidsafhængigt forhøjet i alle patienter, der får bækken strålebehandling, nåede statistisk signifikans ved 5

th ugers tidspunktet (p 0,05, fig 2B-2D). Af de tre proteiner, kun haptoglobin viste signifikant yderligere stigning i patienter, som udviklede diarré under 3- til 5- ugers behandling (fig 2B). På 5

th uge tidspunkt, var generel træthed positivt korreleret med haptoglobin (

r

= 0,796,

s

= 0,003), med stærk partiel korrelation under kontrol variabler af orosomucoid og α1-antitrypsin (

r

= 0,718,

s

= 0,029). Væsentlige positive korrelationer blev også fundet mellem generelle træthed scoringer og koncentrationer af serum orosomucoid på både af de 3

rd og 5

th uge tidspunkter (

r

= 0,612,

p

= 0,045 og

r

= 0,630,

s

= 0,038, henholdsvis). Disse resultater tyder på, at øget træthed under strålebehandling kunne være i det mindste delvis tilskrives systemisk inflammation induceret af bækken stråling.

Serum TNF-koncentration viste en stigende tendens hos alle patienter modtager bækken strålebehandling, med cytokin koncentrationen signifikant højere hos patienter med diarré, især på 3

rd uge (

s

0,01) (fig 3A). Mens serum LPS niveauer ikke var påvirket af strålebehandling hos patienter, som ikke udviklede diarré, blev et bevis på endotoksæmi dokumenteret hos patienter med diarré, med den statistiske forskel mellem de to grupper nåede på 5

th ugers behandling (

s

0,05) (fig 3B)

TNF og LPS blev analyseret ved ELISA som beskrevet i materialer og fremgangsmåder.. *

, # indikerer statistiske forskelle mellem “Ingen diarré” og “Diarré” grupper på det respektive tidspunkt (*

s

0,05,

#

s

0,01, ikke-parametrisk parret

t

-test, n = 5-6).

Altered gut mikrobiel økologi i de kræftpatienter før bækken strålebehandling

vi sammenlignede afføring microbiome profilen mellem patienter og 4 raske frivillige. I alt 170,021 høj kvalitet sekvenser blev opnået i denne undersøgelse. The Good dækning af hver gruppe var over 95%, hvilket viser, at 16S rRNA-sekvenser identificeret i disse grupper repræsenteret størstedelen af ​​tarmbakterier anført i prøverne (tabel 2). Analyse af alfa mangfoldighed viste, at forud for strålebehandling, patienter, der senere progredierede til diarré havde signifikant lavere fecal mikrobiel mangfoldighed ikke blot sammenlignet med raske kontroller (

s Restaurant 0,01), men mere vigtigt, sammenlignet med patienter, som ikke udvikler diarré (

s

0,01). Dette blev især udtalt i Shannon mangfoldighed indeks, som tegner sig for både overflod og jævnhed af arter (figur 4A). Lignende tendens blev observeret for Chao1 artsrigdom indeks, omend uden at nå statistisk signifikans (figur 4B).

Forskelle i mikrobielle alfa diversitet mellem raske kontroller og kræftpatienter før strålebehandling, som gjorde eller ikke udvikle diarré er angivet ved Shannon mangfoldighed indeks (A) og Chao1 artsrigdom (B). (C)

Firmicutes /Bacteroides

forholdet i de samme grupper af patienter. * Og

# angiver statistisk signifikante forskelle på

s

. 0,05 og 0,01, henholdsvis (ANOVA efterfulgt af Tukey post-hoc test)

I taksonomisk analyse, konsekvent med andre rapporter,

Firmicutes

Bacteroidetes

var de to dominerende phyla i alle grupper. Interessant,

Firmicutes /Bacteroidetes

forholdet blev forøget betydeligt sammenlignet med raske kontroller (Fig 4C), hvilket var en afspejling af øget relativ overflod af

Firmicutes

og et fald i

Bacteroidetes

phylum hos cancerpatienter før strålebehandling (fig 5A). På slægten niveau blev de relative mængder af 14 slægter fundet signifikant forskellig mellem de raske kontrolpersoner og cancerpatienter før strålebehandling (Fig 5B). Genera

Alistipes

,

Bacteroides

,

Barnesiella

,

Oscillibacter

,

Parabacteroides

,

Prevotella

Ruminococcus

, som tegner sig for over 1% af de samlede bakterier, var mindre rigelige i kræftpatienter end i raske forsøgspersoner. Genera

Faecalibacterium

,

Clostridium_XI

,

Roseburia

Veillonella

var relativt mere rigelige i kræftpatienter. Interessant, før strålebehandling, sammenlignet med patienter, som ikke udviklede diaré, dem der gjorde haft øget overflod af

Bacteroides

,

Dialister

,

Veillonella

og nedsat overflod af

Clostridium

XI og XVIII,

Faecalibacterium

,

Oscillibacter

,

Parabacteroides

,

Prevotella

og uklassificerede (slægt: andre) ( fig 5B).

