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腸内細菌叢は糖尿病患者における遠位対称性多発ニューロパチーを調節する


腸内細菌叢は糖尿病患者における遠位対称性多発ニューロパチーを調節する

https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(23)00220-6



楊俊鵬
楊雪利 7
呉国軍 7
張芳明
張晨紅
袁慧娟 8
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オープンアクセス掲載:2023年7月13日DOI:https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.06.010
PlumXメトリクス
ハイライト

DSPN患者由来の腸内細菌叢がdb/dbマウスに重篤な末梢神経障害を引き起こす

無作為化臨床試験において、健康なドナーからのFMTはDSPNを有意に緩和した。

腸内細菌叢の2つのギルドがFMTによるDSPNの緩和と関連していた。

移植者とレシピエント間の腸内細菌型の一致がFMTの有効性の向上に関連した。
まとめ
糖尿病患者によくみられる神経障害である遠位対称性多発ニューロパチー(DSPN)の発症機序は完全には解明されていない。我々は、DSPN患者由来の腸内細菌叢が、db/dbマウスにおいてより重篤な末梢神経障害を示す表現型を誘導することを発見した。無作為化二重盲検プラセボ対照試験(ChiCTR1800017257)において、プラセボを投与された患者10人と比較して、健常ドナーからの糞便微生物叢移植を受けた患者22人では、血糖コントロールとは無関係に、DSPNが有意に緩和された。Toronto Clinical Scoring System(TCSS)スコアと相関する腸内細菌ゲノムは、2つの競合するギルドに編成されていた。酪酸産生能の高いギルド1が増加し、エンドトキシンの合成経路の遺伝子を多く保有するギルド2が減少したことは、腸管バリアの完全性の改善と炎症性サイトカインレベルの低下と関連していた。さらに、移植者とレシピエントの腸型が一致すると、ギルド1が濃縮され、ギルド2が抑制され、治療効果が向上した。従って、これら2つの競合するギルドの変化は、DSPNの原因的役割を果たし、治療標的となる可能性がある。
グラフィカル抄録
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キーワード
腸内細菌叢
糖尿病
遠位対称性多発ニューロパチー
糞便微生物叢移植
ギルド
はじめに
遠位対称性多発ニューロパチー(DSPN)は、糖尿病(DM)患者に最もよくみられる神経障害であり、アンメットメディカルニーズのひとつである。DSPNは、1型および2型糖尿病(T1DMおよびT2DM)を含む糖尿病患者の約半数に発症する。
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DSPNは、死亡率の増加、下肢切断、苦痛を伴う疼痛性神経障害症状と関連しており、これらはすべて患者の機能性、気分、健康関連QOLに悪影響を及ぼす。
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生活習慣の改善、グルコースコントロール、いくつかの薬物療法はDSPN患者の症状を改善する可能性があるが、DSPNの根本的な病態機序の理解が乏しく、有効な治療標的がないため、現在のところDSPNに対する疾患修飾的治療法はない。
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グルコースホメオスタシスの維持に腸内細菌叢が重要な役割を果たしていることを示唆する、説得力のある集約的なエビデンスがある。
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さらに、腸内細菌叢は腸-脳軸と神経免疫-内分泌軸の交差点で機能しているようで、神経系に影響を与える複雑なネットワークを形成している。
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腸内細菌叢と脳との間のクロストークが、パーキンソン病やアルツハイマー病などの中枢神経系の神経変性疾患に重大な影響を及ぼす可能性があることを示す研究が増えている。
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さらに、腸内細菌叢とその生理活性物質は、宿主の生体エネルギーと炎症を制御することが知られており、これらはDSPNの機序経路である可能性がある。
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サンプル数の少ない最近の研究で、DSPN患者の腸内細菌叢は健常対照群と異なることが示された。
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しかし、DMにおける腸内細菌叢と末梢神経系(PNS)障害との因果関係は、いまだ解明されていない。
糞便微生物叢移植(FMT)は、腸内細菌叢が特定の神経疾患において原因的役割を果たすかどうかを調べるための強力な戦略となっている。
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われわれの研究では、正常グルコース(NG)レベルの被験者、DSPNではないがDM患者、DSPN患者の間で腸内細菌叢に有意差があることを見いだした。さらに、DSPN患者の糞便微生物叢をdb/dbマウスに接種したところ、DSPNでないDM患者やNG値の被験者よりも重篤な末梢神経障害が誘発されたことから、腸内細菌叢の異常がDSPNの進行に関与していることが示唆された。その後、我々は、無作為化二重盲検プラセボ対照パイロット臨床試験(RCT)において、健常ドナーから従来の治療法に反応不良なDSPN患者へのFMTを実施した。その結果、健常人ドナーからのFMTにより腸内細菌叢の組成と機能を調節することで、DSPNが有意に緩和されることが示された。本研究により、腸内細菌叢とDSPNの間に潜在的な因果関係があることが明らかになり、有効な治療法を開発するための治療標的となりうる。
研究結果
DSPN患者の腸内細菌叢はdb/dbマウスにおいてより重篤な末梢神経障害を誘発した。
DSPN患者(DSPN, n = 27)から糞便サンプルを採取し、その腸内細菌叢を、DSPNではないがDM患者(DM, n = 30)およびNGレベルの被験者(NG, n = 29)の腸内細菌叢と比較した。
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(と比較した(表S1)。16S rRNA遺伝子のV3-V4領域の塩基配列データによると、DSPNにおける腸内細菌叢の豊富さは、NG群およびDM群よりも有意に高かった(図S1A)。Jaccard距離に基づく主座標分析(PCoA)は、DSPNにおける腸内細菌叢の全体的な構造がNG群およびDM群と異なることを示した(図S1B)。線形判別分析の効果量(LEfSe)分析では、51の主要なアンプリコン配列変異(ASV)がNG、DM、DSPNのコホート間で有意差を示した(図S1C)。Prevotella由来の2つ(ASV 622、ASV 2091)、Faecalibacterium由来の1つ(ASV 446)など6つのASVが同定され、それぞれNG群と比較してDM群で有意に減少し、総存在量はNG群より有意に減少した(4. 34%±0.83%)からDM群(0.85%±0.18%、p<0.001)へと有意に減少し、これらのASVはすべて短鎖脂肪酸(SCFA)を産生することが知られている属であるため、DMでは潜在的に有益な細菌が失われていることを示している。興味深いことに、13のASVがDSPN群では増加したが、DM群ではNG群と比較して増加しなかったことから、これらの細菌がDSPNにおいて潜在的に有害で病原性を有する可能性が示唆された。これらの潜在的病原性細菌の総存在量は、DSPN(11.76%±2.48%)がDM(2.2%±0.83%、p<0.001)またはNG(1.19%±0.27%、p<0.001)よりも有意に高かったが、DMとNGの間に有意差は認められなかった。Escherichia/Shigella属(ASV 3169)やDesulfovibrio属(ASV 3115)のようなこれらの属の一部は、炎症を誘発するエンドトキシンのような抗原を産生する、よく知られた病原性細菌である。これら2つのエンドトキシン産生ASV(Escherichia/Shigella ASV 3169、Desulfovibrio ASV 3115)の存在量も、NG(0.28%)とDM(0.69%)では有意差はなかったが、DSPNでは有意に高かった(3.34%、p<0.001、p=0.0015)。
次に、腸内細菌叢の異常が末梢神経障害の発症に寄与している可能性を調べるため、NG、DM、DSPN群の糞便微生物叢を遺伝的に糖尿病(db/db)マウスに移植した。マウスは抗生物質のカクテルで2週間治療され、その後、NGレベルの患者(M-NG)、あるいはDSPNではないがDMの患者(M-DM)およびDSPNの患者(M-DSPN)の糞便微生物叢を経口投与した。その結果、M-DSPNマウスの腸内細菌叢構造は、3週間の経口投与後、M-NGマウスおよびM-DMマウスの腸内細菌叢構造とは有意に異なり、よりヒトのドナーに近いことが示された(図S2AおよびS2B)。神経障害の重症度を評価した結果、M-DSPNマウスはM-NGマウスやM-DMマウスと比較して、機械的および熱的感受性が有意に低いことがわかった。さらに、M-DSPNマウスの坐骨神経の運動神経伝導速度(MNCV)は、M-NG群と比較して有意に低かった(図1A)。さらに、後足蹠皮膚の表皮内神経線維密度(IENFD)は、M-DSPN群ではM-NG群に比べて有意に低下しており、これは小神経線維の神経障害を評価するのに用いられた(図1B)。PNSでは、ニューロフィラメント200(NF200)とミエリン塩基性タンパク質(MBP)というマーカーが、それぞれA線維とミエリンの形成と維持に関連している。一方、脳由来神経栄養因子(BDNF)は、ニューロンと神経膠細胞の生存、増殖、移動、分化に必須である。
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これまでの研究で、糖尿病により末梢神経を損傷した後では、後根神経節(DRG)および坐骨神経におけるNF200、MBP、BDNFレベルが有意に低下することが示されている。
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我々は、M-DSPN群のDRGと坐骨神経の両方で、M-NG群と比較してNF200、MBP、BDNFの有意な減少を観察した(図1Cと1D)。注目すべきことに、M-DSPN群とM-DM群を比較すると、DRGのNF200のレベルは前者で有意に低く、坐骨神経のMBPとBDNFのレベルも前者で有意に低かった(図1Cと1D)。しかし、M-NG群とM-DM群の間には有意差は認められなかった。
図1DSPN患者由来の腸内細菌叢は、db/dbマウスにおいて、正常グルコースレベルの被験者やDSPNではないがDM患者由来の腸内細菌叢よりも重度の末梢神経障害を誘発した。
キャプション
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さらに、NGレベルの被験者とDSPN患者からのヒト糞便微生物叢を用いた別の実験も行った。腸内細菌叢と末梢神経障害の結果は、上記の実験と一致していた(図S3A-S3F)。以上の結果から、DSPN患者由来の腸内細菌叢は、NGレベルの被験者と比較してdb/dbマウスにおいてより重篤な末梢神経障害を誘発し、この効果はDMに伴うディスバイオシスによって引き起こされるものではないことが強く示唆された。
腸内細菌叢が末梢神経障害にどのような影響を及ぼすかを調べるため、まず、神経系障害に関連するSCFA、胆汁酸、神経伝達物質など、いくつかの微生物叢関連代謝物を対象とした。
