文摘

目的。特拉肺炎克雷伯菌(CR-Kp)介导的感染是临床医生面临的挑战由于他们扩大流行在医院环境和抗生素耐药性。然而,很少有研究显示出特的代谢变化肺炎克雷伯菌CR-Kp-negative病人,急需相关研究。方法。在这项研究中,我们全面概要的20 CR-Kp-positive代谢物和18 CR-Kp-negative患者血浆通过使用二维气体chromatography-time-of-flight质谱(GC×相。结果。我们确定了58代谢物特拉肺炎克雷伯菌相关联的。n -乙酰葡萄糖胺、丁二酸和肌醇扮演重要角色CR-Kp感染。结论。我们的研究提供了有价值的数据作为开发潜在目标疗法对CR-Kp感染。

1。介绍

肺炎克雷伯菌(k .肺炎),革兰氏阴性细菌,是一个重要的成员克雷伯氏菌属的Enterobacterales。k .肺炎感染是全球发病率和死亡率的一个重要原因。这些感染通常开始在其他地方,通常肺部、泌尿生殖系统、胃肠道(1,2]。

特拉k .肺炎(CR-Kp)是一种耐多药病原体,从而影响人在世界范围内,在低,中,高收入国家(3]。的主要机制介导耐碳青霉烯:CR-Kp可以生产β-lactamases能够水解头孢菌素和减少细胞壁的膜透性4,5]。CR-Kp感染提供了增强的死亡率和许多卫生保健系统的成本。此外,多药耐药性病原体的新扩展的抗生素治疗的原因k .肺炎感染更具挑战性(6]。因此,迫切需要开发和增加我们的了解宿主防御的极限CR-Kp扩散和发病机理和生产创新的治疗程序。

代谢组学(或代谢物)是一个快速发展的方法,旨在识别和量化的代谢物浓度的波动在生物样品,如血液、尿液、唾液或(7]。代谢组学研究通常使用液体或气相色谱等分析仪器谱(分别为质和gc - ms)和核磁共振(NMR)画一个代谢图谱通过检测代谢物(8,9,10,11]。和这种方法已广泛应用于许多研究过去(克雷伯氏菌肺炎12]。然而,很少有研究的代谢物CR-Kp来华的病人。

本研究旨在提供的第一个综合分析代谢物CR-Kp-infected病人。通过代谢物的分析等离子体受感染的病人,我们可以更好地理解CR-Kp感染的代谢变化和发现为未来治疗可行的目标。

2。方法

2.1。临床样本

收集血液样本从38例,其中包括20位患者感染特拉k .肺炎(CR-Kp)在广西医科大学第四附属医院2016年3月至2020年7月(表1)。血培养是由自动化系统(BacTAlert®,美国)。k .肺炎隔离身份和药敏测试(AST)用Vitek - 2系统(美国bioMerieux)。十八岁成人患者血培养阴性CR-Kp被列为CR-Kp-negative组(表1)。从每个病人通知书面同意了。血浆样本收集入院后24小时内。血样离心机 15分钟在4°C等离子体收集和沉积在-80°C。

2.2。代谢组学

GC×气(美国LECO)样品制备、衍生和光谱采集准备根据发表的方法(13]。简单地说,50μL的等离子体和300μL的混合溶剂( ,美国热费希尔)被添加到1.5毫升离心管和涡30年代。离开混合溶液在冰箱−20°C 10分钟。在1000转离心10分钟后,转移300人μL的上层清液瓶和添加10μL(0.1毫克毫升¹氯苯(美国热费希尔),丙氨酸(美国Sigma-Aldrich),和1毫克毫升¹十七酸。样本冻干后,80年μL(15毫克毫升⁻¹吡啶(美国Sigma-Aldrich)溶解甲氧胺和50μL BSTFA(美国1%的差旅管理公司,Sigma-Aldrich)补充道,分别。混合样品在70°C为60分钟,然后冷却之前注入。

2.3。统计分析

所有的结果都显示为 。使用未配对的学生进行了统计分析 - - - - - -测试两组和单向方差分析(方差分析)或双向方差分析为多个组。缺失值估算了MetImp 1.2 [14]。特征选择和建模是由随机森林,由于其优势在小样本大小、复杂的数据结构,高维特征空间。随机森林是使用“randomForest”R包实现。所有分析使用R软件(版本4.0.2)。

3所示。结果

3.1。等离子体的代谢分析

主成分分析(PCA)和偏最小squares-discriminant分析(PLS-DA)分析方法实现了在这个调查区分显著改变代谢物CR-Kp引起的感染。图1表明CR-Kp-positive和CR-Kp-negative组织单独的PCA和PLS-DS情节。这表明,两组之间的显著的代谢物变化可以确定。

共58显著改变代谢产物( )检测(补充表吗1)。碳水化合物、有机酸、脂肪酸和氨基酸在CR-Kp-positive组显著改变。此外,火山地块(图2(一个))表明差异表达代谢物( 和 )。在细节,所有的选择有意义的代谢物热图(图所示2 (b))。

