尿路感染又稱為泌尿系統感染，是尿路上皮對細菌侵入導致的炎症反應，通常伴隨有菌尿和膿尿。尿路感染波及面廣、誘因複雜以及人體各器官互為影響，讓尿路感染形成反覆發作、反覆治療，反覆用藥，最後導致菌群失調，黴菌感染，致使病情更加複雜。
近日，美國紐約威爾康奈爾醫學院的一項關於大樣本人群尿路感染的研究成果「Gut uropathogen abundance is a risk factor for development of bacteriuria and urinary tract infection（腸道尿路病原體豐富度是細菌尿和尿路感染發生的危險因素）」在線發表在《自然-通訊》（Nature Communications）（doi: 10.1038/s41467-019-13467-w ）。
該研究證實大腸桿菌和腸球菌糞便相對豐度的增加與相應生物體未來發生菌尿的風險增加有關。大多數樣本中同一受試者的尿液和糞便標本中都存在泌尿系致病基因，如FimH和抗生素耐藥基因。該研究結果支持未來可以通過調節腸道微生物群作為預防尿路感染的新策略，特別是在反覆尿路感染的情況下。
摘 要
研究的主要重點是調查腸道微生物群與發生菌尿或尿路感染(UTI)的風險之間的關係。研究人員使用16S rRNA基因深度測序對168例腎移植受者的510個糞便樣本進行腸道微生物譜分析，並對一部分糞便樣本和尿液上清液樣本進行宏基因組測序，評估了成對大腸桿菌尿液和糞便標本中存在的泌尿系致病基因和抗生素耐藥基因。研究人員得出，1%大腸桿菌腸道中相對豐度是大腸桿菌菌尿和UTI的獨立危險因素，1%腸球菌腸道中相對豐度為是腸球菌菌尿的獨立風險因素。菌種分析在同一受試者的腸道和尿液中發現的物種之間建立了緊密的應變水平對齊。研究結果支持腸道微生物群-UTI軸，表明調節腸道微生物群可能是預防UTI的一種潛在的新策略。
背 景
尿路感染(UTI)是世界上最常見的細菌感染之一，而大多數泌尿系統細菌感染的來源通常被推定為腸道。腎移植受者是研究UTI發病機制的獨特人群，因為他們經常被診斷為菌尿(尿培養陽性，無臨床症狀)和UTI(尿培養陽性，有排尿困難、尿頻、尿急或發熱的臨床症狀)。尿路感染的發病機制很複雜，腸道尿路致病菌汙染尿道周圍空間被認為是第一步，隨後是尿道和膀胱的定植。在一項對26名腎移植受者的初步研究中，我們進行了一系列腸道微生物菌群分析，我們報告了腸球菌豐度和腸球菌尿路感染之間的聯繫。在最近的另一項針對UTIs和非UTIs兒童的病例對照研究中，UTIs患兒大腸桿菌的相對豐度明顯高於UTIs。這兩項研究都評估了UTI發生時腸道菌群是否與UTIs相關，但沒有評估腸道菌群是否為菌尿和UTI發生的危險因素。
實驗設計
樣本採集：
168例腎移植受者在移植後3個月內的510份連續糞便標本，在移植後第1周、第2周、第4周和第12周以及腹瀉發作期間以及UTI發作期間收集糞便標本。常規尿培養在每次常規門診時進行(第一個月每周兩次，第二個月每周一次，第三個月每兩周一次，最多每月一次至6個月)。其中102名受試者出現菌尿(≥10000集落形成單位[cfu]/mL)，歸為菌尿組。66名受試者在移植後的前6個月內未出現菌尿症，歸為無菌尿組。
測序方法：
對510份糞便標本進行V4-V5高變區16S rRNA基因深度測序，以評估腸道微生物區系與未來細菌尿和UTI發展的關係。在一組有菌尿的受試者中，提取其尿上清液中的游離DNA，通過鳥槍式宏基因組測序評估成對糞便樣本，以評估菌株相似性、泌尿致病基因和抗生素耐藥基因。