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r-MCA以外の27種類の糞便中胆汁酸、7種類のSCFA、22種類の血清神経伝達物質を測定したところ、M-NG群とM-DSPN群の間に有意差は認められなかった(図S2C-S2E)。さらに、DSPN患者の腸内細菌叢が腸管バリア機能に及ぼす影響を評価した。免疫蛍光染色により、M-DSPNの大腸粘膜生検標本では、タイトジャンクションタンパク質ZO-1、Claudin-1、Claudin-4の発現がM-NG群およびM-DM群に比べて有意に低下しており(図1E)、M-DSPNマウスでは腸管バリア機能が悪化していることが示された。さらに、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)-デキストラン濃度は、M-NG群およびM-DM群よりもM-DSPN群で有意に高かった(図1F)。次に、リポ多糖(LPS)結合蛋白(LBP)の血清中濃度を測定した。LBPは、細菌が産生するエンドトキシンなどの抗原と結合することができ、血中の細菌抗原負荷と宿主の炎症反応とを結びつける代替バイオマーカーとなる。注目すべきことに、LBPのレベルはM-DSPN群でM-NG群およびM-DM群よりも有意に高かった(図1G)。血清中の腫瘍壊死因子α(TNF-α)とインターロイキン-6(IL-6)の全身炎症バイオマーカーがDSPNの進行と関連しているかどうかを評価した27、
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は、M-NG群よりもM-DSPN群で有意に高かった(図1G)。M-DSPN群のTNF-αレベルもM-DM群より有意に高かったが(図1G)、M-NG群とM-DM群の間に有意差は認められなかった。
さらに、繰り返し実験を行ったところ、一貫した結果が得られた(図S3GおよびS3H)。これらの結果は、DSPN患者の腸内細菌叢が、NGレベルの被験者やDM患者と比較して、より重篤な腸管バリア機能不全、より高い抗原負荷、および全身性炎症につながる可能性があり、これらすべてが末梢神経障害を悪化させる可能性があることを示すさらなる証拠となる。
FMTはDSPN患者の末梢神経障害の重症度を軽減した
腸内細菌叢の異常が末梢神経障害の発症に関与していることから、腸内細菌叢を改善することでDSPNを緩和できるかどうかを調べたい。我々はRCT試験を行い、少なくとも84日間従来の治療を行ってもDSPNの症状が改善しなかったDSPN患者39人をリクルートした(詳細は表S2に記載)。ランイン期間後、37人の患者に健常人ドナーの糞便微生物叢(FMT群)またはプラセボ(プラセボ群)を2:1の割合で移植し、84日間追跡した。最終的に、FMT群22例、プラセボ群10例がこのRCT試験を完了した(図S4)。ベースライン時(0日)、人口統計学的特徴、身体計測的特徴、および血糖コントロールは両群間で同様であった(表S3)。特に、Toronto Clinical Scoring System(TCSS
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)スコアとDSPNの感覚神経および運動神経の機能状態には有意差がなかった(図2およびS5)。移植後84日目では、グルコースと脂質の代謝、血圧、体重は両群とも変化しなかった(表S3)。インスリン必要量は両群間で同程度であり(表S3)、試験中に重篤な有害事象は記録されなかった(表S4)。
図2FMTはDSPN患者の末梢神経障害の重症度、不安、抑うつを緩和し、睡眠と生活の質を改善した
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TCSSスコアは、DSPNの重症度を評価する基準として、患者の神経障害症状と徴候を評価するために用いられる。
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84日後のTCSSスコアのベースラインとの変化を主要評価項目とし、その結果、TCSSスコアの低下はFMT群でプラセボ群より有意に大きかった(図2A)。さらに、84日後のTCSSスコアは、FMT群ではベースラインより有意に低下したが、プラセボ群では変化がなかった(図2A)。また、患者の神経障害性疼痛をVisual Analog Scale(VAS
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)スコアで評価した。ベースラインと比較して、VASスコアもFMT後に有意に低下したが、プラセボ群では低下しなかった。FMT群では、84日後のVAS値がプラセボ群より有意に低かった(図2B)。注目すべきは、FMT群の15人の患者がベースライン時に中等度/重度の神経障害性疼痛(VASスコア4以上)を有していたが、そのうち8人(53.3%)が84日目に50%以上の疼痛緩和を示し、良好な転帰を示したことである。
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しかし、プラセボ群では84日時点で50%以上の疼痛緩和を示した患者は14.29%に過ぎなかった。これらの結果は、FMTがDSPN患者の症状や徴候、特に神経障害性疼痛を安定的に軽減したことを示している。
神経障害性症状は不安、抑うつ、睡眠障害を引き起こし、DSPN患者のQOLを著しく低下させる、
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我々は、これらの側面に対するFMTの効果を評価した。これらの結果を測定するために、ハミルトン不安尺度(HAMA
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)、ハミルトンうつ病評価尺度(HAMD
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)、ピッツバーグ睡眠の質指数(PSQI
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)、世界保健機関(WHO)のQOL簡易表(WHOQOL-BREF
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). 84日後のHAMAスコアでは、FMT群ではプラセボ群と比較して0日から84日までの減少幅が有意に大きいことから明らかなように、不安が有意に改善されていた(図2C)。HAMDスコアでは、うつ病はFMT群で有意に改善されたが、プラセボ群では改善されなかったものの、84日時点および0~84日時点の変化に群間差は認められなかった(図2D)。PSQI評価では、FMTを受けた患者では84日目に睡眠の質が有意に改善したことが示された。これは、0日から84日までのPSQIの減少が有意に大きかったことからも明らかであるが、プラセボを受けた患者ではそうではなかった(図2E)。WHOQOL-BREFスコアは、84日目にFMT群とプラセボ群の両方で有意に増加し、すべての患者でQOLが改善したことを示した(図2F)。
電気生理学的測定(神経伝導速度[NCV]および電流知覚閾値[CPT])を用いて、FMTが末梢神経障害を改善したかどうかを客観的に評価した。
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84日後、腓骨神経と尺骨神経の感覚神経伝導速度(SNCV)はFMT群でのみ有意に増加し、SNCVの変化はFMT群でプラセボ群よりも有意に大きかった(図S5A)。遠位正中神経、後脛骨神経、および総腓骨神経のMNCVは、84日時点でFMT群では有意に改善したが、プラセボ群では改善しなかったが、84日時点の群間差、および0~84日時点の群間差は認められなかった(図S5A)。CPTは、太い有髄(Aβ)線維(2,000 Hz)、細い有髄(Aδ)線維(250 Hz)、無髄(C)線維(5 Hz)など、さまざまなタイプの神経線維の電気刺激に対する感受性を可視化するために使用できる。
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表在性および深在性腓骨神経については、5HzにおけるCPTレベルは、FMT群では0日から84日まで有意に大きく低下し、FMT群では84日においてプラセボ群よりも有意に低下したことから、FMT群の脚におけるC線維の知覚低下が改善したことが示された。正中神経遠位では、2,000Hz、250Hz、5HzのCPT値はいずれも84日後にFMT群で有意に低下したが、プラセボ群では低下しなかった。また、250Hzと5HzのCPT値は、プラセボ群と比較してFTM群で0日から84日まで有意に大きい値を示したことから、FMTが遠位上肢のAδおよびC神経線維に影響を及ぼす可能性が示唆された(図S5A)。このことは、健常人ドナーの腸内細菌叢の導入が、DSPN患者の末梢神経の電気生理学的機能を改善したことを示している。
RCT試験終了後、DSPN患者の神経障害症状と徴候の緩和におけるFMTの有効性をさらに検証するため、ポストRCT試験を実施した。この研究では、プラセボ群の患者10人全員に、健康なドナーからの糞便微生物叢を移植した。その結果、ベースライン時あるいはRCT試験終了時と比較して、これらの患者ではFMT84日後に神経障害症状・徴候、睡眠の質、全体的なQOL、末梢神経の部分的な電気生理学的機能が有意に改善した(図3およびS5B)。
図3プラセボ群における末梢神経障害の重症度、不安、抑うつ、睡眠、QOLの変化(RCTおよび健常ドナーからの移植を用いたRCT後の調査において
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FMTはDSPN患者の腸管バリア完全性と全身性炎症状態を改善した
FMTが末梢神経障害をどのように緩和するかを検討するため、ベースライン時と84日後の患者の糞便中のSCFAと胆汁酸を測定した。これらの代謝物のレベルに有意な変化は観察されなかった(図S6)。前述のマウス試験でDSPN患者の腸内細菌叢が腸管バリアに障害をもたらすことが観察された後、FMTが腸管バリア機能を改善し、患者の慢性炎症を減少させるかどうかを調べるため、RCT試験で0日目と84日目に患者の一部から大腸の生検標本を採取した。免疫蛍光染色の結果、FMT群の生検標本の大腸粘膜におけるZO-1の発現はプラセボ群のそれよりも高い傾向があり、84日目におけるClaudin-1レベルはプラセボ群よりもFMT群で有意に高かった(図4Aおよび4B)。また、Claudin-4はプラセボ群で有意に減少したのに対し、FMT群では0日から84日まで有意に増加した。さらに、Claudin-4の増加比はFMT群でプラセボ群より有意に高かった(図4C)。
図4FMTはDSPN患者における腸管バリア完全性と全身性炎症状態を改善した。
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腸管バリアーの完全性が改善すれば、微生物叢からの血清抗原負荷が減少すると考えられるので、血清中のLBP濃度を測定したところ、FMT群では0日から84日まで有意に減少したのに対し、プラセボ群では有意な変化は認められなかった。しかも、その減少率はFMT群で大きかった(図4D)。次に、FMT後のDSPN患者の炎症状態を評価した。実際、IL-6とTNF-αの血清レベルは、FMT群では0日と比較して84日目に減少したが、プラセボ群では変化しなかった。さらに、IL-6の減少率はFMT群でより高いことが観察された(図4Eおよび4F)。これらの所見から、FMTは腸管バリア機能を改善し、血清抗原量を減少させ、慢性炎症を緩和し、これが患者のDSPNの緩和に寄与している可能性が示唆された。
FMTはDSPN患者において腸内細菌叢の全体的な構造変化を誘導した。
FMTによるDSPN緩和の有益な効果における腸内細菌叢の役割をさらに検討するため、ドナーの腸内細菌叢から作製した全移植株と、RCTおよびRCT後の全患者の糞便サンプルについて、移植前(0日)および移植後3、28、56、84日のショットガンメタゲノムシークエンシングを行った(表S5)。FMT後の患者における腸内細菌叢の株レベルの変化を特徴付けるために、メタゲノミックデータセットから1,572個の高品質ドラフトゲノムをde novoでアセンブルした(詳細はSTAR Methodsおよび表S6とS7に記載)。Human Gastrointestinal Bacteria Genome Collection (HGG)のゲノムを統合した後、以下の結果を得た。
