NOVA2调节神经类circRNA生物形成

       2021年6月，最新一篇发表在Microbiome（IF=11.607）的文章（Microbiota long-term dynamics and prediction of acute graft-versus-host disease in pediatric allogeneic stem cell transplantation.）从共生功能体视点的角度对29名接受同种异体造血干细胞移植的儿童的肠道、口腔和鼻腔微生物群进行了综合宿主微生物群分析。首次揭示了口腔和鼻子中的细菌可能预测急性移植物抗宿主病(aGvHD)。监测HSCT患者不同身体部位的微生物群，特别是通过移植前样本的参与，可能具有预后价值，并有助于指导个性化治疗策略。识别具有预测移植后aGvHD潜力的独特细菌，可能为改进预防性临床管理提供机会，包括对微生物群的调节。 

背景：在异种造血干细胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation, allo-HSCT)中，供者来源的干细胞输注被用于治疗各种类型的血液病和非血液病。在异种造血干细胞移植患者中，移植后人体肠道菌群发生变化，这可能部分归因于抗菌治疗和调理方案。

隶属于 隶属于梭状芽孢杆菌目丁酸生成菌在移植后早期的肠道中枯竭,而变形菌门和乳酸菌门(如肠球菌)丰度增加,可能由于缺乏丁酸时肠腔内的氧气水平增加和抗菌素耐药性所致。然而，到目前为止，HSCT患者的微生物群动态主要在HSCT后的第一个月进行详细监测，而不是长期监测。因此，目前尚不清楚微生物群是否以及何时恢复到造血干细胞移植前类似微生物群落结构。

条件诱导的肠上皮通透性可促进细菌易位和菌血症，被认为是急性移植物抗宿主病(aGvHD)发病机制的第一步。急性GvHD是同种异体造血干细胞移植的常见副作用，同种异体供体T细胞对宿主体内健康组织(包括肠道上皮)表现出细胞毒性活性。根据受影响器官的程度，急性GvHD的严重程度可分为四个等级:0级I表现为无或轻度，II级IV表现为中度至重度aGvHD。最近，研究表明较低的肠道微生物群多样性与aGvHD和aGvHD死亡率相关，并且某些细菌类群在HSCT后可能参与促进aGvHD。然而，在HSCT之前的微生物群组成是否在预测可能的aGvHD严重程度方面具有预测价值尚未被检验，本研究对此进行了探讨。

微生物群对宿主的适应性免疫系统如T细胞发挥免疫调节功能。例如，与拟杆菌属和梭状芽胞杆菌相关的人类共生肠道菌株可以在无菌小鼠中诱导T调节(Treg)细胞。最近的研究表明，功能不同的T细胞亚群，如辅助T细胞17 (TH17)和Treg细胞参与了aGVHD的发病机制。除肠道外的身体部位的微生物群，如口腔和鼻腔，也被认为参与免疫调节。我们之前曾提出，肠道微生物群与同种异体造血干细胞移植后的免疫细胞重建有关。然而，其他粘膜部位的微生物群是否受同种异体造血干细胞移植的影响，是否与aGvHD相关，是否与患者免疫系统的恢复相关，目前尚不清楚。

技术路线：

一、异种HSCT前后监测肠道、口腔和鼻腔微生物群和宿主免疫系统。

在1年的时间里，从29名儿童的10个时间点收集粪便样本、口腔拭子和前鼻孔拭子:在HSCT前2次，HSCT当天，HSCT后1个月每周，以及HSCT后12个月的3个随访时间点(图1)。通过16S rRNA基因谱测定这些样本中的微生物群落动态。共对709份患者样本(212份粪便样本、248份口腔拭子和249份鼻拭子来自10个时间点)进行了鉴定。

发现移植前患者的微生物群落组成与健康对照不同；三个身体部位性在HSCT后微生物α多样性下降；在一年中，微生物群落动态呈现出三个阶段：第一阶段(在检查前和适应开始时的样本)，第二阶段(HSCT的第一天到第1个月)，第三阶段(月+3到月+12)(图1C)；第一阶段和第三阶段的样本在口腔和鼻腔重叠，表明微生物群落可能从较晚的时间点恢复到与造血干细胞移植前类似的状态。

A.29名儿童在进行异体造血干细胞移植前、移植时、移植后即刻以及后期随访时均进行了监测。监测患者的基线特征、临床结果、免疫细胞计数以及炎症和感染标志物。表S1(附加文件1)详细描述了患者特征。宿主免疫系统参数与肠道、口腔和鼻腔微生物群的纵向动力学相关，这些微生物群在指定的时间点进行了评估。

B.每个身体部位HSCT前、移植时和移植后的细菌α多样性以log10变换后的y轴显示。星号表示时间点间的中值逆Simpson指数存在显著差异。C. 相对于HSCT的时间点LDA分析。对于粪便样本，HSCT后立即采集的样本LDA评分为阳性。对于口腔和鼻腔样本，在HSCT前和后期随访时间点样本的LDA评分均为阳性

