Characterization of urinary microbiome dysbiosis in prostate cancer and benign prostatic hyperplasia: A metagenomics study from North-Eastern Algeria

技术摘要：前列腺癌与良性前列腺增生中尿液微生物组失调的特征研究

问题陈述
前列腺癌（PCa）仍是导致男性癌症相关死亡的主要原因，而良性前列腺增生（BPH）则显著影响生活质量。慢性炎症是公认的前列腺癌变因素，且新兴证据表明肠道微生物组会影响全身炎症和激素调节。然而，此前被认为无菌的尿路在微生物组研究领域仍未得到充分探索。迄今为止，尚未有研究调查阿尔及利亚人群中 PCa 和 BPH 患者的尿液微生物组图谱，这在理解区域性微生物动态和潜在的非侵入性诊断标志物方面留下了空白。

方法学
这项回顾性试点研究分析了来自北东阿尔及利亚的 68 名男性参与者的尿液样本，这些参与者被分为三组：22 名 PCa 患者（其中 11 名接受化疗）、32 名 BPH 患者和 14 名健康对照组。所有参与者均在 40 岁以上。

• 样本处理： 尿液样本（至少 10 mL）经离心处理，并使用针对 EZ1 Advanced XL 仪器（Qiagen）定制的方案从沉淀物中提取总 DNA。
• 测序： 通过 Illumina MiSeq 平台（2×300 bp 双端测序）对 V3–V4 高变区进行靶向宏基因组分析（16S rRNA 基因测序）。
• 生物信息学： 使用 DADA2 管线对原始序列进行质量过滤、嵌合体去除和错误校正。利用 SILVA 参考数据库（v2022）进行分类学鉴定，以生成扩增子序列变体（ASV）表。
• 统计分析： 使用 R（phyloseq, decontam 包）分析微生物组数据。通过 Shannon 指数和逆 Simpson 指数评估 Alpha 多样性。通过基于 Bray-Curtis 差异性的主坐标分析（PCoA）评估 Beta 多样性，并使用 PERMANOVA 进行显著性检验，同时将年龄作为协变量进行调整。使用带有 Benjamini-Hochberg 校正的 Kruskal-Wallis 检验进行差异丰度测试。

关键结果
研究识别出整个队列中的 2,916 个 ASV，揭示了三组之间截然不同的微生物特征：

• 多样性模式： BPH 样本表现出最高的 Alpha 多样性，其次是 PCa，而对照组的多样性最低（Shannon 指数，p = 0.001）。Beta 多样性分析证实了 PCa 样本存在明显的聚类现象（p = 0.001），表明其组内变异性低于更具异质性的 BPH 和对照组。
• 分类组成：
  • PCa： 尿液由链球菌属（Streptococcus，13.45%）、加德纳菌属（Gardnerella，10.80%）和克雷伯氏菌属（Klebsiella，10.48%）主导。在物种水平上，阴道加德纳菌（Gardnerella vaginalis）和密切链球菌（Streptococcus mitis）较为显著。
  • BPH： 样本显示出更高丰度的促炎性厌氧或微需氧细菌，包括梭菌属（Fusobacterium，属水平为 16.4%）、普雷沃氏菌属（Prevotella，10.7%）和弯曲弧菌属（Campylobacter，7.43%）。
  • 对照组： 虽然多样性较低，但对照组相对于疾病组表现出埃希氏菌-志贺菌属（Escherichia-Shigella）的富集（p < 0.0001）。
• 化疗影响： 在 PCa 组内，化疗诱发了深刻的失调。化疗后样本显示变形菌门（Proteobacteria）显著增加（56.2% vs. 未治疗组的 29.8%），且厚壁菌门（Firmicutes）和放线菌门（Actinobacteria）减少。益生菌类群如晶梭乳杆菌（Lactobacillus crispatus）和柯氏棒状杆菌（Corynebacterium amycolatum）显著减少，而致尿路病菌如大肠埃希菌（Escherichia coli）和粪肠球菌（Enterococcus faecalis），以及机会性细菌如细长金氏营养胞菌（Finegoldia magna）和比维亚普雷沃氏菌（Prevotella bivia）则有所增加。
• 混杂因素： 尽管各组间年龄存在显著差异，但多变量分析表明，诊断结果（PCa vs. BPH vs. 对照）是驱动微生物组组成的主要因素，而非年龄。

意义与主张
作者声称，本研究提供了北非人群中前列腺疾病尿液微生物组动态的首个区域性概述。主要贡献包括：

1. 识别生物标志物： 研究识别出独特的微生物特征，即 PCa 富集加德纳菌属和克雷伯氏菌属，而 BPH 富集厌氧促炎类群如梭菌属和普雷沃氏菌属，这表明尿液微生物组是极具前景的非侵入性生物标志物，用于疾病分层。
2. 化疗效应： 研究强调化疗显著破坏了尿路生态系统，消耗了保护性细菌并增加了致尿路病菌的丰度，这可能会损害黏膜完整性并增加感染风险。
3. 治疗意义： 作者提出，基于微生物组的干预措施（特别是通过益生菌补充剂来恢复如乳杆菌等有益类群）可能有助于恢复微生物平衡，并支持前列腺疾病管理中的泌尿生殖健康。

局限性
作者承认研究存在若干局限性：样本量相对较小（特别是 PCa 和对照组部分）、缺乏追踪化疗前后微生物组变化的纵向数据、使用部分 16S rDNA 测序限制了物种水平的分辨率，以及缺乏关于可能进展为 PCa 的 BPH 患者的随访数据。尽管存在这些约束，该研究仍为这一特定人口统计学背景下的尿路失调与前列腺病理之间的联系奠定了基础。