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のゲノムを統合し、メタゲノム解析を改善した結果、1,999個の冗長性のない高品質なメタゲノム集合ゲノム(HQMAG)が得られ、さらなる解析に使用された(表S8)。プラセボによる移植では、RCT試験中の患者の腸内細菌叢に有意な変化は認められなかった(図S7)。次に、FMT中の腸内細菌叢の変化を明らかにするために、RCT試験におけるFMT群からのサンプルおよびRCT試験後のサンプルを、健常ドナーからの移植とともに分析した。FMT後の経時的サンプルにおける微生物起源の可能性を明らかにするため、FMT前患者(0日)サンプルとFMT移植サンプルで検出されたユニークなHQMAGを比較した。FMT移植片からのみ検出されたHQMAGの相対量は、患者0日試料と対応する移植片の間で共有されたHQMAGの48.1%を占めるに過ぎなかった。移植由来のHQMAGは、FMT後3日から84日までかなりの割合を占めていた(3日で13.65%、28日で13.88%、56日で10.24%、84日で12.59%)(図5A)。FMT後、患者と対応する移植者との腸内細菌叢の距離は有意に減少したが、患者の腸内細菌叢構造は移植者よりも各自のベースライン組成に依然として近かった(図5B)。28日後の腸内細菌叢の豊富さは有意に増加していたが、シャノン指数で測定した多様性は変化していなかった(図5C)。HQMAGsレベルでのJaccard距離の被験者調整PCoA(aPCoA)は、患者の腸内細菌叢がFMT3日後に有意にシフトし、28日後にさらに有意に変化し、その後(56-84日)は比較的安定していることを示した(図5D)。これらの結果は、FMTがDSPN患者の腸内細菌叢に早期から有意な変化を誘導し、神経障害症状および徴候の有意かつ安定した改善と同時に進行したことを示唆している。
図5FMTはDSPN患者において腸内細菌叢の全体的な構造変化を誘導した。
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TCSSスコアと相関する腸内細菌ゲノムは、2つの競合するギルドで構成されていた。
次に、MaAsLin2による線形混合効果モデルを用いて、TCSSスコアが54のHQMAGと有意に相関していることを明らかにした(図6A;表S9)。
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TCSSスコアと負の相関を示したHQMAGの大部分(21個中19個)はファーミキューテス(Firmicutes)属に属し、その多くは、おそらく酪酸の産生を介して、粘膜バリア機能を調節して腸管透過性を低下させたり、宿主の免疫応答を調節したりする潜在的に有益な細菌である、
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Fecalibacterium prausnitzii、Agathobacter rectalis、Agathobaculum butyriciproducens、Anaerobutyricum halliiなどであった。TCSSスコアと正の相関を示した33個のHQMAGのうち、26個がバクテロイデーテス(Bacteroidetes)に属し、特にバクテロイデス・ユニフォミス(Bacteroides uniformis)が17個を占めた。腸内生態系の細菌は互いに影響し合い、首尾一貫した機能グループ(別名「ギルド」)として働いている、
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これらの54のHQMAGに対して共存在量解析を適用し、細菌間の相互作用を探索し、潜在的なギルド構造を見出した。TCSSスコアと負の相関を持つ21のHQMAGは互いに正の相関を持ち、ギルド1として形成され、TCSSスコアと正の相関を持つ33のHQMAGはギルド2として形成された(図6B)。2つのギルドの間には負の相関しかなく、ギルド間の潜在的な競合関係が示唆された。健康なドナーからの移植片の腸内細菌叢では、guild 1の存在量はguild 2とほぼ等しかったが、DSPN患者では0日目にguild 2の存在量がguild 1より有意に高かった(図6C)。移植株と比較すると、DSPN患者の腸内細菌叢はギルド2が有意に多く、ギルド1がわずかに少なかった(図6C)。注目すべきことに、FMTは0日と比較して、28日から84日までギルド2の存在量を有意に減少させ、28日から56日までギルド1の存在量を有意に増加させた。移植株と比較すると、28日目からguild 1とguild 2の存在量に有意差は見られなかった(図6C)。
図6TCSSスコアと相関する腸内細菌ゲノムは、2つの競合するギルドで構成されていた。
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次に、2つのギルドのゲノムの特徴を調べ、DSPNの緩和との関連性の根底にある潜在的な機能を理解した(表S9)。腸内細菌発酵に由来するSCFAは、腸透過性に影響を与え、ヒトの腸および全身性炎症を制御する最も重要な細菌代謝産物と考えられてきた。
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我々は、主要酵素をコードする遺伝子の存在量を用いて、SCFAsの遺伝的産生能(酢酸、プロピオン酸、酪酸を含む)産生経路の変化を示した。
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54のHQMAGのほとんどは、属するギルドにかかわらず、酢酸生合成経路に関与するfhs遺伝子を保有していた(表S9)。血糖コントロールと負の関連が報告されているプロピオン酸合成経路の主要酵素プロピオニル-CoA:コハク酸-CoA転移酵素およびプロピオン酸CoA転移酵素(pstおよびpct)をコードする遺伝子については、以下の通りである、
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pstまたはpctを保有するHQMAGは、guild 1よりもguild 2の方が有意に多かった(pst:guild 1の14.29%対guild 2の78.79%、Fisherの正確検定、p = 4.01 × 10-6;pct:guild 1の23.81%対guild 2の78.79%、Fisherの正確検定、p = 1.59 × 10-4)(図6D;表S9)。逆に、ギルド1のHQMAGのみが、腸内細菌叢における酪酸生合成経路の主要な末端遺伝子であるブチリル-コエンザイムA(butyryl-CoA):酢酸CoA転移酵素(but)とbuk遺伝子を持っていた(図6D;表S9)。さらに、腸内細菌叢からの主要な抗原であるエンドトキシン(LPS)生合成の変化も評価した。両親媒性のLPS糖脂質部分であるリピドAは、Toll様受容体(TLR)4と強固に結合することで免疫系を刺激する。
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その結果、ギルド2のHQMAGのほとんど(78.79%)がリピドAの生合成に関連する遺伝子を保有していたが、ギルド1のHQMAGでは2つのHQMAGのみがこれらの遺伝子を保有していた(図6D;表S9)。抗生物質耐性遺伝子(ARG)に関しては、ギルド1では8つのHQMAGが14のARGをコードしており、ギルド2では29ゲノムが112のARGをコードしていた(図6D;表S9)。これらを総合すると、FMTにより、酪酸産生に有益なギルド1が増加し、より多くの抗原負荷を産生しうるギルド2が減少したことが、低悪性度、全身性、慢性炎症の減少に寄与していると考えられる。
FMT移植者とレシピエントの腸型一致はDSPNの改善と関連する
FMT研究において、健康なドナーからの腸内細菌叢の移植と、レシピエントの元々の腸内細菌叢との類似性が、治療効果に関連しているかどうかを調べることは常に興味深い。この問題に取り組むため、HQMAGsレベルでの微生物叢のJaccard距離に基づいて、移植27検体と患者150検体を含む全検体を2つの腸型(C1とC2)に分類した(図7A)。C1に分類されたレシピエント(0日時点の患者サンプル)には19の移植株と17のオリジナル腸内細菌叢が存在し、C2に分類されたレシピエントには8つの移植株と15のオリジナル腸内細菌叢が存在した(図7B)。まず、特定の移植腸内細菌型がFMTの治療効果に影響を及ぼすかどうかを調べるため、患者を受けた移植の腸内細菌型に基づいて2つのサブグループに分けた。両サブグループとも、0日から84日までTCSSスコアの有意な減少を示したが、84日時点や変化率では両サブグループ間に有意差はなかった(図7C)。さらに、移植前の腸内細菌叢と移植後の腸内細菌叢が同じ腸内細菌型に属するかどうかに基づいて、患者を移植-レシピエント一致群と非一致群に分けた。注目すべきは、ギルド1とギルド2の存在量がFMT後に有意に変化したのは、移植・レシピエント一致群のみであったことである(図7D)。具体的には、適合群ではギルド1は28日目に有意に増加し、84日目まで高いレベルを維持し、これは非適合群よりも有意に高かった。ギルド2は3日目に有意に減少し、84日目まで低いレベルにとどまった。さらに、適合群では84日目のTCSSスコアが有意に低く、非適合群に比べ0日から84日まで低下傾向が大きかった(図7E)。これらの結果は、FMTにおいて移植者とレシピエントの腸型を一致させることで、患者の腸内細菌叢によりよい変化が導入され、DSPNのよりよい改善が誘導される可能性を示唆している。
図7FMT移植者とレシピエント間の腸型一致がDSPNのより良い改善につながる
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考察
我々の研究結果は、腸内細菌叢の異常が末梢神経障害発症の一因であることを示している。しかし、FMTによって腸内細菌叢の組成と機能を調節することにより、DSPN患者の神経障害症状を緩和し、神経機能を改善することができる。
本研究は、FMTを実施することによる腸内細菌叢とDSPNとの因果関係の証拠を提供するものである。腸神経系および中枢神経系に関連する神経疾患における腸内細菌叢の役割は、これまでの研究でも報告されている、
50
,
51
,
52
腸内細菌叢と末梢神経疾患との関係は、まだ乏しい。われわれは、DSPN患者では、潜在的に有益な細菌が減少し、潜在的に病原性のある細菌が増加するという特徴的な腸内細菌叢組成を示すことを発見した。DMではなくDSPN患者の腸内細菌叢を、抗生物質カクテル治療を施したdb/dbマウスに移植すると、より重篤な腸管バリア機能障害、より高い抗原負荷、および全身性炎症が生じ、その結果、末梢神経障害が悪化した。DM群では、病原性細菌の増加を伴わずに有益な細菌が減少したことから、DSPNの進行は、保護細菌の損失よりもむしろ病原性細菌の増加によって引き起こされることが示唆された。さらに、われわれのRCT FMT試験では、健康なドナーから移植された腸内細菌叢が、DSPN患者の神経機能と神経障害症状を改善する唯一の引き金であることが示され、この疾患における腸内細菌叢の因果的役割が示された。
53
DSPNにおける腸内細菌叢の保護効果を媒介する可能性のある重要な細菌を同定するために、われわれはゲノム中心的かつギルドベースのアプローチを採用した。
45
,
54
を採用して、FMT前後のマイクロバイオームデータを解析した。このアプローチでは、メタゲノミックデータセットから高品質のゲノムをde novoでアセンブルすることで、種やそれ以上の分類群よりもはるかに高い解像度でマイクロバイオームデータを解析することができた。
55
その結果、主要評価項目であるTCSSスコアと有意に相関するゲノムを含む生態学的ネットワークが構築された。解析の結果、これらのゲノムは、潜在的に有益なギルド1と潜在的に有害なギルド2の2つの競合するギルドに組織化されていることが明らかになった。ギルド1はギルド2に比べ、酪酸産生の遺伝的能力が高く、エンドトキシンの合成経路の遺伝子が少なかった。この2つのギルドが競合するシーソーのようなネットワーク構造は、様々な慢性疾患に関連するマイクロバイオームの中核的特徴として同定されている。
54
FMT後、DSPNの緩和と一致して、ギルド2の減少とともにギルド1の存在量の増加が観察された。注目すべきは、FMT移植者とレシピエントの腸型が一致した場合、DSPNの改善度が高いことであり、ギルド1の増加が大きく、ギルド2の減少が大きかった。この知見は、FMTの成功における2つの競合するギルドの仲介的役割と、FMTの治療効果を改善する上でドナーとレシピエントの腸内細菌叢の類似性が重要であることを強調している。
56
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57
,
58
われわれの研究は、DSPNの緩和におけるFMTの有効性の根底にある潜在的な機序について、貴重な洞察を与えるものである。DSPNは多因子疾患であり、糖尿病に伴う代謝の不均衡が引き金となり、さまざまな事象が複雑に絡み合って生じる。
