Resumen
Antecedentes
El eje intestino-pulmón, fundamental para la salud respiratoria, no se explora adecuadamente en pacientes hospitalizados en medicina pulmonar y de cuidados intensivos (PCCM).
Métodos
Al examinar a pacientes hospitalizados con PCCM de tres hospitales afiliados a universidades médicas, realizamos la secuenciación del ARN ribosómico 16S en muestras de heces (pacientes hospitalizados, n = 374; controles sanos, n = 105). Realizamos análisis estadísticos para examinar la composición de la microbiota intestinal en pacientes hospitalizados con PCCM, comparándola con la de controles sanos. Además, exploramos las asociaciones entre la composición de la microbiota intestinal y diversos factores clínicos, incluida la edad, el recuento de glóbulos blancos, el recuento de neutrófilos, el recuento de plaquetas, el nivel de albúmina, el nivel de hemoglobina, la duración de la estancia hospitalaria y los costos médicos.
Resultados
Los pacientes hospitalizados con PCCM mostraron una menor diversidad de microbiota intestinal que los controles sanos. El análisis de coordenadas principales reveló marcadas diferencias generales en la estructura de la microbiota. Se identificaron cuatro enterotipos, incluido el enterotipo Enterococcaceae exclusivo en pacientes hospitalizados. Aunque no se encontraron distinciones a nivel de filo, 15 familias de bacterias exhibieron abundancias variables. Específicamente, la población hospitalizada de PCCM mostró una abundancia significativamente mayor de Enterococcaceae, Lactobacillaceae, Erysipelatoclostridiaceae, Clostridiaceae y Tannerellaceae. Utilizando análisis de bosque aleatorio, calculamos que las áreas bajo las curvas de características operativas del receptor (AUC) eran 0,75 (IC del 95%: 0,69–0,80) para distinguir a los individuos sanos de los pacientes hospitalizados. Los cuatro géneros más abundantes retenidos en el clasificador fueron Blautia, Subdoligranulum, Enterococcus y Klebsiella.
Conclusiones
La evidencia de disbiosis de la microbiota intestinal en pacientes hospitalizados con PCCM subraya la importancia del eje intestino-pulmón, lo que promete nuevas vías en la investigación de la salud respiratoria.
Fondo
El tracto gastrointestinal humano alberga un consorcio diverso de microorganismos denominados colectivamente microbiota intestinal, que desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento del bienestar del huésped y en la regulación de diversos procesos fisiológicos.1). Los avances recientes han subrayado la participación crucial de la microbiota intestinal en la etiología de diversas enfermedades, trascendiendo los límites del sistema gastrointestinal.2, 3). La interacción recíproca entre el intestino y los órganos distantes, en particular los pulmones, ha llevado a la identificación del «eje intestino-pulmón», un marco conceptual con profundas implicaciones para la medicina respiratoria y de cuidados intensivos (4,5,6).
La disbiosis de la microbiota intestinal significa un desequilibrio en la composición y función de la comunidad microbiana intestinal, marcado por cambios en la abundancia relativa de taxones bacterianos específicos. Este desequilibrio se ha implicado en un espectro de enfermedades, que abarcan trastornos inflamatorios intestinales, obesidad, diabetes e incluso afecciones neurológicas (7,8,9). Es importante destacar que un creciente conjunto de evidencia vincula la disbiosis de la microbiota intestinal con enfermedades respiratorias (6, 10, 11). El eje intestino-pulmón constituye un complejo sistema de comunicación bidireccional, en el que las alteraciones en la microbiota intestinal pueden afectar la salud pulmonar y viceversa. Los mediadores y metabolitos inflamatorios derivados del pulmón influyen recíprocamente en el ambiente intestinal, instigando cambios en la composición y función microbiana intestinal.5).
A pesar de las investigaciones limitadas, los estudios sugieren que el microbioma intestinal desempeña un papel importante en la salud respiratoria. Thibeault et al., Pérez-Cobas et al. y Dang et al. demuestran que la disbiosis microbiana y los metabolitos producidos por la microbiota intestinal pueden influir en los resultados de las enfermedades respiratorias a través de la modulación inmune (12, 13). Estos estudios resaltan la importancia de considerar el eje intestino-pulmón para comprender y tratar potencialmente las enfermedades respiratorias en pacientes críticos. Sin embargo, su importancia entre los pacientes hospitalizados sometidos a tratamiento de medicina pulmonar y de cuidados intensivos (PCCM) sigue siendo relativamente inexplorada. Este estudio intenta llenar este vacío de conocimiento empleando la secuenciación del ARN ribosómico 16S de muestras de heces para delinear las características de la microbiota intestinal en pacientes con PCCM en tres hospitales distintos afiliados a universidades médicas: el Primer Hospital Afiliado de la Universidad Médica de Guangzhou, el Segundo Hospital Afiliado de Universidad Médica de Guangzhou y el Segundo Hospital de la Universidad del Sur de China. El objetivo principal es examinar la prevalencia y las implicaciones clínicas de la disbiosis de la microbiota intestinal en pacientes hospitalizados con PCCM. Profundizar en la composición y diversidad de la microbiota intestinal en esta cohorte de pacientes específica tiene como objetivo iluminar posibles asociaciones entre la disbiosis de la microbiota intestinal y las enfermedades respiratorias.
Métodos
Diseño del estudio y participantes.
Para explorar las características de la microbiota intestinal en pacientes hospitalizados del Departamento de PCCM, ideamos un flujo de trabajo sistemático y replicable. Este estudio constituye una encuesta multicéntrica, transversal, centrada en la población y de base hospitalaria de pacientes hospitalizados dentro del PCCM. A partir de nuestras investigaciones de cohortes anteriores sobre enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) (14, 15), obtuvimos una muestra saludable representativa del mismo pueblo o zona residencial. Todos los participantes, incluidos pacientes y sujetos sanos, eran residentes de Guangzhou y la ciudad de Nanhua y compartían estilos de vida y prácticas dietéticas comparables.