二、肠道微生物群落动态变化

确定每个个体部位12个最丰富的科。HSCT后，在肠内第II期Lachnospiraceae的丰度减少，从检查前的13%减少到第1周的4.7%，然后在第III期开始的第3个月恢复到27.5%(图2A)。同时，肠球菌科在II期的扩张(检查前:6.1%;第1周:22.8%)和第二阶段的乳酸菌科(预检:2%;第3个月后，第三阶段分别减少到0.2%和0.6%(图2A)。LDA在肠道中显示了19个支系(共102个ASVs)，这些支系在时间点上对样品的分离效果最好(图2B)。两个最具鉴别能力且LDA系数为正的进化支系包括肠球菌科(Enterococcaceae)和乳酸杆菌科(Lactobacillaceae)的ASVs(图2B)。从第3个月开始，它们的丰度再次下降到与预处理时间相当的水平(图2C)。其中，ASV 78的数量最多，观察频率最高(图2D)，其16S rRNA部分基因序列与wexlerae序列相似性较高。另一项PCA分析也支持这些发现(图2E)。肠球菌科(Enterococcaceae)在II期样品中更为丰富，Lachnospiraceae和Ruminococcaceae在I期和III期样品中更为丰富(图2E)。

三、放线菌和链球菌的不同谱系临时区分口腔微生物群

tree-based sparse LDA在口腔中识别出了10个分支，共71个asv，沿第一轴的时间点分离样本最好(图3B)。asv的两个最大的区分组隶属于放线菌科和链球菌科(图3B)。放线菌ASV 18(放线菌ASV 18)和链球菌ASV 28 (Streptococcus ASV 28)的ASV数量最多，且其16S rRNA部分基因序列分别与粘放线菌(放线菌)和链球菌(Streptococcus mitis)类群具有较高的序列相似性。另一种鉴别asv分别隶属于普雷沃菌科(Prevotellaceae)和杆菌科(Bacillales Family XI) (Gemella spp.)。最丰富和最常观察的ASV是黑色素原性普雷沃氏菌(ASV 42)和血Gemella sanguis (ASV 208)。同意相对丰富家庭动力学,这些演化支共享的模式损耗从HSCT的天或周+ 1起(二期),直到他们的丰度从+ 3月开始恢复(第三阶段)(图3 a、C)大量类似HSCT之前,作为Ruminococcaceae和肠道Lachnospiraceae观察。另一项PCA分析也支持这些发现(图3D)。例如，放线菌科、普雷沃氏菌科和杆菌科XI在第I期和第III期的样本中比第II期的样本更为丰富(图3D)。

四、HSCT前通过肠道微生物组成预测急性GvHD 严重性

基于机器学习，hsct前肠道微生物群组成预测aGvHD严重程度。

A.在0级aGvHD患者中，12个最丰富的家族随着时间的推移在肠道中的相对丰度。

B. svmLinear模型识别出的前20个预测肠道ASV的重要性图，其重要性得分表明，如果将各自的ASV排除在模型之外，预测精度会平均下降。最终的交叉验证svmLinear模型从肠ASVs preHSCT的丰度中预测了aGvHD (0 I vs II IV)，准确率为86% (95% CI: 65 - 97%)。通过Boruta特征选择确认的asv用星号表示。

C.条件推理树(CTREE)显示asv被非参数回归识别为有意义的分裂节点用于aGvHD预测。沿分枝的数目表明变异的分裂值稳定了细菌丰度。终端节点显示来自aGvHD分级为0 I级和II IV级患者的样本比例(n =样本数量)。

D.箱形图描述了在0级aGvHD患者和II级IV级患者移植前各时间点预测ASVs的log转化相对丰度。在aGvHD 0级I和II级IV的患者中,乳酸菌科和Tannerellaceae ASVs的E轨迹通过基于树的稀疏LDA识别，包括asv3和asv128，它们可以预测aGvHD(粗体线).

五、急性GvHD的严重程度可以在造血干细胞移植之前通过口腔微生物群的组成来预测

A.相对丰度:随着时间的推移，在0级aGvHD患者的口腔中12个最丰富的家族。

B. svmLinear模型识别出的前20名口腔预测ASV的重要性图，重要性分数表示剔除该ASV后，预测精度平均下降。最终的交叉验证svmLinear模型从口服ASVs preHSCT的丰度中预测了aGvHD (0 I vs II IV)，准确率为92% (95% CI: 73 ~ 99%)。通过Boruta特征选择确认的asv用星号表示。

C.条件推理树(CTREE)显示asv被非参数回归识别为有意义的分裂节点用于aGvHD预测。沿分枝的数目表明变异的分裂值稳定了细菌丰度。终端节点显示来自aGvHD分级为0 I vs II IV患者的样本比例(n =代表样本数量)。

D.箱形图描述了在0 I级aGvHD患者和II IV级aGvHD患者移植前时间点预测ASVs的对数转化相对丰度。在aGvHD 0级I和II级IV的患者中基于树的稀疏LDA识别出普雷沃氏科和放线菌科ASVs的E轨迹，包括ASV 226和ASV 568，这些ASV 226和ASV 568可以预测aGvHD(粗体线).

六、急性GvHD的严重程度可以在造血干细胞移植前同时从所有三个身体部位的微生物群预测

在一个联合模型中，来自所有三个身体部位的分类群都可以预测HSCT之前样本的aGvHD严重程度(图6)。该报道发现了7种预测性asv，其中2种来自肠道，1种来自口腔，1种来自鼻子，2种主要在口腔中发现，但也在鼻子中发现，1种主要在口腔中发现，但也在鼻子和肠道中发现(图6A)。3个类群(副弧菌属ASV_131、放线菌属ASV_568和梭菌属ASV_166)起源于后来发展为II级和IV级aGvHD的患者。一致地，这些asv的log-transformed相对丰度在检查前、适应开始和HSCT当天，在aGvHD分级为II级和IV级的患者中大多高于那些表现为0级和I级的患者(图6B)。所有七个分类单元都在CTREE回归框架中从所有身体部位识别出来，在身体站点特异性支持向量机线性核(svmLinear)模型和/或Boruta特征选择和/或CTREE回归框架中也检测到(图6C)。