28
DSPNに対する従来の治療法は血糖コントロールの改善と生活習慣の改善に重点を置いているが、本研究では、FMTの有益な効果は血糖反応の改善のみによって媒介されるものではない可能性を示唆している。さらに、われわれの知見は、FMTの有益な効果は、胆汁酸や神経伝達物質のような神経系障害と関連することが知られている特定の代謝産物の変化には影響されない可能性があることを示している。
26
,
59
エンドトキシンの産生が減少し、競合する2つのギルドからの酪酸産生能が増加したことが、DSPNに対するFMT後の腸内細菌叢の有益な効果を説明する可能性がある。腸内細菌叢によるエンドトキシン産生の減少は、抗原負荷と炎症を減少させる可能性がある。
60
腸内細菌叢は、大腸細胞に必須エネルギー源を供給したり、転写因子である低酸素誘導因子-1(HIF-1)を活性化して腸管上皮細胞のタイトジャンクションの構成因子の発現を増加させたり、粘液産生を刺激したりするなど、さまざまな細胞内プロセスを通じて、上皮内膜と腸管バリアの完全性を維持する上で重要な役割を果たしている。
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腸管バリア機能の改善は、腸から循環系へのエンドトキシンの移行をさらに減少させる可能性がある。
60
これらの機能の中で、SCFAは重要な役割を果たしている。FMT後に糞便中のSCFA、特に酪酸が有意に増加しなかったのは、産生と吸収の増加のバランスの結果である可能性がある。SCFA吸収の測定は、今後の研究において興味深い。
T1DMとT2DMの両方におけるDSPNの病理学的過程では、全身性の炎症が重要な役割を果たしている可能性がある。炎症性サイトカインは既存の炎症や免疫反応を亢進させるだけでなく、細胞の酸化的/ニトロソ化ストレスを増大させ、DSPNの実験モデルにおいて神経細胞障害をさらに促進する。
62
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63
PNSにおける炎症については調査していないが、我々の研究では、FMT後のDSPN患者におけるLBP、TNF-α、IL-6の有意な減少によって証明されるように、全身性炎症の有意な緩和が明らかになった。
DSPNの病態における腸内細菌叢の役割についてさらなる研究が進めば、この疾患の根底にある新たなメカニズムに光が当てられ、DSPN患者におけるこの一般的で悪質なアンメット・メディカル・ニーズに対する効果的な臨床療法を開発するための新たなターゲットが得られるかもしれない。本研究は、腸内細菌叢とPNS疾患との因果関係を明らかにすることにより、DSPN患者の治療選択肢としてのFMTの可能性を強調するものである。DSPNに対するFMTの有益な効果に関連する、腸内細菌叢からの酪酸産生能の増加とエンドトキシン産生の減少は、この疾患の根底にある分子メカニズムに対する貴重な洞察を提供する。
さらに、本研究は、FMTの治療効果を向上させる上で、ドナーとレシピエントの腸内細菌叢の類似性が重要であることを示している。個々の患者固有の腸内細菌叢組成を考慮した個別化マイクロバイオームベースの治療法の開発は、DSPN患者の治療成績を改善する上で有望であると考えられる。DSPNにおける腸内細菌叢の役割に関する今後の研究は、この衰弱性疾患に対するより的を絞った効果的な治療法の開発に道を開くかもしれない。
研究の限界
本研究には3つの限界がある。第一に、臨床試験のサンプルサイズが比較的小さかったことである。所見を検証し拡大するにはより大規模な試験が必要であるが、この結果は大規模コホート研究の予備データとして報告する価値がある。さらに、動物実験では雄のdb/dbマウスのみが使用され、性別が実験結果に影響を及ぼすかどうかは不明である。さらに、全身性の炎症は多くの複雑な代謝・免疫過程や病態に関与しており、DSPNに特異的なものではない。したがって、DSPNの発症における腸内細菌叢の役割の根底にある分子メカニズムはまだ完全には解明されておらず、さらなる研究が必要である。
STAR★方法
主要リソース表
REAGENT or RESOURCEIDENTIFIRAntibodiesHuman ZO-1 Rabbit Polyclonal antibodyProteintechCat# 21773-1-AP; RRID: AB_10733242Human Anti-Claudin-1 antibodyAbcamCat# ab211737Human Anti-Claudin 4 antibodyAbcamCat# ab53156; RRID: AB_869176Goat anti-rabbit cyanine 3 (Cy3) (red)Boster Biological TechnologyCat# BA1032; RRID: AB_10890054Mouse Anti-ZO-1 antibodyServicebioCat# GB111981; RRID: AB_2938978Mouse Anti-Claudin-1 antibodyServicebioCat#GB11032Mouse Anti-Claudin 4 antibodyProteintechCat# 16195-1-AP; RRID: AB_2082969Mouse Anti-NF200 antibodyProteintechCat# 18934-1-AP; RRID: AB_10640801Mouse Anti-MBP antibodyAbcamCat# ab218011; RRID: AB_2895537Mouse Anti-BDNF antibodyAbcamCat# ab108319; RRID: AB_10862052Goat Anti-Rabbit IgGServicebioCat# GB23303; RRID: AB_2811189Critical commercial assaysFITCSigma-Aldrich60842-46-8Human TNF-α Immunoassay ELISA kitR&D Systems MinneapolisHSTA00EHuman IL-6 ELISA KitShanghai Jianglai Industrial Limited by ShareJL14113Human LBP ELISA kitHycult BiotecHK315Mouse LBP ELISA KitElabscienceE- EL-M2686cMouse IL-6 ELISA KitElabscienceE-EL-M0044cMouse TNF-α ELISA KitElabscienceE-EL-M3063PowerFecal DNA KitQIAamp12830-50寄託データNCBIhttps: //を参照してください。 ncbi.nlm.nih.gov/sraSRP379656, SRP278004, SRP272175ENAhttps://www.ebi.ac.uk/ena/browser/homePRJEB53551Data S1This paperN/ASoftware and algorithmsR project (version 3.5.3)https://cran.r-project.org/N/Ablockrand (version1.5) in R projecthttps://cran.r-project.org/mirrors.htmlN/AMASS (version 7.3-51.4) in R projecthttps://cran.r-project.org/mirrors.htmlN/Aade4 (version 1. 7-15) in R projecthttps://cran.r-project.org/mirrors.htmlN/Apheatmap (version 1.0.12) in R projecthttps://cran.r-project.org/mirrors.htmlN/AQIIME 2 version 2019.10https://qiime2.orgN/ACoverM v0.6.1https://github.com/wwood/CoverMN/AResistant gene identifier 5.2.1https://card.mcmaster.ca/analyze/rgiN/APrism version 9.5.1GraphPadhttps://www.graphpad.com/
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リソースの有無
リードコンタクト
リソースおよび試薬に関する詳細情報およびリクエストは、リードコンタクトであるHuijuan Yuan (hjyuan@zzu.edu.cn)までお願いします。
材料の入手可能性
本試験では、新規のユニークな試薬は得られていない。
実験モデルおよび研究参加者の詳細
臨床試験
本研究は河南省人民病院の医療倫理委員会の承認を得ており、すべての参加者から書面によるインフォームド・コンセントを得た。
DMおよび/またはDSPNの有無による腸内細菌叢の比較
まず、DSPN患者27人を募集した(表S1)。患者は、(1)T1DMまたはT2DMでDSPNを有する場合に募集した。DSPNの診断は、2017年米国糖尿病学会が推奨する基準に従った。
5
この基準によると、患者は(i)少なくとも1つの異常症状(局所または遠位のしびれ、痛み、形成、およびしびれを含む)および徴候(ピンピック感覚、温度感覚、振動知覚、固有感覚、10gモノフィラメント、および足関節反射を含む)を有し、TCSSスコア>5またはVASスコア≧4であった; (2)末梢神経障害の原因となる他の疾患を除外していること、(2)18〜70歳、(3)糖化ヘモグロビン(HbA1c)が11%未満、(4)少なくとも3ヵ月間(84日間)、従来の治療に対する反応が不良であること。従来の治療には、生活習慣の改善、グルコースコントロール、薬物介入が含まれ、従来の治療に対する反応が不良とは、治療前と比較してTCSSスコアが3点未満、またはVASスコアが25%未満低下したことを意味する。
(1)登録前3ヵ月以内に3日を超える抗生物質の連続使用歴がある患者、(2)臨床的に重要または不安定な精神疾患やてんかんを有する患者は除外した; (3)変形性関節症、頸椎腰椎疾患、結合組織疾患、末梢血管疾患、腫瘍性末梢神経障害、帯状疱疹感染、甲状腺機能異常、重度の栄養失調など、神経障害の他の原因がある。 (4)胃切除、噴門形成、人工肛門、その他の消化器系手術を受けたことがある; (5)嘔吐が続いている、または消化管閉塞が疑われる、(6)イソニアジドやフラゾリドンなど末梢神経障害を引き起こす可能性のある薬剤を服用したことがある、(7)重度の心血管疾患や脳血管疾患、または肝臓、腎臓、造血器系の疾患がある; (8)アルコール依存症(1週間に5回以上の飲酒、蒸留酒100g以上、紹興酒250g以上、ビール5本以上の飲酒)、(9)妊娠中、(10)身体障害やセルフケアに障害がある、またはその他の理由で明確に思い出して質問に答えることができない、(11)このプロジェクトに参加する時間がない。参加者全員から書面によるインフォームド・コンセントを得た。糞便は採取され、-80℃で保存された。
Xinru Dengらによって発表された、DM患者を対象とした以前の臨床試験から、
22
我々は、年齢と性別をマッチさせたDSPNのない患者(DSPNの症状がなく、TCSSスコアが5以下、n=30)を30人選び、そのベースラインデータ(薬物治療前)を使用した。グルコース値が正常であった患者(n=29)のデータは、Yuanyuan Fangら(21)が以前に発表したコホート研究から得たものである。
21
(表S1)。
ランダム化比較試験
この無作為化二重盲検プラセボ対照パイロット臨床試験は、中国臨床試験登録(ChiCTR1800017257)に登録され、2018年8月から2022年2月まで実施された。参加者全員から書面によるインフォームドコンセントを得た。
サンプルサイズの推定
DSPNを治療するFMTの臨床試験は過去に実施されていないため、サンプルサイズの算出は行われなかった。概念実証試験には39人の被験者が登録され、うち2人がランイン期間中に脱落し、FMT群22人、プラセボ群10人がこのRCT試験を完了した(図S4;表S3)。
このRCT試験で観察されたTCSSスコアの変化の大きさ(FMT群3.09、プラセボ群0.6)と標準偏差(FMT群2.4、プラセボ群2.4)によると、検出力計算では36人(FMT:プラセボ=2:1)の参加でα=0.05、1-β=0.8となり、脱落率10%と合わせて約40人の被験者が参加すると推定された。そして、我々のRCT研究のサンプルサイズは、この計算値と同様であった。
