基于“肠-肺轴”探讨肠道菌群与特发性肺纤维化的遗传因果关联及干预中药预测

目的 采用两样本、双向孟德尔随机化（Mendelian randomization,MR）探索与特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis,IPF）存在因果关联的肠道菌群及潜在机制,并预测对其具有调控作用的中药,探析“肠-肺轴”生物学基础并提供IPF中医药治疗方案。方法 利用MiBioGen和芬兰数据库获取肠道菌群和IPF的全基因组关联研究数据。以逆方差加权法为主要方法揭示肠道菌群与IPF的双向因果关联。采用Cochrane’s Q检验、留一法、MR-Egger-intercept和MR多效性残差及异质性检测法（mendelian randomization pleiotropy RESidual sum and outlier,MR-PRESSO）进行异质性检验、敏感性分析、水平多效性和离群值检验等质量控制。对单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms,SNPs）临近基因进行蛋白质-蛋白质互作（protein-protein interaction,PPI）分析以筛选核心基因,对核心基因进行功能富集分析以探索肠道菌群介导IPF发生的潜在机制。使用比较毒理基因组学数据库（the comparative toxicogenomics database,CTD）和Coremine数据库预测对核心基因具有潜在调控作用的化学成分与中药。统计预测中药的四气、五味、归经及功效。采用分子复合物检测模块（molecular complex detection,MCODE）对预测中药进行聚类分析,并筛选核心中药,分子对接验证核心基因与中药成分的结合能力。结果 正向MR分析发现牙孢杆菌纲（Bacilli）、厚壁菌纲（Negativicutes）、伯克霍尔德氏菌目（Burkholderiales）、Family XIII、活泼瘤胃球菌Ruminococcus gnavus、甲烷短杆菌属Methanobrevibacter和芬氏另枝菌Alistipes finegoldii肠道菌群与IPF呈正相关,艾森伯格氏菌属Eisenbergiella与IPF呈负相关。SNPs间无异质性、水平多效性和离群值,且敏感性良好。反向MR分析提示上述菌群与IPF不存在双向因果关联。获得了156个SNPs临近基因,通过PPI筛选前50个基因作为核心基因。核心基因主要富集在细胞衰老、鼠肉瘤（rat sarcoma,Ras）、磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol-3-hydroxykinase,PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B,Akt）等通路。通过CTD数据库获取到以槲皮素、山柰酚和脂多糖为代表的236个化学成分,基于化学成分使用Coremine数据库预测得到566味中药,四气以寒、温、平为主,五味以苦、甘、辛为主,归经以肝、肺经为主,脾、胃、肾经次之,功效以清热、补虚为主,兼以理气、活血、化痰止咳平喘等。MCODE将人参、生姜、姜黄、郁金确定为关键中药,分子对接显示上述中药成分与核心基因具有良好结合效能。结论 基于MR发现8种肠道菌群与IPF存在因果关联,其机制可能与细胞衰老、Ras、PI3K/Akt等通路异常相关。预测中药主要体现益气、理气、化痰、活血及解毒等治法。丰富了“肠-肺轴”生物学基础,深化了IPF的病因学认识,并为中医药调控肠道菌群防治IPF提供了新的方向。