Entre enero y abril de 2022, se recogieron aleatoriamente un total de 374 muestras de heces de pacientes hospitalizados en tres hospitales: el Primer Hospital Afiliado de la Universidad Médica de Guangzhou (Hospital 1, n = 91), el Segundo Hospital Afiliado de la Universidad Médica de Guangzhou (Hospital 2, n = 133) y el Segundo Hospital de la Universidad del Sur de China (Hospital 3, n = 150). Estas muestras de pacientes hospitalizados se combinaron con muestras de heces de 105 individuos sanos para formar el grupo de control sano. Los datos demográficos y clínicos se extrajeron de registros médicos electrónicos. Toda la información clínica se recopiló siguiendo procedimientos estandarizados por el Laboratorio Estatal Clave de Enfermedades Respiratorias de la Universidad Médica de Guangzhou. Antes de la donación de heces, todos los pacientes inscritos y las personas sanas dieron su consentimiento informado por escrito. El estudio recibió la aprobación ética de la Universidad Médica de Guangzhou (Aprobación No. 2021-YJS-ks-14).
Criterios de inclusión y exclusión.
Criterios de inclusión: 1. Pacientes hospitalizados del PCCM en los tres hospitales designados. 2. Rango de edad entre 18 y 80 años. 3. Pacientes con un diagnóstico confirmado de la afección o enfermedad objetivo (p. ej., EPOC, enfermedad relacionada con las vías respiratorias). 4. Sujetos que dan su consentimiento informado para participar en el estudio. Criterio de exclusión: 1. Tratamiento con corticosteroides sistémicos (p. ej., orales, intravenosos o intramusculares) en las 4 semanas anteriores. 2. Pacientes con comorbilidades o afecciones subyacentes que puedan influir significativamente en la microbiota intestinal o confundir los resultados del estudio. 3. Historia de diagnóstico de enfermedades gastrointestinales. 4. Tratamiento con antibióticos (incluidos antibióticos macrólidos) en las 4 semanas anteriores. 5. Sujetos que no pueden dar su consentimiento informado o no desean participar en el estudio. 6. Pacientes considerados no aptos para su inclusión en el estudio por los investigadores.
Teniendo en cuenta las características de la enfermedad y en aras de un análisis conveniente, las enfermedades prevalentes observadas entre los pacientes hospitalizados en el PCCM se pueden clasificar principalmente en cuatro grupos principales: 1. Enfermedades de las vías respiratorias (que incluyen asma, EPOC y bronquiectasias) 2. Infecciones pulmonares (que incluyen la neumonía , tuberculosis e infecciones pulmonares por hongos) 3. Insuficiencia respiratoria 4. Cáncer de pulmón de células no pequeñas (CPCNP) 5. Otras afecciones (como neumotórax, embolia pulmonar y neumonía intersticial).
Recolección de muestras fecales y secuenciación de 16SrRNA.
El primer día de ingreso hospitalario, se recogieron muestras fecales frescas antes de comenzar cualquier examen o tratamiento. A cada paciente se le proporcionaron placas de cultivo estériles, pinzas estériles y gasa estéril. El método de recolección de heces implicó colocar una gasa estéril en la superficie del inodoro y, después de la defecación, se recogieron aproximadamente 10 g de materia fecal utilizando pinzas estériles y se transfirieron a la placa de cultivo estéril, registrándose la información relevante. Después de la recolección, las muestras fecales se congelaron inmediatamente y se almacenaron en nitrógeno líquido y luego se transfirieron a un congelador a -80 °C dentro de las 24 h para su posterior análisis.
La extracción de ADN bacteriano total de muestras de heces se realizó utilizando el mini kit QIAamp® DNA taburete (Qiagen, Hilden, Alemania) siguiendo las instrucciones del fabricante en 100 mg de cada muestra. El ADN extraído de cada muestra sirvió como plantilla para amplificar la región V3-V4 de los genes 16S rRNA mediante PCR. Cebador directo de PCR de amplicón 16S 5' (TCG TCG GCA GCG TCA GAT GTG TAT AAG AGA CAG CCT ACG GGN GGC WGC AG) y cebador inverso de PCR de amplicón 16S 5' (GTC TCG TGG GCT CGG AGA TGT GTA TAA GAG ACA GGA CTA CHV GGG TAT CTA ATC C) (16). La amplificación, transcripción in vitro y marcaje, así como la hibridación, se llevaron a cabo siguiendo la guía de preparación de la biblioteca de secuenciación metagenómica Illumina 16S (17). Posteriormente, todas las bibliotecas se secuenciaron utilizando una plataforma Illumina MiSeq (San Diego, CA, EE. UU.) en Majorbio Co. Ltd. (Shanghai, China).
Procesamiento de datos de secuenciación
Los datos fueron analizados en la herramienta en línea de Majorbio Cloud Platform (https://cloud.majorbio.com/page/tools/) (18). En resumen, los datos de secuenciación sin procesar se sometieron a filtrado de calidad (Q30) y se fusionaron utilizando FLASH (https://ccb.jhu.edu/software/FLASH/). La cartera de software QIIME (Quantitative Insights into Microbial Ecology, v1.9.1, http://qiime.org/install/index.html) se empleó para agrupar lecturas de alta calidad en unidades taxonómicas operativas (OTU) con un nivel de identidad del 97% y resumir la representación de los grupos taxonómicos. La información taxonómica para cada OTU se obtuvo utilizando el algoritmo bayesiano clasificador RDP (http://sourceforge.net/projects/rdp-classifier/,…
