ESRDにおける短鎖脂肪酸生産腸内微生物叢のウレアーゼおよびウリカーゼ含有、インドールおよびp-クレソール形成および収縮の拡張および収縮の拡大

背景：腸内微生物叢は、健康に不可欠な共生生態系を構成し、その組成/機能の変化はさまざまな病気を引き起こします。生化学的環境は、微生物叢の構造と機能を形作ります。最近、ESRDと健康な個人の間に多数の細菌分類群の豊富さに顕著な違いが見つかりました。尿素と尿酸の流入、および高カリウム血症を防ぐための果物と野菜の食事制限は、ESRD患者の腸環境を変化させます。ウレアーゼ、ウリカーゼ、およびp-クレソールおよびインドール生産酵素を持つ細菌の相対的存在量が増加し、食物繊維を短鎖脂肪酸（SCFA）に変換する酵素を含む細菌の存在量がESRDで減少すると仮定しました。 方法：関心のある遺伝子を含む細菌の参照セットをファミリーに編集し、元の研究に登録されている12人の健康なESRD個人の間で異なる存在量を示す腸の細菌ファミリーのセットがまとめられました。セット間のオーバーラップは、高幾何分布テストを使用して評価されました。 結果：ESRD患者で支配的な19の微生物ファミリーのうち、12人がウレアーゼを所有し、5人はウリカーゼを所有し、4人はインドールおよびP-クレソール形成酵素を所有しました。ESRD患者で減少した4つの微生物ファミリーのうち、2人が酪酸酵素を所有していました。これらの重複分布の確率は0.05未満でした。 結論：ESRD患者は、ウレアーゼ、ウリカーゼ、インドール、およびP-クレソール形成の酵素を持つ細菌科の著しい拡大と、酪酸型形成酵素を持つ家族の収縮を示しました。硫酸インドキシル、p-クレソール硫酸、および尿素由来のアンモニアの有害な効果とSCFAの有益な作用を考えると、腸微生物代謝のこれらの変化は尿毒症性毒性と炎症に寄与します。

BACKGROUND: Intestinal microbiome constitutes a symbiotic ecosystem that is essential for health, and changes in its composition/function cause various illnesses. Biochemical milieu shapes the structure and function of the microbiome. Recently, we found marked differences in the abundance of numerous bacterial taxa between ESRD and healthy individuals. Influx of urea and uric acid and dietary restriction of fruits and vegetables to prevent hyperkalemia alter ESRD patients' intestinal milieu. We hypothesized that relative abundances of bacteria possessing urease, uricase, and p-cresol- and indole-producing enzymes is increased, while abundance of bacteria containing enzymes converting dietary fiber to short-chain fatty acids (SCFA) is reduced in ESRD. METHODS: Reference sets of bacteria containing genes of interest were compiled to family, and sets of intestinal bacterial families showing differential abundances between 12 healthy and 24 ESRD individuals enrolled in our original study were compiled. Overlap between sets was assessed using hypergeometric distribution tests. RESULTS: Among 19 microbial families that were dominant in ESRD patients, 12 possessed urease, 5 possessed uricase, and 4 possessed indole and p-cresol-forming enzymes. Among 4 microbial families that were diminished in ESRD patients, 2 possessed butyrate-forming enzymes. Probabilities of these overlapping distributions were <0.05. CONCLUSIONS: ESRD patients exhibited significant expansion of bacterial families possessing urease, uricase, and indole and p-cresol forming enzymes, and contraction of families possessing butyrate-forming enzymes. Given the deleterious effects of indoxyl sulfate, p-cresol sulfate, and urea-derived ammonia, and beneficial actions of SCFA, these changes in intestinal microbial metabolism contribute to uremic toxicity and inflammation.