研究対象
上記の説明と同じ包含・除外基準でDSPN患者を募集した。また、CONSORT図を図S4に示した。
主要アウトカムと副次アウトカム
主要評価項目は、84D時点のTCSS(Toronto Clinical Scoring)スコアのベースラインからの変化であり、副次的評価項目は、VAS(Visual Analogue Scale)スコア、HAMA(Hamilton Anxiety Scale)スコアの変化であった、 ハミルトンうつ病評価尺度(HAMD)スコア、ピッツバーグ睡眠の質指標(PSQI)、世界保健機関(WHO)のQOL簡易表(WHOQOL-BREF)スコア、神経伝導速度(NCV)、電流知覚閾値(CPT)のベースライン時と84D時の変化である。それぞれの詳細な説明は、方法の詳細に記載されている。すべての有害事象はCommon Terminology Criteria for Adverse Events(CTCAE)に従って記録され、記載された。メカニズムの指標は、腸内細菌叢の構造と機能、炎症性サイトカイン、腸管バリアの完全性とした。
臨床試験ランインと無作為化
14日間のランイン期間中、インスリンを除くすべての抗糖尿病薬は休薬し、DSPNに対する従来の治療はすべて中止し、腸内細菌叢への潜在的な交絡作用を避けるため、FMT前に長期使用していた他の非糖尿病薬は変更しなかった。同時に、すべての患者は中国語の糖尿病食事ガイドライン(2017年)に従って食事指導を受けた。ベースライン時に、すべての参加者の特徴を総合的に評価し、化学的および生物学的分析のために末梢血を採取し、腸内細菌叢分析のために便サンプルを採取した。14日間のランインが成功裏に終了した時点で、参加者は介入群と対照群に2:1の割合で無作為に割り付けられ、84日間追跡された。
無作為化コードは、コンピュータで作成したランダムシーケンス(blockrand(バージョン1.5)パッケージによるランダムシーケンス作成は、R projectを用いて行った)によって決定した。二重盲検化のため、無作為化とプラセボは、登録と移植のプロセスに参加しない非営利の中国fmtBankのオペレーターが行った。すべての医師とオペレーターは盲検化され、盲検解除は患者が最後の診察(84日)を終えた後に、非営利団体China fmtBankによって行われた。
ドナーの選択と移植の準備
ドナーは非営利団体China fmtBankによって選択され、スクリーニングされた。FMTドナーの審査基準には、年齢、生理、病理、心理、真実性、時間、生活環境、レシピエントの8項目が含まれた。ドナーの年齢は18~24歳で、すべてのドナーの体の成長、肥満度、睡眠の質、日常生活習慣、食事、運動、規則正しい排便習慣などの生理的状態を評価した。詳細なプロトコールは以前の論文で報告されている。
64
,
65
本研究で用いられたFMTの方法は、最近洗浄微生物叢移植(WMT)と呼ばれるようになった、
64
であり、南京医科大学のバイオセーフティレベル3の実験室で自動化機器(GenFMTer、FMT Medical、南京、中国)を用いて実施された。ドナーと実験室のプロセスに関する情報は、China Microbiota Transplantation System(CMTS)によって記録された。我々は、排便から微生物叢懸濁液の-80℃フリーザーへの保存までのすべての工程を1時間以内に行うことを要求する1時間プロトコルを使用した。濃縮された微生物叢は、最近の報告で報告された洗浄調製プロトコルに従って収集された
64
およびパネル・コンセンサス・レポート
66
プラセボは、冷凍微生物叢と外観、形態、色、大きさが同じで、生理食塩水に食品グレードの着色料であるカボチャ粉末と紫イモ粉末を加えたものであった(1日あたりの総投与量は13.2g)。
FMTの送達と追跡調査
洗浄した微生物叢の送達に用いた方法は、以前の報告に記載されている。
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簡単に説明すると、患者はルーチンの胃カメラおよび大腸内視鏡検査に使用される方法に従って準備された。患者は、麻酔下で外径2.7mmのチューブを挿入するために、腸中隔経内視鏡的経腸経管(TET)を受けた。
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全例に大腸内視鏡検査を行い、複雑な腸疾患を除外し、FMT群(n=6)およびプラセボ群(n=5)ともに下行結腸とS状結腸の接合部で6個の粘膜生検を行った。組織はさらに免疫蛍光検査を行うために液体窒素で保存した。China fmtBankの凍結糞便微生物叢またはプラセボをウォーターバスで37℃まで解凍した。1日あたりの総投与量として5×1013個の細菌を含む合計150mLの再加温懸濁液を、腸中隔チューブを介して腸内に投与した。2日間に計2回投与した。患者は、オペレーターによる注入について盲検化された。患者は移植後30分間座位を保ち、2時間は絶食状態を維持した。2日目には、同じロットの微生物群が中腸TETチューブから注入された。
すべての患者は、FMT後3日目(3D)、28日目(28D)、56日目(56D)、84日目(84D)に予定された経過観察で評価された。抗生物質、プロバイオティクス、ヨーグルトは、追跡調査期間中は摂取できなかった。各訪問時に、患者はTCSS、VAS、HAMA、HAMD、PSQI、WHOQOL基準の検査を受け、同時に食事指導を受けたが、これらはすべて経験豊富で一定の治験責任医師1名によって実施された。末梢血を採取し、血清は-80℃で保存した。便サンプルは採取され、-80℃で保存された。さらに、NCVとCPTのレベルもベースライン時(0D)とエンドポイント時(84D)に評価された。最も注目すべきは、最終時点(84D)において、上記のすべての操作手順が盲検化解除前に行われたことである。Common Terminology CTCAEに従って記述されたすべての有害事象は、長期モニタリングのためにCMTSに提出された。グレードは有害事象の重症度を示す。CTCAEはガイドラインに基づき、有害事象の重症度を臨床的説明とともにグレード1~5で表示する(表S4)。
RCT試験終了後
RCT試験終了後、上記RCTのプラセボ群全例に健常人ドナーの糞便微生物叢を移植し、RCT試験と同様のプロトコールに従い、治療、経過観察、臨床パラメータ検査、検体採取を行った。
db/dbマウスを用いた動物実験
正常グルコースレベルの被験者、DSPNではないがDM患者およびDSPN患者からの移植片の調製
嫌気操作室(80%N2:10%CO2:10%H2、Don Whitley Scientific、UK)において、正常グルコースレベルの被験者(n=5)、DSPNではないがDM患者(n=5)またはDSPN患者(n=5)からの等量の凍結糞便を解凍し、37℃で混合した。各混合糞便材料(1g)を50mLの滅菌リンゲル作業緩衝液(塩化ナトリウム9g/L、塩化カリウム0.4g/L、塩化カルシウム脱水物0.25g/L、L-システイン塩酸塩0.05%(W/V))で希釈した。希釈した糞便をボルテックスで5分間懸濁し、重力で5分間沈降させた。清澄化した上清を清潔なチューブに移し、同量の20%(W/V)スキムミルクを加えた。移植実験当日に新鮮なものを調製し、残りは接種まで-80℃で保存した。
動物実験
本研究の動物実験手順は、鄭州大学動物実験センター委員会(ZZU-LAC20211015[10])の承認を得ており、委員会のガイドラインに従って実施した。SPF雄性BKS-DB(Lepr)(db/db)マウスをGempharmatech社から購入し(証明書番号SCXK(Su)2018-0008)、鄭州大学実験動物センターでSPF条件下で飼育した。マウスには滅菌した普通飼料(3.9kcal/g; HUANYU BIO, GB 14924.3-2010)を与え、22±2℃、湿度50%±10%、12時間の明暗期サイクル(午前7時点灯)の部屋で維持した。1週間の馴化期間後、すべてのdb/dbマウスにバンコマイシン(0.5 g/L)、硫酸ネオマイシン(1 g/L)、アンピシリン(1 g/L)およびメトロニダゾール(1 g/L)を飲料水中で投与した。
この研究では2つの独立した動物実験を行った。最初の実験では、10週齢のマウスを3群に無作為に割り付け、抗生物質カクテルを2週間投与した: (i)M-NG群(n=13):正常グルコースレベルの被験者からの移植を接種したdb/dbマウス、(ii)M-DM群(n=13):DSPNではないがDM患者からの移植を接種したdb/dbマウス、(iii)M-DSPN群(n=13):DSPN患者からの移植を接種したdb/dbマウス。その後、最初の3日間は1日1回経口摂取を行い、その後3日に1回経口摂取を強化した。マウスの健康状態は、技術者が毎週体重、食餌、水分摂取量を観察することでモニターした。3週間後(13週齢)に糞便を採取し、機械的感受性、熱感受性、運動神経伝導速度などの神経障害指標を測定した。腸管透過性はFITC(フルオレセインイソチオシアネート)-デキストランフラックス法で評価した。行動試験およびFITC試験中に、M-NG群およびM-DM群の2匹のマウスがそれぞれ死亡したため、関連データは解析から除外した。その後、マウスを安楽死させ、血液サンプルとクローン、後根神経節、坐骨神経の組織サンプルを採取し、-80℃で保存した。
2つ目の独立した実験では、13週齢のマウスを、抗生物質カクテルで2週間処置した後、無作為に2群に割り付けた:(i)M-NG群(n=6)、正常グルコースレベルの被験者からの移植を接種したdb/dbマウス、(ii)M-DSPN群(n=6)、DSPN患者からの移植を接種したdb/dbマウス。両実験とも同じプロトコールに従った。
方法の詳細
質問票
トロント臨床スコアリングシステム(TCSS)
DSPNの重症度はTCSSで評価した、
29
TCSSは、症状、反射、感覚検査のスコアを含む。症状スコアには、下肢の痛み、しびれ、しびれ、脱力、上肢の運動失調と症状が含まれる。深部腱反射には膝反射と足関節反射が含まれる。感覚検査では、第一趾のピンポイント感覚、温度感覚、軽い触覚、振動、位置が検査された。TCSSの検査は、経験豊富で一定の治験責任医師1名によって行われた。
症状スコア:0点は症状がないことを表し、1点は症状があることを表す。反射の得点:2点が消失、1点が減少、0点が正常。感覚検査スコア:1点が異常、0点が正常。総合得点が高いほど症状が重い。
視覚的アナログスケール(VAS)
患者の神経障害性疼痛の重症度をVASで評価した。
30
10cmの水平線が紙に引かれ、水平線の一端は痛みがないことを示す0であり、もう一端は激しい痛みを示す10である。患者には、どのような痛みであっても、自分の感じ方に従って線上に印を付けてもらった。1〜3点は軽度の痛み、4〜10点は中等度/重度の痛みを示す。
ハミルトン不安尺度(HAMA)
不安は、ハミルトン不安尺度(HAMA
32
). HAMAには14の項目があり、各項目は0(存在しない)から4(重度)までスコア化され、スコアが高いほど重度の不安を反映する。
ハミルトンうつ病評価尺度(HAMD)
うつ病は、ハミルトンうつ病評価尺度(HAMD
32
). これは17の項目からなり、各項目は0(存在しない)から7(重度)までのスコアで評価され、合計スコアが高いほど重度のうつ病であることを示す。
ピッツバーグ睡眠質指標(PSQI)
睡眠の質はPSQIで評価した、
33
PSQIは主に19の自己評価式の質問から構成され、睡眠時間や睡眠潜時の推定値、睡眠に関連する特定の問題の頻度や重症度など、睡眠の質に関連する様々な因子を評価する。これらの19の項目は7つの要素得点に分類され、それぞれ0~3の尺度で均等に重み付けされる。そして、7つの要素得点を合計してPSQIグローバルスコアとし、その範囲は0~21で、得点が高いほど睡眠の質が悪いことを示す。
世界保健機関のQOL(WHOQOL-BREF)の簡単な表
QOLはWHOQOL-BREFによって評価された、
34
,
69
WHOQOL-BREFは26の項目からなり、WHOQOL-100の24のファセットごとに最適な項目が1つずつ選ばれている。24のファセットまたは項目はさらに、身体的能力(7項目)、心理的幸福(6項目)、社会的関係(3項目)、環境(8項目)の4つの領域に分類されている。各項目は1から5までの尺度を用い、得点が高いほど生活の質が高いことを示す。領域得点は、各領域に含まれるすべてのファセット得点の平均値に4の係数を乗じて算出され、各領域の潜在得点は4~20の間で変動する(例えば、社会的関係の得点=((Q20+Q21+Q22)/3)。∗ 4).