(A) i forhold overflod af fem vigtigste bakteriel phyla samt uklassificerede “andet”, som omfatter

Chloroflexi

,

Deferribacteres

,

Chlorobi

,

Acidobacteria

,

Deinococcus-Thermus

,

Planctomycetes

,

Lentisphaerae

, spirokæt

,

Synergistetes

,

Tenericutes

,

Verrucomicrobia

Cyanobakterier

. (B) Udvalgte slægter statistisk forskellige mellem kræftpatienter forud for strålebehandling og raske kontrolpersoner. * Og # tyder på betydelig differenence fra raske kontroller (uparrede Mann-Whitney test). Symbol af + indikerer statistiske forskelle mellem kræftpatienter, der gjorde eller ikke udviklede diarré som følge af strålebehandling (uparrede Mann-Whitney-test). (C, D) Virkningerne af strålebehandling på relativ mikrobielle overflod på slægten niveau mellem patienter forud og efter strålebehandling inden “diarré” og “ingen diarré” grupper (parret Mann-Whitney test). (E) Taksonomisk forskelle på slægten plan mellem kræftpatienter uden og med diarré efter strålebehandling (uparret Mann-Whitney-test). *

s

0,05,

#

s

0,01,

+

s

. 0,01

mikrobiel samfunds struktur i tarmen ændres markant efter bækken strålebehandling

i begge grupper af patienter (dem, der udviklede diarré og dem, der ikke gjorde), strålebehandling resulterede i en yderligere forværring af mikrobiel alfa mangfoldighed, afspejlede især ved shannonindeks (tabel 2). På phylum niveau, selv om

Firmicutes

Bacteroidetes

forblev de to dominerende phyla, efter strålebehandling, den relative forekomst forholdet

Firmicutes

til

Bacteroidetes

ændret fra 1,79 til 0,83 hos patienter uden diarré, og fra 2,15 til 0.63 i patienter med diarré (figur 5A). Hos patienter, som udviklede diarré, men ikke i dem, der ikke gjorde, strålebehandling resulterede i en betydelig stigning i uklassificerede bakterier. (Række: andre) (til 2,47% vs. 0,88%, henholdsvis)

Den mikrobielle sammensætning var også signifikant forskellige ved slægten niveau før og efter strålebehandling i begge grupper af kræftpatienter. Som vist i figur 5C og 5D, viste udvalgte slægter lignende reaktion for stråling, uanset udviklingen af ​​diarré, Den relative overflod af

Bacteroides

Clostridium_XIVa

blev øget væsentligt efter strålebehandling, mens andre dominerende slægter, såsom

Faecalibacterium

,

Lachnospiracea

,

Oscillibacter

,

Roseburia

, og

Streptococcus

blev nedsat. Imidlertid viste valgt slægter en modsat reaktion mellem de to cancer grupper. Blandt dem, øget hos patienter med diarré og nedsat i ikke-diarré gruppe var

Clostridium

XI og XVIII, og uklassificerede (andre), mens

Veilonella

viste den modsatte tendens (Fig 5C og 5D ).

Når de to post-strålebehandling grupper af kræftpatienter (ingen diarré vs. diarré) blev sammenlignet, omkring ti bakterieslægter, som udgør over 1% af de totale fækale bakterier, var signifikant forskellige (fig 5E ). Den relative overflod af

Alistipes

,

Bacteroides

,

Clostridium_XI

,

Erysipelotrichaceae

,

Escherichia

,

Lachnospiracea

,

Megamonas

, og uklassificerede (slægt: andre) var signifikant højere, mens

Clostridium_XIVa

og

Sutterella

var signifikant lavere hos de patienter, som udviklede diarré, i sammenligning med dem, der ikke gjorde (fig 5E). Interessant, nogle slægter, såsom

Alistipes

,

Bacteroides

Roseburia

, ændret omvendt efter bækken strålebehandling, i sammenligning med raske kontroller (Fig 5B-5E).

diskussion

begrebet strålebehandling spor tilbage til opdagelsen af ​​røntgenstråler i 1895 af Wilhelm Röntgen, og med den seneste teknologiske fremskridt inden for stråling, er et stigende antal patienter med abdominale maligniteter behandlet med bækken strålebehandling i fremtiden. Men gastrointestinale symptomer fremkaldt af bækken strålebehandling forbliver en mangeårig og uløst problem. Især, træthed og diarré, som ofte opleves af bækken strålebehandling patienter, har skadelig indvirkning på kvaliteten af ​​patienternes liv og ikke sjældent føre til suspension af behandlingen [29]. I denne pilotundersøgelse, vi vurderede symptomer på træthed og diarré, inflammatoriske markører, og fækal mikrobiel økologi på 11 kræftpatienter over deres fem-ugers bækken strålebehandling kursus. Inden for begrænsning af den lille patient kohorte beskriver vi, at træthed er positivt korreleret med diarré og systemiske markører for inflammation. Desuden viste vi, at tarmen mikrobiota ikke kun var påvirket af strålebehandling, men endnu vigtigere, at allerede eksisterende ændringer i tarmen mikrobiel økologi kan tjene som en prædiktiv redskab til at identificere patienter, der er mere tilbøjelige til at udvikle sig til diarré efter bækken bestråling.