3.2。关键代谢物被随机森林

随机森林(RF)是利用在两个数据集的比较情况。模型建立了基于58显著改变代谢物。图3(一个)显示了CR-Kp-negative组和阳性组之间的分离。射频收益率为98.37%与100棵树(图分类精度3 (b))。数量可变的依赖部分评估是否以及射频性能取决于变量的数量多少。这一部分评估其能力的一个重要变量(关键代谢物)的偏好。图3 (c)显示了前15名代谢物的意思是降低精度,揭示扣除每个变量的模型失去多少。精度越持久,更有影响力的变量是成功的分类。显示的变量与下行的重要性。n -乙酰葡萄糖胺、丁二酸和肌醇与微分感染最重要的代谢产物和对照组。

3.3。关键代谢物的功能分析

差异表达代谢物相关分析用于分析代谢物趋势的一致性(补充图S1)。代谢物的相互关系是由皮尔森相关评估,结果显示metabolite-metabolite相关性显著。微分代谢物都映射到KEGG数据库和途径去了解微分的函数相关的代谢产物和生物过程CR-Kp感染。KEGG去浓缩分析显示排名前25位的丰富功能补充图所示S2。路径分析显示新霉素、卡那霉素和庆大霉素生物合成的最高规范途径(补充图S2A)。同样,微分代谢物也可以丰富氨回收、尿素循环,谷氨酸代谢(补充图开通)。

4所示。讨论

肺炎仍然是一个全球卓越的死因和住院治疗,特别是青少年和老年个体之间(15,16]。k .肺炎通常是一种最孤立的病原体肺炎,导致脓毒症(17]。尽管如此,k .肺炎是一个严重威胁,增加抗菌素耐药性加剧这个问题(18]。虽然不同k .肺炎隔离resistome可能有所不同,根据地理区域,文化共同体开关,和抗生素管理,这个物种展品的集中能力和重新排列电阻(19]。未来的代谢和转化的研究必须需要解读具体目标来设计有针对性的预防和治疗。

这项研究是第一次使用GC×相分析的代谢组学分析CR-Kp-infected患者的血浆。我们发现58代谢物中差异表达CR-Kp-positive感染病人的血浆而不是负面的。关注这些代谢物,主成分分析显示两组样本之间的良好分离。我们的研究显示,患者感染CR-Kp明显改变了碳水化合物的代谢,有机酸、脂肪酸、氨基酸。值得注意的是,n -乙酰葡萄糖胺、丁二酸和肌醇是最显著改变两组之间的代谢产物。研究表明,n -乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)糖残基在革兰氏阴性细菌的核心有限合伙人在一些物种在针对DC-SIGN受体发挥至关重要的作用。DC-SIGN是先天免疫受体,和细菌之间的相互作用的核心有限合伙人DC-SIGN可能代表一个古老的革兰氏阴性细菌和宿主吞噬细胞之间的相互作用(20.]。琥珀酸(琥珀酸)是一种二羧酸三羧酸循环。此外,琥珀酸是微生物产生的代谢物大肠杆菌,铜绿假单胞菌,k .肺炎(21]。研究表明,k .肺炎利用甘油作为碳源生产琥珀酸(22]。阻止生产琥珀酸抑制CR-Kp可能是一个潜在的目标。此外,肌醇很少被报告为一个新发现的代谢物k .肺炎感染,这可能也是一个潜在的增长抑制目标。新霉素、卡那霉素和庆大霉素生物合成途径CR-Kp-positive组有显著改变。我们推断出它的使用有关β内酰胺/β内酰胺酶抑制剂的组合。

总之,本研究确定了58显著CR-Kp-associated分子相GC×。肌醇CR-Kp-positive和CR-Kp-negative组变化显著,可以作为一个潜在的目标治疗CR-Kp感染。未来的研究需要更好地探索这些代谢物作为一个潜在的治疗目标。

5。限制

我们的研究有一些显著的局限性。据我们所知,我们的研究是第一个代谢物研究的特拉肺炎克雷伯菌。但是,它不能直接使用的临床医生。此外,受感染的病人样本容量是有限的,进一步的研究是必要的确认我们的发现。

数据可用性

数据请求。最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料。进一步调查可以直接到相应的作者。

的利益冲突

作者报告无利益冲突。

作者的贡献

Zhougui凌有想法和发起了这项研究。中卫温家宝和刘美完全访问所有数据研究中,负责数据的完整性和数据分析的准确性。所有作者回顾了手稿和批准出版的版本。中卫温家宝和刘美同样这项工作。

补充材料

补充图S1:斯皮尔曼相关系数分析。的 表示正相关,而 表示负相关。补充图S2:功能富集分析。,KEGG途径分析;B通路富集。补充表1:克雷白氏肺炎infection-associated代谢物。(补充材料)