神経生理学的検査
CPT検査
CPTの検査にはNeurometerRCPT検出器(Neurotron社、米国ボルチモア)を使用し、経験豊富で一定の治験責任医師1名が装置の標準プロトコールに従って操作した。患者は座位をとり、検査部位を完全に露出させ、室温は24±1度に保たれた。検査部位は、両手背の人差し指遠位指と両足背の外反母趾遠位指の4箇所である。テストポイントは2000Hz、250Hz、5Hzの正弦波電流で刺激された。メーカーによると、基準範囲以下または基準範囲以上の結果をそれぞれ知覚過敏または知覚低下と定義した。
神経伝導速度
臨床研究では、筋電図(MEB-9400C、日本光電工業株式会社、東京、日本)を用いてMNCVとSNCVを評価し、経験豊富で一定の治験責任医師1名が装置の標準プロトコールに従って操作した。患者は仰臥位をとり、検査部位を完全に露出させ、表面電極を用いて神経を刺激した。患者の四肢の体温は32度に保たれ、室温は28~30度に保たれた。
マウスの試験では、神経伝導速度(NCV)を以下のように測定した。
70
に記載されている方法で測定した。電極はマウスの股間節と坐骨ノッチに設置した。ニコレットEDX筋電計を用い、電気刺激中の筋電図を同時に記録し、運動神経伝導速度(MNCV)を算出した。
機械的および熱的感受性
マウス試験では、機械的アロディニアは較正済みVon Freyフィラメント(Stoelting社製)を用いて評価し、温熱痛覚過敏は公表されている方法に従って温熱刺激計(YLS-6B)を用いて評価した。
23
免疫蛍光および免疫組織化学
患者の大腸におけるタイトジャンクションタンパク質の免疫蛍光分析
患者の大腸組織から凍結ミクロトーム(Cryotome E, Thermo, MA, USA)を用いて凍結切片(厚さ4μm)を作製した。スライドを希釈ヤギ血清でブロックし、ZO-1(1:100)、クローディン-1(1:100)、クローディン-4(1:100)に対する一次抗体と4℃で一晩インキュベートした。PBSTで洗浄後、切片をヤギ抗ウサギシアニン3(Cy3)(赤色)二次抗体(Boster Biological Technology, CA, USA)とインキュベートした。核は4-6-diamidino-2-phenylindole-2 HCl (DAPI, Beyotime, Jiangsu, China)で可視化した。染色したスライドを走査型共焦点顕微鏡(BX53、オリンパス、東京、日本)でスキャンした。
各免疫蛍光マーカーについて、5mmの切片1枚を評価した。関心領域(ROI)は、1サンプルにつき1マーカーにつき5mmの切片から3つずつ手動で選択した。各ROIの大きさは0.5×0.5mm2であり、各時点についてプロットした各マーカーの密度は、mm2あたりの3つのROIの平均を表している。免疫浸潤密度は、Image-Pro Plus 6.2(Media Cybernetics, Rockville, MD, USA)を用いてデジタルで定量した。
マウス試験における免疫組織化学分析
表皮内神経線維密度測定
マウスの足底皮膚を直径2mmの皮膚生検器具で水平に穿孔した。表皮と真皮を含む足底皮膚を眼科用はさみで切り取り、4%パラホルムアルデヒドで直接固定した。表皮内神経線維密度(IENFD)は、盲検下でPGP9.5抗体染色を用いて測定した。切片をエオシン(Sigma-Aldrich Eosin Y solution HT110316)で拘束し、真皮表皮接合部での線維交差を描出した。IENFDは、真皮-表皮接合部における神経線維の完全なベースライン交差の数によって(線維/mmとして)計算された。
71
後根神経節と坐骨神経
後根神経節、坐骨神経組織および大腸組織サンプルのパラフィン包埋切片をキシレン で脱パラフィンし、濃度の異なるアルコール溶液で脱水した後、クエン酸緩衝液または EDTA 緩衝液で処理して抗原検索を行った。3 % H2O2 を用いて内因性ペルオキシダーゼを 15 分間ブロックした後、希釈ヤギ血清で非特異的染色を 30 分間減少させた。後根神経節および坐骨神経組織については、切片を抗NF200(1:300)、抗MBP(1:1000)および抗BDNF(1:500)一次抗体とともに4℃で一晩インキュベートした。
大腸のタイトジャンクションタンパク質
大腸組織サンプル切片を抗claudin-1 (1:600)、抗claudin-4 (1:200)、抗ZO-1 (1:300)一次抗体と4℃で一晩インキュベートした。インキュベーションとその後の洗浄後、一次抗体に対応する二次抗体をサンプルに加え、室温で50分間インキュベートした。PBSで3回洗浄後、スライスをジアミノベンジジン(DAB)で染色した。顕微鏡を用いて画像を得、Image-Pro Plus 6.2によりDAB陽性染色領域を算出した。
デキストラン-FITC透過性アッセイ
蛍光デキストラン-FITC(FD4-250MG、Sigma-Aldrich、Saint Louis、USA)を125 mg/mLの濃度で滅菌PBSに溶解して調製した。6時間絶食後、マウスにFD4(0.5 mg/g体重)を2分間隔で経口投与した。4時間後、採血のためにマウスを尾クリップで切断し、EDTA抗凝固剤を含む採血静脈に直接採血し、100μLの血液を採取した。血液サンプルを2500×g、4℃で15分間遠心分離し、血漿サンプルとPBSを1:3の割合で(すなわち、各ウェルに血漿25μLとPBS75μLを添加)マイクロプレートに添加し、混合した。その後、血漿の蛍光強度を蛍光分光光度計により485/535nmで評価した。FD4濃度は、FD4をPBSで連続希釈して作成した標準曲線を用いて決定した。
血清ELISA
臨床研究では、LBP(HK315、Hycult Biotech、UDEN、オランダ)、TNF-α(HSTA00E、QuantikineHS、R&D Systems、Minneapolis、MN、米国)およびIL-6(JL14113、Shanghai Jianglai Industrial Limited by Share、shanghai、中国)の血清中濃度を測定するために市販のELISAキットを使用した。LBP、TNF-α、IL-6の最小検出濃度は、それぞれ4.4 ng/mL、0.011 pg/mL、3.12 pg/mLであった。
マウス試験では、LBP(E-EL-M2686c、Elabscience、武漢、中国)、TNF-α(E-EL-M3063、Elabscience、武漢、中国)およびIL-6(E-EL-M0044c、Elabscience、武漢、中国)の血清中濃度を測定するために、市販のELISAキットを使用した。LBP、TNF-α、IL-6の最小検出濃度は、それぞれ3.13 ng/mL、7.81 pg/mL、31.25 pg/mLであった。
定量化と統計解析
臨床データの統計解析
統計解析はRプロジェクト(バージョン3.5.3)を用いて行った。数値は平均値±標準偏差、中央値と四分位範囲(IQR)、または数値で表した。シャピロ・ウィルク検定は、変数がガウス分布に従うかどうかを分析するために使用した。続いて、変数がガウス分布に従うと仮定した場合は、一元配置分散分析、スチューデントのt検定、一対のt検定などのパラメトリック検定が利用された。変数がガウス分布に従うと推定されない場合は、Kruskal-Wallis検定、Mann-Whitney U検定、Wilcoxon matched-pair signed-rank検定、Friedman検定などのノンパラメトリック検定を適用した。横断的研究では、NG群、DM群、DSPN群間の臨床パラメータの差を検出するために、One-way ANOVAにTukeyのpost-hocを加えたもの、Kruskal-Wallis検定にDunnのpost-hocを加えたもの、Pearsonのカイ二乗検定を用いた。DM群とDSPN群間の差の検出にはMann-Whitney U検定を用いた。RCT試験では、0Dまたは84DにおけるFMT群とプラセボ群間の差の検出には、Mann-Whitney U検定またはStudentのt検定(両側検定)を用い、各群内の各一対比較の解析には、Paired t検定(両側検定)またはWilcoxon matched-pair signed-rank検定を用いた。RCT後の研究では、3つの時点間の差異を分析するために、Friedman検定とDunnのpost hocを用いた。動物試験では、一元配置分散分析(One-Way ANOVA)検定とTukeyのポストホックを用いて3群間の差を比較した。独立反復動物試験では、Studentのt検定(両側検定)を用いて2群間の差を比較した。すべての統計計算は、MASS(バージョン7.3-51.4)パッケージ、ade4(バージョン1.7-15)パッケージ、またはPrism(バージョン9.5.1)を用いて行った。
腸内細菌叢解析
DNA抽出
QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit(QIAGEN, USA, 51804)を用いてヒトおよびマウスの糞便からゲノムDNAを抽出した。
16S rRNA遺伝子V3-V4領域の塩基配列決定
プライマーForward [5′-CCTACGGGNGGCWGCAG -3′]およびReverse [5′-GACTACHVGGTATCTAATCC -3′]を用いて、16S rRNA遺伝子のV3-V4領域をターゲットとするPCRを行った。
72
その後のアンプリコンシークエンシングをMiSeqプラットフォームで行い、300bpのペアエンドリードを生成した(Illumina、米国カリフォルニア州)。
リードはQIIME2バージョン2019.7を用いて解析した。
73
その後、QIIME2の "cutadapt "プラグインを用いて配列のアダプターを除去した。DADA2を用いて、アンプリコン配列バリアント(ASV)の存在量と代表配列を得た。
74
その後、QIIME2を用いて3つのバッチのASVをマージした。ASVの代表配列は、QIIME2のcore-metrics-phylogenetic pipelineを用いて系統樹を作成し、Silvaデータベース(リリース132)を用いて分類に割り当てた。
75
すべてのサンプルは、以下の解析の前に、23154リードの等しい深さにランダムにサブサンプリングされた。
QIIME2の多様性プラグイン(core-metrics-phylogenetic)を用いてα多様性解析と主座標解析(PCoA)を行った。Permutational multivariate analysis of variance test (PERMANOVA, 999 tests)はQIIME2 diversity plugin (beta-group-significance)を用いて行った。NG, DM, DSPNグループ間で異なる主要ASVは、LEfSe (Linear discriminant analysis Effect Size) (http://huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy/) を用いて同定した。主要なASVのヒートマップは、Rパッケージpheatmapを用いて可視化した。
ショットガンメタゲノムシークエンシング
GENEWIZ(中国、北京)でIllumina HiSeq 3000を用いてDNAの塩基配列を決定した。クラスター生成、鋳型のハイブリダイゼーション、等温増幅、直線化、およびシークエンスプライマーの変性とハイブリダイゼーションのブロッキングは、サービスプロバイダーが指定したワークフローに従って行った。
76
ライブラリーは約500bpのインサートサイズで構築し、その後、順方向および逆方向の150bpペアエンドリードを得るためにハイスループットシーケンスを行った。
トリマチック
77
は、1) アダプターのトリミング、2) 低品質塩基の除去、3) 長さ60 bp未満の短いリードの除去を行った。ヒトゲノム(Homo sapiens, UCSC hg19)にアライメント可能なリードは除去した(Bowtie2でアライメント)。
78
). 各サンプルで得られた高品質リードの数を表S6に示す。
各サンプルについてIDBA_UDを用いてde novoアセンブルを行った。
79
アセンブルされたコンティグは、さらにMetaBAT2を用いてビニングした。
80
を用いてビニングした。CheckM
81
を用いてビンの質を評価した。完全性95%以上、コンタミネーション5%未満、系統不均一性0.05未満のビンを高品質ドラフトゲノムとして保持した(表S7)。解析を改善するために、Samuelらによって構築されたHGGからもゲノムをダウンロードした。
37
これらの高品質ドラフトゲノムとHGGゲノムをdRep
82
を用いて複製を解除し、冗長性のないゲノムを得た(dRepクラスターに我々のデータセットからアセンブルされたドラフトゲノムが含まれる場合は、アセンブルされたゲノムの中で最も優れたゲノムをクラスターの代表ゲノムとして用いた)。ゲノムの存在量は、CoverM v0.6.1(https://github.com/wwood/CoverM)を使用し、パラメータ:-min-read-aligned-percent-percent 90 --min-read-percent-identity 99で計算した。ゲノムの分類学的割り当ては、GTDB-Tk