Vi fandt, at serumniveauer af haptoglobin, orosomucoid og α

1-antitrypsin, de markører for systemisk inflammation [30], var signifikant forhøjet efter bækken strålebehandling. De positive korrelationer mellem træthed og højden af ​​disse tre proteiner antyder, at betændelse kan bidrage til den erfarne træthed. I overensstemmelse med en tidligere undersøgelse [5], vi også observeret, at patienter med diarré led af mere alvorlig træthed. Det er sandsynligt, at disse patienter oplever mere alvorlig betændelse, som serum niveauer af inflammatoriske biomarkører blev forhøjet mere markant i patienter, der rapporterede højere træthed scores (fig 2 og 3). Dette antyder også, at betændelse aktiverer patofysiologien af ​​diarré.

Ætiologien for afvigende inflammation, almindeligt stødt hos patienter under strålebehandling, er sandsynligvis multifaktoriel. Tumor nekrose og sikkerhedsstillelse skader på normale væv er ledsaget af intestinal skade, kompromitteret epitel barriere og forbedret intestinal permeabilitet, og en øget translokation af bakterier og proinflammatoriske luminale komponenter. Dette synspunkt understøttes af resultaterne af vores undersøgelse og tidligere rapporter om, at signifikant fald i serum citrullin koncentration, hvilket indikerer progressiv intestinal epitel atrofi [28,30], blev ledsaget af en stigning i serumniveauer af TNF og LPS under behandlingen, især hos patienter, som udviklede diarré (Fig 3). Det faktum, at endotoksæmi primært blev observeret hos patienter med diarré, som også viste mere forhøjede TNFa koncentrationer, tyder på, at mucositis og ændrede mikrobielle-vært interaktioner er kernen i bækken stråling sygdom.

nøglerolle tarmens mikrobiota i PRD er postuleret baseret på modstand, hvis kim-fri mus for stråling-induceret enteritis [13], med post-strålebehandling ændringer i tarmen mikrobiel diversitet [11,12], og delvis lindring af mave toksicitet strålebehandling af probiotika [14, 15]. Derfor var det ikke overraskende at opdage, at strålebehandling havde en dybtgående indvirkning på fækal mikrobiel økologi i vores patient kohorte.

Flere undersøgelser viste, at patienter, der får cytotoksisk og strålebehandling udviser markante ændringer i tarm mikrobiota, med hyppigste fald i

Bifidobacterium

,

Clostridium

klynge XIVa,

Faecalibacterium prausnitzii

, og stigning i

Enterobacteriaceae

Bacteroides

(for nylig gennemgået af Touchefeu et al. [31]). Disse ændringer kan bidrage til udviklingen af ​​mucositis, især diarré og bakteriæmi. I vores undersøgelse en signifikant forskel i overflod forholdet

Firmicutes

til

Bacteroidetes

blev observeret i de kræftpatienter før og efter bækken strålebehandling. Desuden har vi også fundet en bemærkelsesværdig nedgang i mangfoldighed og rigdom tarmfloraen efter strålebehandling behandling, samt betydelige forskelle i den relative forekomst af udvalgte slægter mellem patienter, som udviklede eller ikke udviklede diarré. Sidstnævnte fund kan relateres til forskelle i sværhedsgraden af ​​lokale mucosale inflammatoriske responser, eller til ændringer i epithelial transport eller peristaltik, faktorer, som ikke blev undersøgt i vores patienter.

En mere slående observation er relateret til ændringer i gut mikrobiel økologi før bækken strålebehandling. Patienter, der skred til diarré havde signifikant lavere mikrobiel alfa diversitet og højere Firmicutes /Bacteroides forholdet sammenlignet med dem, der ikke udvikler diarré. I taksonomisk analyse af to patientgrupper før strålebehandling, fandt vi signifikante forskelle i den relative forekomst af

Veillonella

,

Prevotella

,

Parabacteroides

,

Oscillibacter

,

Faecalibacterium

,

Dialister

,

Bacteroides

,

Clostridia

klynger XI og XVIII, og uklassificerede (slægt: andre) (fig 5B) . Selv baseret på vores resultater er det ikke muligt at causatively link helst af de systematiske enheder til ætiologien af ​​radioterapi-induceret diarré, er det af interesse at

Clostridia

klynge XVIII, der er blevet forbundet med fremme af regulatoriske T-celle ekspansion og beskyttelse mod colitis og allergisk diarré [32], var signifikant mindre rigelige i patienter, som udviklede diarré. Lignende tilfælde kan gøres for

Faecalibacterium

slægt, som omfatter en beskyttende kommensal,

F

.

prausnitzii

. [33] På den anden side,

Clostridium

klynge XI, som omfatter en kendt diarré patogen

C

.

difficile

, selv om mindre rigelige før strålebehandling hos patienter, som senere udvikler diarré, er væsentligt udvidet efter terapi, mens i ikke-diarré patienter fulgte den modsatte tendens.