Background: Exocrine pancreatic insufficiency (EPI) is a critical host factor in determining the composition of the gut microbiota. Diseases that cause exocrine insufficiency can affect the gut microbiome, which can potentiate disease progression and complications. To date, the relationship of exocrine insufficiency in various pancreatic (PA) pathologies, in chronic pancreatitis (CP), with dysbiotic changes in the intestinal microbiota (IM) has not been reliably studied. The available data are heterogeneous and contradictory, which determines the need for further research.
Aim: To conduct a comparative analysis of the taxonomic composition of the intestinal microbiota in patients with CP of various etiologies, without or with the presence of EPI of varying severity, as well as patients with severe EPI with a history of surgical intervention (SI) on the pancreas.
Materials and methods: A total of 85 patients were included in the study. Patients were divided into groups according to the severity of EPI: Group 1 (n=16) - patients with CP without EPI; Group 2 (n=11) - patients with CP and mild EPI; Group 3 (n=17) - patients with severe CP and EPI; Group 4 (n=41) - severe EPI in persons with a history of SI on the pancreas. Verification of CP was carried out according to clinical, anamnestic and instrumental data. The degree of EPI was determined by the level of pancreatic elastase-1 (PE-1) feces. Informed consent for the study was obtained for each patient, an anamnesis was collected, physical and laboratory examinations were performed, and a stool sample was obtained. DNA was extracted from each stool sample, the taxonomic composition of BM was determined by sequencing the bacterial 16S rRNA genes, followed by bioinformatic analysis.
Results: We followed the changes in the gut microbiota from a group of patients with CP without EPI to a group with severe EPI, in those who underwent SI. At the level of the phylum, the IM of all groups showed the dominance of Firmicutes, with the lowest representation in the severe EPI group, both with SI and CP, and the growth of the Actinobacteria, Verrucomicrobiota and Fusobacteria types. The differential representation of childbirth varied: in patients with severe EPI and CP, compared with mild, statistically significant genera - Akkermansia, Ruminococcus gauvreauii group and Holdemanella; compared with CP without exocrine insufficiency, Prevotella, Ruminococcus gauvreauii group, Peptostreptococcus and Blautia dominated. The CP group with mild EPI was dominated by the following genera: Lachnospiraceae_ND 2004 group, Faecalitalea, Fusobacterium, Catenibacterium, Roseburia, Atopobium, Cloacibacillus, Clostridium innococum group, Ruminococcus torques group. All groups showed a low diversity of taxa with a predominance of opportunistic flora, including participants in oncogenesis.
Conclusion: The results of the study show that patients with CP of various etiologies and patients with severe EPI who underwent specific intervention on the pancreas have intestinal microbiota dysbiosis, the severity of which is significantly influenced by the degree of EPI.
Обоснование. Экзокринная функция поджелудочной железы (ПЖ) является критическим фактором хозяина в определении состава кишечной микробиоты (КМ). Экзокринная недостаточность ПЖ (ЭНПЖ) может влиять на КМ, что может потенцировать прогрессирование основного заболевания и развитие осложнений. До настоящего времени недостаточно изучена связь ЭНПЖ при различных патологиях ПЖ с дисбиотическими изменениями КМ. Имеющиеся данные неоднородны и противоречивы, что определяет потребность дальнейших исследований. Цель. Провести сравнительный анализ таксономического состава КМ пациентов с хроническим панкреатитом (ХП) различной этиологии, без или с наличием ЭНПЖ различной степени тяжести, а также пациентов с тяжелой степенью ЭНПЖ, имеющих в анамнезе оперативное вмешательство (ОВ) на ПЖ. Материалы и методы. Всего в исследование включены 85 пациентов. Пациенты определены в группы в соответствии со степенью тяжести ЭНПЖ: 1-я группа (n=16) – пациенты с ХП без ЭНПЖ; 2-я группа (n=11) – пациенты с ХП и наличием ЭНПЖ легкой степени; 3-я группа (n=17) – пациенты с ХП и ЭНПЖ тяжелой степени; 4-я группа (n=41) – ЭНПЖ тяжелой степени у лиц с ОВ на ПЖ в анамнезе. Верификация ХП осуществлялась по клинико-анамнестическим и инструментальным данным. Степень ЭНПЖ определялась уровнем панкреатической эластазы-1 кала. Для каждого пациента получены информированное согласие на исследование, собран анамнез, проведены физикальное, лабораторное обследования, получен образец кала. Из каждого образца кала экстрагировали ДНК, посредством секвенирования генов бактериальной 16S рРНК определяли таксономический состав КМ с последующим биоинформатическим анализом. Результаты. Мы проследили изменения КМ от группы пациентов с ХП без ЭНПЖ до группы с тяжелой ЭНПЖ, в частности у лиц, перенесших ОВ. На уровне филума КМ всех групп показала доминирование Firmicutes, с наименьшей представленностью в группе тяжелой ЭНПЖ, как с ОВ и с ХП, и доминированием типов Actinobacteria, Verrocomicrobiota и Fusobacteria. Дифференциальная представленность родов варьировала: у пациентов с тяжелой ЭНПЖ и ХП в сравнении с легкой степенью статистически значимые рода – Akkermansia, Ruminococcus gauvreauii group и Holdemanella в сравнении с ХП без ЭНПЖ, где доминировали Prevotella, Ruminococcus gauvreauii group, Peptostreptococcus и Blautia. В группе ХП с легкой ЭНПЖ доминировали рода: Lachnospiraceae_ND 2004 group, Faecalitalea, Fusobacterium, Catenibacterium, Roseburia, Atopobium, Cloacibacillus, Clostridium innococum group, Ruminococcus torques group. Все группы продемонстрировали превалирование условно-патогенной флоры, в том числе участников онкогенеза. Заключение. Результаты исследования показывают, что пациенты с ХП различной этиологии и пациенты с тяжелой ЭНПЖ, перенесшие ОВ на ПЖ, имеют дисбиоз КМ, на выраженность которого, вероятно, оказывает влияние степень ЭНПЖ.
Keywords: 16S rRNA; chronic pancreatitis; exocrine pancreatic insufficiency; intestinal microbiota.