83
(を用いて行った(表S8)。
Prokka
84
は非冗長ゲノムのアノテーションに使用した。KofamKOALA
85
KOfamに対してHMMSEARCHを行い、各ゲノムの予測タンパク質配列にKEGGオルソログIDを割り当てた。脂質A生合成関連遺伝子はKEGGオントロジー(KO)IDに基づいて同定した。蟻酸-テトラヒドロ葉酸リガーゼ、プロピオニル-CoA:コハク酸-CoA転移酵素およびプロピオン酸CoA転移酵素のタンパク質配列は、NCBIデータベースからテキスト検索で入手した。4Hbt、AtoA、AtoD、BukおよびButのタンパク質配列は、前述のようにIMGデータベースから入手した。
86
各ゲノムの予測タンパク質配列は、BLASTPを用いてこれらの配列にアライメントした(E値<1e-5、同一性>80%、カバレッジ>70%のベストヒット)。抗生物質耐性遺伝子はResistance Gene IdentifierベースのCARDデータベースにより同定した。
87
また、aPCoAパッケージを用いて、Jaccard距離に基づいてゲノムの被験者調整PCoAプロットを行った。
88
ギルド内およびギルド間の比較には二元配置反復測定ANOVAとTukey's postを、異なる時点での移植者とレシピエントの比較には一元配置ANOVA検定とDunnett's post hocを用い、いずれもPrism(バージョン9.5.1)を用いて行った。MaAslin2
38
は、被験者をランダム効果とした線形混合効果モデルを用いて、TCSSスコアと関連するゲノムを検索するために使用された。本研究では、デフォルトの有意性カットオフ調整P値<0.25を用いた。反復測定相関は、TCSS相関ゲノム間の共存在相関を計算するために使用した。
89
ターゲットメタボローム解析
便中SCFAsアッセイ
ガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS)を用いて糞便中 SCFAs を検出した。詳細には、30 mg の糞便サンプルをそれぞれ 2 mL のガラス製遠心チューブに採取した。900μLの0.5%リン酸を試料に添加した。900μLの0.5%リン酸を加え、2分間懸濁、振とう、混合した。試料を14000gで10分間遠心し、各試料から800μLの上清を採取した。次に、各サンプルに同量の酢酸エチルを加えた。各サンプルを2分間振とう混合した後、14000 gで10分間遠心分離し、上清を600 μL採取した。内部標準として、最終濃度500μMの4-メチルバレレートを標準試料および糞便試料抽出液に添加した。試料はGCキャピラリーカラム(30 m×0.25 mm内径×0.25μm)(Agilent J&W DB-WAX、米国)で分離し、サンプルサイズは1μLとした。マススペクトル分析には、Agilent 7890A ガス質量分析計 (Agilent, US) を使用した。クロマトグラフィーのピーク面積とリテンションタイムは、MSD ChemStationソフトウェアで抽出した。
糞便中胆汁酸測定
便中胆汁酸は、超高速液体クロマトグラフィー質量分析計(UPLC-MS)を用いて検出した。詳細には、各サンプル30mgを秤量し、100μLの水とMPホモジネートを加えた。その後、500μLの予冷メタノール、10μLの200ng/mL混合内部標準物質を加え、ボルテックス60秒、低温で30分間2回ウルトラサウンディングした。全サンプルを-20℃でタンパク質沈殿させ、14000rcf、4℃で20分間遠心し、上清を凍結乾燥し、-80℃で保存した。検出には、ACQUITY UPLC BEH Amide 1.7μm, 2.1 mm×100 mmカラム(Waters, US)を装備したWaters ACQUITY UPLC I-Classシステム(Waters, US)を用いてサンプルを分離し、サンプルサイズは2μLとした。質量分析には、5500 QTRAP質量分析計(SCIEX、カリフォルニア州)をマイナスイオンモードで使用した。保持時間を標準胆汁酸で補正し、代謝物を同定した。
血清神経伝達物質アッセイ
血清神経伝達物質をUPLC-MSを用いて検出した。具体的には、各サンプル200μLを採取し、1%ギ酸を含むアセトニトリル溶液800μLをサンプルに添加した。30秒間ボルテックスした後、氷浴中で30分間ウルトラサウンディングし、-20℃で1時間インキュベートしてタンパク質を沈殿させた。サンプルを14000rcf、4℃で20分間遠心し、800ulの上清をとり、室温で真空乾燥し、-80℃で保存した。検出には、ACQUITY UPLC BEH Amide 1.7μm, 2.1 mm×100 mmカラム(Waters, US)を装着したAgilent 1290 Infinity LC超高速液体クロマトグラフィーシステム(Agilent, US)でサンプルを分離した。質量分析には、5500 QTRAP質量分析計(SCIEX、カリフォルニア州)をポジティブイオンモードで使用した。標準神経伝達物質を用いて保持時間を補正し、代謝物の同定を行った。
代謝物の統計解析
ヒト試料の代謝物については、GraphPad Prism 9を用いて0D試料と84D試料で検出された代謝物の差をMann-Whitney U検定で検定した。マウス試料の代謝物については、GraphPad Prism 9を用いて、M-NG群、M-DM群、M-DSPM群間の検出代謝物の差異を、Tukeyの多重比較による一元配置分散分析を用いて検定した。代謝物のヒートマップはRパッケージpheatmapで作成した。
データおよびコード

メタゲノム配列データは DDBJ (http://www.ddbj.nig.ac.jp) にアクセッション番号 DRA009982 で提出されている。アンプリコン配列データはNCBI SRA (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra)にアクセッション番号SRP379656, SRP278004, SRP272175で登録されている。本原稿で示した記述統計の作成に使用した生データは、Data S1に記載されている。

本論文はオリジナルコードを報告していない。

本論文で報告されたデータの再解析に必要な追加情報は、要請があれば主担当者から入手可能である。
謝辞
FMTおよびプラセボのデータソースを提供してくれたChina Microbiota Transplantation SystemのMiao Wang氏に感謝する。また、上海交通大学のPiクラスターを使用するための計算機設備賞をいただいたことに感謝する。本研究は、中国国家自然科学基金(81970705、82270865、81871091、31922003)の支援を受けた。
著者貢献
H.Y.、C.Z.、F.Z.、L.Z.が本研究を計画した。J.Y.、X.S.、J.S.、Y.F.、X.D.、S.T.が参加者の募集と監督を行い、すべての臨床処置を行った。F.H.、J.Y.、X.S.は動物実験を完遂した。F.Z.、P.L.、B.C.はFMTと関連プロトコルを提供した。W.W.、H.Z.、L.C.、X.W.、Y.L.がFMTの実施を完了した。X.Y.、Y.Z.、X.W.、Y.L.は糞便サンプルの調製、処理、配列決定を行った。R.Z.は16S rRNAシーケンスデータの解析を行った。G.W.とC.Z.はメタゲノム解析データを解析した。J.Y.、X.Y.、X.S.、X.W.、L.W.、Q.Y.はELISA操作の監督を行った。C.Z.、J.Y.、G.W.は統計解析を行い、図表を作成した。C.Z.、H.Y.、L.Z.、J.Y.、X.Y.、G.W.は原稿を作成した。著者全員が原稿を承認した。
利益申告
L.Z.はNotitia Biotechnologies Companyの共同設立者である。F.Z.は、GenFMTer、経内視鏡的経腸チューブおよびそれらに関連するデバイスのコンセプトを考案した。
補足情報
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資料S1. 図S1-S7および表S1-S4
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表S5. 図5に関連するRCTおよびRCT後のメタゲノム配列決定用サンプル
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表S6. 図5に関連する212サンプルの高品質メタゲノミックリード数
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表S7. 図5に関連する、全サンプル1,572個の微生物の高品質ドラフトゲノムのアセンブリ結果
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表S8. 図5に関連する1,999の非冗長ゲノム(菌株とみなす)の分類学的アノテーション情報
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表S9. TCSSスコアと相関のある54ゲノム(図6関連
ダウンロード .zip (2.4 MB)
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データS1. 図1-7およびS1-S7に関連する、原稿中の表示項目の基礎となる未処理データ。
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シュルツC.
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要旨
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グーグル奨学生
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グーグル奨学生
Deng X.
Zhang C.
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Shi X.
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エンパグリフロジンの心血管ベネフィットは、2型糖尿病における腸内細菌叢と血漿代謝物と関連している。
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スコープス (14)
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グーグル奨学生
ファン B.
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間葉系間質細胞由来エクソソームは、糖尿病モデルマウスにおける末梢神経障害を改善する。
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グーグル奨学生
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Liu Y.P.
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Exp. Cell Res. 2019; 383111502https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2019.111502
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グーグル奨学生
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グーグル奨学生
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糖尿病性多発神経炎と疼痛、有病率、患者の特徴:最近2型糖尿病と診断された患者5,514人の横断質問紙調査。
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グーグル奨学生
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グーグル奨学生
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スコープス (0)
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グーグル奨学生
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クマール N.