統計分析：
使用雙尾Wilcoxon秩和檢驗比較連續變量的分布；雙尾Fisher精確檢驗比較分類變量的分布；Cox回歸風險模型來估計特定有機體的相對糞便豐度是否與同一生物體的菌尿的發展相關，其中糞便相對豐度作為一個隨時間變化的協變量，其中假設豐度值直到微生物豐度值第一次超過閾值時才超過；多變量Cox回歸風險模型用於評估之前分析過的臨床變量以及終末期腎病的原因和計算的群體反應性抗體狀態。使用類似的Cox回歸風險模型來估計抗生素類別是否與腸球菌或大腸桿菌的相對豐度作為時間依賴性協變量的發展有關。
主要結果
1. 評估了與菌尿相關的五個最豐富的腸道菌屬相對豐度和各自菌尿組的時間動態。菌尿組中的腸道中大腸桿菌和腸球菌相對豐度顯著高於無菌尿組中的。
圖中使用了1％相對豐度的臨界值，這是LOESS曲線的上限。腸道細菌的相對豐度在y軸上(對數標度)，移植後糞便標本採集的天數在x軸上。紅色的點表示菌尿組，該點反映屬於相應的細菌組的一個樣本，藍色的點，反映相應的無菌尿組。95%置信區間(灰色)的擬合曲線是按群體狀態創建的。使用Wilcoxon秩和檢驗進行腸道細菌相對豐度的組間比較。a圖表示大腸桿菌狀況，b圖表示腸球菌狀況，c圖表示克雷伯氏菌狀況，d圖表示葡萄球菌狀況，e圖表示鏈球菌狀況。
2. 1%大腸桿菌腸道中相對豐度與大腸桿菌菌尿的未來發展相關(HR2.8，P=0.002)。1%腸球菌腸道中相對豐度與腸球菌菌尿的未來發展相關(HR：2.4，P=0.01)。
採用Cox比例風險模型評價腸道菌群豐度與菌尿大腸桿菌或腸球菌未來發展的關係。1%的大腸桿菌或腸球菌相對豐度被評估為時間相關的協變量。對所有特徵進行單變量分析，並在多變量分析中進一步分析與菌尿中菌株顯著相關的特徵(P
3. 菌種分析中發現大腸桿菌、糞腸球菌、屎腸球菌這三種菌株，在部分同一受試者的糞便樣本和菌尿樣本中密切相關。在對大腸桿菌相關的尿路感染致病基因和抗生素耐藥基因的評估中發現在配對的尿液和糞便標本中都存在這些基因。這支持來自相同受試者的尿液和腸道大腸桿菌菌株的相似性。
成對的尿便標本中的菌種分析、泌尿致病基因和抗生素耐藥基因分析。a、b、c圖為分別基於大腸桿菌菌株、糞腸球菌菌株、屎腸球菌菌株比對構建的系統發育樹，並在x軸上記錄了菌株之間不同的序列比例。每個點代表一種來自尿液或糞便標本的菌株，不同的顏色代表不同的受試者。d圖為使用HUMAnN219測定細菌基因後，對尿路致病性大腸桿菌相關基因（x軸）的相對豐度進行估算，y軸為大腸桿菌相關尿標本和配對糞便標本。e圖為使用MEGARES抗生素耐藥資料庫上的Bowtie2確定抗生素耐藥基因（x軸），並估計這些基因的表達水平。y軸為大腸桿菌相關尿液標本和配對糞便標本。豐度以藍色強度、對數比例表示。
結 論
證明了大腸桿菌和腸球菌糞便相對豐度的增加與相應生物體未來發生菌尿的風險增加有關。大多數樣本中同一受試者的尿液和糞便標本中都存在泌尿系致病基因，如FimH和抗生素耐藥基因，進一步支持了菌株比對分析，即腸道中的大腸桿菌與同一受試者尿液中的大腸桿菌相似。雖然，研究中無法評估移植前和移植後腸道微生物群的變化，因為只有5名受試者在移植前提供標本。但結果數據依然支持尿路致病性菌株在腸道豐度的增加是菌尿和尿路感染髮展的危險因素。這些結果進一步支持了未來關於調節腸道微生物群作為預防尿路感染的潛在新策略的研究，特別是在反覆尿路感染的情況下。