전신성 홍반성 루푸스 산모 및 그 신생아의 마이크로바이옴 분석

Abstract

국문 요지

전신성 홍반성 루푸스 산모 및 그 신생아의 마이크로바이옴 분석

목적: 여성의 장과 생식기관에 존재하는 마이크로바이옴(microbiome)은 서로 지속적으로 상호 작용을 하는 매우 복잡한 생물학적 생태계이다. 여성 생식기관의 마이크로바이옴은 임신 및 분만 중 수직 전파를 통해 신생아에게 영향을 줄 수 있다. 그러므로 생후 초기에 형성된 신생아의 장 마이크로바이옴은 급성 질환 및 향후 장기적 뇌신경발달 등에 중요하다고 볼 수 있다. 여성에서 호발하는 대표적인 자가 면역 질환 중 전신성 홍반성 루푸스(systemic lupus erythematosus, SLE)의 발병 기전으로는 유전적 요인과 환경적 요인이 모두 관여하는 것으로 추정되고 있다. 최근 SLE 환자들에게서 장내 미생물 교란(gut dysbiosis)이 관찰되면서 장내 미생물이 SLE 발병에 관여한다는 가설이 떠오르고 있다. 따라서, 본 연구에서는 SLE 산모의 질과 대변 및 그 산모들에게서 출생한 신생아의 대변 마이크로바이옴을 조사하여, 산모의 질과 대변에서 어떤 차이를 보이는지, 신생아의 대변에는 어떤 영향을 미치는지, 그리고 신생아의 대변이 산모의 질과 대변중 어떤 부위와 더 밀접한 연관이 있는지, 나노포어와 이온 토렌트 염기서열 분석방법에 따라 어떤 차이가 있는지 알아보고자 한다.

방법: 2021년 7월부터 2023년 3월까지 한양대학교병원 산부인과, 신생아중환자실, 그리고 신생아실에 입원한 산모와 신생아 중 동의를 얻은 총 30쌍의 산모-신생아를 대상으로 하였다. 총 30쌍 중 8쌍은 SLE, 22쌍은 기저질환이 없는 대조군(CON)이었다. 마이크로바이옴은 산모의 질, 대변과 신생아의 대변 샘플을 채취하여 분석하였다. 모든 샘플은 나노포어 시퀀싱을 시행하였고, 산모 및 신생아의 대변 샘플은 이온 토렌트 시퀀싱도 추가로 시행하였다. 대상자의 인구통계학적 정보 및 항생제 노출, 분만 방법, 모유 수유 여부 등을 함께 조사하였다. 산모의 질, 대변 샘플 수집은 출산 전 1개월 이내, 신생아의 대변 수집은 출생 후 7일 이내와 1개월 이내에 각 한 번씩 시행하였다. 수집된 대변은–80 °C의 초저온 냉동고에 보관되었다. 냉동 보관된 샘플을 해동한 뒤 DNA를 추출하였으며, 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)을 통해 박테리아의 16S rRNA 유전자를 증폭했다. 이후 나노포어 시퀀싱 및 이온토렌트 시퀀싱을 통해 라이브러리를 준비하였으며, 생물정보학 분석을 통해 분류학적 수준의 프로파일을 비교하였다. 알파 다양성은 rooted tree phylogeny를, 베타 다양성은 주 좌표 분석(principal coordinate analysis, PCoA)을 사용하여 분석했으며, PICRUSt2 분석을 통해서는 기능적 경로의 상대적 풍부도를 확인하였다.

결과: 최종적으로 30쌍의 산모-신생아로부터, 71개의 샘플을 분석하였다. 평균 재태기간은 38.1 ± 1.25주, 평균 체중은 2,914 ± 363 gram이었다. 산모 질내 마이크로바이옴의 분석결과 전반적으로 Lactobacillus 속(Genus)이 많이 관찰되었다. Lactobacillus crispatus와 Lactobacillus gasseri를 합쳤을 때, 33.2% vs 76.0% (p < 0.0001)로, SLE 산모가 CON 산모에 비해 두 Lactobacillus 종의 합이 줄어들어 있는 결과를 확인할 수 있었다. 산모의 대변 마이크로바이옴은 문(Phylum) 수준에서, SLE 산모는 CON 산모보다 Firmicutes는 53.6% vs 76.3%로 줄어들고(p = 0.0304), Bacteroidota는 21.1% vs 8.11%로 유의미하지는 않지만 늘어나는 경향(p = 0.1681)을 확인할 수 있었다. 신생아의 대변 마이크로바이옴은 위와 같이 산모의 대변에서 보여지는 차이가 나타나지 않았다. 알파 다양성 분석에서 SLE 산모의 대변은 CON 산모의 대변과 차이를 보였지만, 신생아의 대변 샘플은 차이가 나타나지 않았다. 베타 다양성 분석 중 Jensen-Shannon 분석 방법에서는 신생아의 대변이 엄마의 질과 좀 더 가까웠고, Jaccard 분석 방법에서는 엄마의 대변과 좀 더 가까웠다. PICRUSt2 분석 결과로는 SLE 산모 질에서 젖산 발효 경로들의 합이 줄어들어 있었다. SLE 산모의 대변에서 butanoate 합성 경로를 포함한 몇 가지 경로가 늘어 있었고, 산모의 대변에서 차이를 보이는 경로는 신생아의 대변에서는 차이가 없었다. 나노포어는 이온 토렌트에 비해 문 및 속 수준에서 우점되는 균들이 더 증폭되는 결과를 보였다.

결론: 본 연구는 최초로 나노포어 및 이온 토렌트 시퀀싱을 이용하여 정상 산모와SLE 산모의 대변 및 질 그리고 그 신생아의 마이크로바이옴 군집을 비교하였다. SLE 산모의 질에서 유익균인 Lactobacillus가 적은 특징이 있었다. 그리고 SLE 산모의 대변은 Firmicutes가 유의미하게 적었으며, Bacteroidota와의 비율이 정상 산모에 비해 낮은 것을 확인할 수 있었다. SLE 산모에게서 태어난 신생아의 대변에서는 산모의 대변에서 보이는 특징이 나타나지 않았으며, 알파 다양성 분석에서는 신생아 대변 두 군간 차이가 없었고, 베타 다양성 분석에서는 산모 대변 및 질과 유의미한 차이를 보였다. 본 연구를 시작으로 다양한 산모-신생아 질환에 따른 마이크로바이옴에 관한 후속 연구를 계획 중이다.