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メタゲノム解析のためのヒト腸内細菌ゲノムと培養コレクション。
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集団規模のメタオミクス研究における多変量関連発見。
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Bifidobacterium adolescentis CGMCC 15058はD-ガラクトサミン処理ラットにおいて肝障害を緩和し、腸管バリアを強化し、腸内細菌叢を改変する。
Appl. Microbiol. Biotechnol. 2019; 103: 375-393https://doi.org/10.1007/s00253-018-9454-y
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グーグル奨学生
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スコープス (89)
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クロス
グーグル奨学生
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Zhao N.
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Lam Y.Y.
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ヒトの健康と疾患における腸内細菌叢を理解するためのギルドベースの解析。
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グーグル奨学生
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食物繊維から宿主生理へ:主要な細菌代謝産物としての短鎖脂肪酸。
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概要
全文
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グーグル奨学生
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オコナー E.M.
キューザック S.
ハリス H.M.
コークリー M.
ラクシュミナラヤナン B.
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グーグル奨学生
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江口K.
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グーグル奨学生
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エネルギー代謝における酪酸:学ぶべきことはまだある。
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全文PDF
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要旨
全文
全文PDF
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要旨
全文
全文PDF
グーグル奨学生
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スコープス(125)
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要旨
全文
全文PDF
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Kim H.E.
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パク J.I.
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ヤン S.H.
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デ・ヴォス M.
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便微生物叢移植は、腹部膨満感を主訴とする過敏性腸症候群患者の一部において症状を軽減する:プラセボ対照無作為化試験の短期および長期結果。
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スコープス (76)
PubMed
概要
全文
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グーグル奨学生
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炎症性腸疾患における糞便微生物叢移植「スーパードナー」のエビデンスの再評価。
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全文PDF
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外傷性脳損傷者の評価におけるWHOQOL-brefの使用。
J. Neurotrauma. 2006; 23: 1609-1620https://doi.org/10.1089/neu.2006.23.1609
論文で見る
スコープス (53)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
ゴスJ.R.
ゴインズ・W.F.
ラコミス D.
マタ M.
グロリオーソJ.C.
フィンク D.J.
単純ヘルペスを介した神経成長因子の遺伝子導入は、マウスのストレプトゾトシン誘発糖尿病における末梢神経障害を予防する。
Diabetes. 2002; 51: 2227-2232https://doi.org/10.2337/diabetes.51.7.2227
論文で見る
スコープス (113)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
チャンドラセカラン K.
サリミアンM.
コンドゥル S.R.
Choi J.
クマール P.
ロング A.
クリモバ N.
ホー C.Y.
クリスティアン T.
ラッセル J.W.
神経細胞におけるサーチュイン1タンパク質の過剰発現は、実験的糖尿病性神経障害を予防・回復させる。
Brain. 2019; 142: 3737-3752https://doi.org/10.1093/brain/awz324
論文で見る
スコープス(32)
Crossref
グーグル奨学生
クリントワース A.
プルエッセE.
シュヴェールT.
ペプリーズJ.
クアスト C.
ホーン M.
Glöckner F.O.
一般的な16SリボソームRNA遺伝子PCRプライマーの古典的および次世代シーケンサーに基づく多様性研究のための評価。
Nucleic Acids Res. 2013; 41e1https://doi.org/10.1093/nar/gks808
論文で見る
日本農芸化学会誌(4744)
PubMed
クロスリファレンス
グーグル奨学生
ボリエン E.
ライドアウトJ.R.
ディロン M.R.
ボクリッチ N.A.
アブネットC.C.
アル・ガリス G.A.
アレクサンダー H.
アルム E.J.
アルムガム M.
アスニカーF.

QIIME 2を用いた再現性、対話性、拡張性のあるマイクロバイオームデータサイエンス。
Nat. Biotechnol. 2019; 37: 852-857https://doi.org/10.1038/s41587-019-0209-9
論文で見る
スコープス (7107)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
キャラハン B.J.
マクマーディ P.J.
ローゼン M.J.
ハン A.W.
ジョンソン A.J.
ホームズ S.P.
DADA2:イルミナアンプリコンデータからの高分解能サンプル推定。
Nat. Methods. 2016; 13: 581-583https://doi.org/10.1038/nmeth.3869
論文で見る
スコープス(11502)
PubMed
クロス
グーグル奨学生
クアスト C.
プルエッセE.
Yilmaz P.
ゲルケンJ.
シュヴェールT.
ヤルザ P.
ペプリーズ J.
Glöckner F.O.
SILVAリボソームRNA遺伝子データベースプロジェクト:改良されたデータ処理とウェブベースのツール。
Nucleic Acids Res. 2013; 41: D590-D596https://doi.org/10.1093/nar/gks1219
論文で見る
日本学術振興会特別研究員
PubMed
クロスリファレンス
グーグル奨学生
Liu F.
Li J.
Feng G.
Li Z.
セオネラ属(Theonella swinhoei)の共生細菌「エントテオネラ(Entotheonella)」に関する新たなゲノム的知見:混合栄養、嫌気的適応、回復力、相互作用。
Front. Microbiol. 2016; 71333https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01333
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スコパス (21)
クロス
グーグル奨学生
ボルジャー A.M.
ローゼM.
Usadel B.
Trimmomatic: イルミナ配列データ用の柔軟なトリマー。
Bioinformatics. 2014; 30: 2114-2120https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170
論文で見る
論文リスト
PubMed
クロスリファレンス
グーグル奨学生
ラングミードB.
サルツバーグ S.L.
Bowtie 2による高速ギャップドリードアライメント。
Nat. Methods. 2012; 9: 357-359https://doi.org/10.1038/nmeth.1923
論文で見る
論文リスト
PubMed
クロス
グーグル奨学生
Peng Y.
レオン H.C.
Yiu S.M.
Chin F.Y.
IDBA-UD:深度にばらつきのあるシングルセルおよびメタゲノムシーケンスデータのためのde novoアセンブラ。
Bioinformatics. 2012; 28: 1420-1428https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts174
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(1962年)
PubMed
クロスリファレンス
グーグル奨学生
カン D.D.
Li F.
カートンE.
トーマス A.
イーガン R.
アン H.
Wang Z.
MetaBAT 2:メタゲノム集合体から頑健かつ効率的にゲノムを再構成するための適応的ビニングアルゴリズム。
PeerJ. 2019; 7e7359https://doi.org/10.7717/peerj.7359
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スコープス(886)
Crossref
グーグル・スカラー
パークス D.H.
イメルフォートM.
スケナートンC.T.
ヒューゲンホルツ P.
タイソンG.W.
CheckM:分離株、単一細胞、メタゲノムから回収した微生物ゲノムの質を評価する。
Genome Res. 2015; 25: 1043-1055https://doi.org/10.1101/gr.186072.114
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スコープス(4479)
PubMed
Crossref
グーグル奨学生
オルム M.R.
ブラウンC.T.
ブルックスB.
バンフィールド J.F.
dRep:脱複製によってメタゲノムからのゲノム回収を改善できる、高速かつ正確なゲノム比較のためのツール。
ISME J. 2017; 11: 2864-2868https://doi.org/10.1038/ismej.2017.126
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スコープス (609)
PubMed
Crossref
グーグル奨学生
ショーメイユ P.A.
ムッシグA.J.
ヒューゲンホルツP.
パークス D.H.
GTDB-Tk:ゲノム分類データベースでゲノムを分類するためのツールキット。
Bioinformatics. 2019; 36: 1925-1927https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btz848
論文で見る
スコープス (1428)
PubMed
Crossref
グーグル奨学生
Seemann T.
Prokka: 迅速な原核生物ゲノムアノテーション。
Bioinformatics. 2014; 30: 2068-2069https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu153
論文で見る
日本学術振興会特別研究員
PubMed
クロスリファレンス
グーグル奨学生
荒巻 毅
ブラン=マチューR.
遠藤英明
大久保和彦
金久 美紀子
後藤慎一郎
緒方英明
KofamKOALA:プロファイルHMMと適応的スコア閾値に基づくKEGGオルソログ割り当て.
バイオインフォマティクス. 2020; 36: 2251-2252https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btz859
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論文リスト(445)
PubMed
クロスリファレンス
グーグル奨学生
バイタルM.
ハウ A.C.
Tiedje J.M.
メタ)ゲノムデータの解析による細菌の酪酸合成経路の解明。
mBio. 2014; 5e00889https://doi.org/10.1128/mBio.00889-14
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酪酸合成経路の解明
パブコメ
クロス
グーグル奨学生
アルコックB.P.
ラフェニアA.R.
ラウ T.T.Y.
ツァン K.K.
ブシャール M.
エダラトマンド A.
フイン W.
グエン A.V.
チェン A.A.
リュー S.
他。
CARD 2020:包括的抗生物質耐性データベースによる抗生物質レジストーム監視。
Nucleic Acids Res. 2020; 48: D517-D525https://doi.org/10.1093/nar/gkz935
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スコープス(1325)
PubMed
クロスリファレンス
グーグル奨学生
Shi Y.
Zhang L.
ド K.A.
ピーターソン C.B.
Jenq R.R.
aPCoA: 共変量調整主座標解析。
Bioinformatics. 2020; 36: 4099-4101https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btaa276
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スコープス (7)
クロスリファレンス
グーグル奨学生
ブランド・J.M.
アルトマン D.G.
反復観察による相関係数の計算:その1--被験者内の相関。
BMJ. 1995; 310: 446
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パブコメ
クロス
グーグル奨学生
論文情報
出版履歴
出版 2023年7月13日
受理 受理:2023年6月19日
改訂版受理 2023年3月17日
受理:2023年3月17日 2022年7月13日受理
出版段階
インプレス、修正校正
識別
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.06.010
著作権
© 2023 The Authors. 発行:エルゼビア社
ユーザーライセンス
クリエイティブ・コモンズ 表示 - 非商用 - 改変禁止 (CC BY-NC-ND 4.0) | ja.wikipedia.orgで無料でダウンロードできます。
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サイエンスダイレクト
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図表
図1腸内細菌叢
図1Db/dbマウスにおいて、DSPN患者の腸内細菌叢は、正常グルコースレベルの患者やDSPNではないがDM患者の腸内細菌叢よりも重篤な末梢神経障害を誘発した。
図2FMTはDSPN患者の末梢神経障害の重症度、不安、抑うつを緩和し、睡眠と生活の質を改善した。
図3プラセボ群における末梢神経障害の重症度、不安、抑うつ、睡眠、QOLのRCTおよび健常ドナーからの移植によるRCT後の変化
図4FMTはDSPN患者において腸管バリアの完全性と全身の炎症状態を改善した
図5FMTはDSPN患者において腸内細菌叢の全体的な構造変化を誘導した。
図6TCSSスコアと相関する腸内細菌ゲノムは2つの競合ギルドに整理された
図7FMT移植者とレシピエント間の腸型一致はDSPNの改善と関連する
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