Gut microbiome and chronic kidney disease

Abstract

Introducció Els microbiomes intestinal, en sang i urinari poden alterar-se (degut a l'acumulació de toxines urèmiques, restriccions dietètiques, tractaments farmacològics, entre d'altres) a pacients amb malaltia renal crònica (MRC). Aquest fet pot contribuir a la inflamació crònica d'aquests pacients, incrementant el seu risc cardiovascular i la mortalitat, especialment en aquells en hemodiàlisi (HD) i en diàlisi peritoneal (DP). La calcificació vascular (CV) és una condició freqüent a la MRC i un factor de risc pel desenvolupament de malaltia cardiovascular, pel que la seva òptima estimació a pacients amb MRC podria ser molt valuosa. Objectius L'objectiu principal fou avaluar el microbioma humà a pacients amb MRC en teràpia renal substitutiva (HD o DP). Concretament caracteritzar el microbioma intestinal a HD, els microbiomes intestinal, en sang i urinari a DP. També avaluar la relació entre microbioma intestinal i tractament amb quelants del fòsfor a pacients en HD, així com avaluar la relació entre els microbiomes intestinal i en sang amb CV i risc de mortalitat a pacients en DP. Pacients i Mètodes Vam realitzar estudis a dues poblacions diferents de pacients amb MRC: - Pacients en HD: El microbioma intestinal de 12 pacients en HD fou analitzat i es van descriure els canvis comparant 2 grups segons la pressa d'acetat càlcic (AC) o sucroferric oxihidroxid (SFO), durant 20 setmanes. - Pacients en DP: Els microbiomes intestinal, en sang i urinari foren analitzats a 46 pacients en DP. A 44 dels 46 pacients es van valorar les diferències entre els microbiomes intestinal i en sang en associació amb la severitat de la CV (mesurada per l'Índex d'Adragao), i el risc de mortalitat (mesurat per l'Índex de comorbiditat de Charlson). Les comunitats microbiològiques foren analitzades mitjançant amplificació i seqüenciació de les regions V3-V4 del 16S rRNA. Resultats - Pacients en HD: Pel que fa a les variables clíniques i analítiques, no es trobaren diferències estadísticament significatives quan comparem grups AC i SFO. Analitzant el microbioma intestinal, vam observar que tots els pacients eren molt diferents entre ells (p = 0.001), i aquestes diferències es mantenien durant les 20 setmanes de tractament. Les mostres del mateix pacient clusteritzaven amb ell mateix, independentment del tractament administrat i de la setmana de tractament. - Pacients en DP: Els pacients en DP presentaven diferents perfils taxonòmics quan es comparaven microbiomes intestinal, en sang i urinari. El microbioma intestinal es trobava dominat per Bacillota i Bacteroidota, el microbioma en sang per Pseudomonadota i Actinomycetota, i el microbioma urinari per Bacillota, Actinomycetota i Pseudomonadota. El microbioma urinari es caracteritzava per una diversitat menor als microbiomes intestinal i en sang. S'observaren canvis relatius a taxes específiques comparant pacients en DP amb i sense CV, concretament a Coprobacter, Coprococcus 3, Lactobacillus i Eubacterium eligens a microbiota intestinal, i a Cutibacterium, Pajaroellobacter, Devosia, Hyphomicrobium i Pelomonas en sang. S'observà una associació entre CV i índex de mortalitat, i els pacients amb índex de mortalitat més elevat corroboraven els canvis a E. eligens intestinal i Devosia en sang. El factor soluble CD14 es correlacionava positivament amb la severitat de la CV, i valors superiors a 3.5 µg/mL s'associaven a un increment de Lactobacillus, Dermabacter i Gardnerella al microbioma urinari. Conclusions El tractament amb AC i SFO no modificava el microbioma intestinal a pacients en HD. Vam observar una correlació positiva entre CV i risc de mortalitat, i aquells pacients amb CV i amb risc de mortalitat més elevat presentaven canvis a E. eligens intestinal i a Devosia en sang. El factor soluble CD14 es va correlacionar positivament amb la severitat de la CV als nostres pacients en DP, i nivells més elevats es van associar a un increment de Lactobacilllus, Dermabacter i Gardnerell al urobioma.

Introducción Los microbiomas intestinal, en sangre y urinario pueden alterarse (debido a la acumulación de toxinas urémicas, restricciones dietéticas, tratamientos farmacológicos, entre otros) en pacientes con enfermedad renal crónica (ERC). Esto puede contribuir a la inflamación crónica y a un aumento del riesgo cardiovascular y la mortalidad de estos pacientes, especialmente en aquellos en hemodiálisis (HD) y diálisis peritoneal (DP). La calcificación vascular (CV) es una condición frecuente en la ERC y un factor de riesgo para el desarrollo de enfermedad cardiovascular, por lo que su óptima estimación podría ser muy valiosa.

Objetivos El objetivo principal fue evaluar el microbioma humano en pacientes con ERC en terapia renal sustitutiva (HD y DP). Concretamente caracterizar el microbioma intestinal en pacientes en HD, y los microbiomas intestinal, en sangre y urinario en pacientes en DP. Además de evaluar la relación entre el microbioma intestinal y el uso de quelantes del fósforo en pacientes en HD, así como evaluar la relación entre microbiomas intestinal y en sangre con CV y riesgo de mortalidad en pacientes en DP.

Pacientes y Métodos Se realizaron estudios en dos poblaciones diferentes de pacientes con ERC: - Pacientes en HD: El microbioma intestinal de 12 pacientes en HD fue analizado y se describieron los cambios comparando dos grupos según la toma de acetato cálcico (AC) o sucroférrico oxihidróxido (SFO), durante 20 semanas. - Pacientes en DP: Los microbiomas intestinal, en sangre y urinario fueron analizados en 46 pacientes en DP. En 44 de los 46 pacientes en DP se evaluaron las diferencias entre los microbiomas intestinal y en sangre y su asociación con la severidad de la CV (mediante el índice de Adragao) y con el riesgo de mortalidad (mediante el índice de comorbilidad de Charlson). Las comunidades microbianas fueron analizadas mediante la amplificación y secuenciación de las regiones V3-V4 del 16S rRNA.

Resultados - Pacientes en HD: En cuanto a las variables clínicas y analíticas, no observamos diferencias estadísticamente significativas comparando grupos AC y SFO. Cuando analizamos microbioma intestinal, encontramos que todos los pacientes eran diferentes entre ellos (p = 0.001), y que estas diferencias se mantenían durante las 20 semanas de tratamiento. Las muestras del mismo paciente clusterizaban consigo mismo, independientemente del tratamiento administrado y de la semana de tratamiento. - Pacientes en DP: Los pacientes en DP presentaban perfiles taxonómicos distintos comparando intestino, sangre y orina. El microbioma intestinal fue dominado por Bacillota y Bacteroidota, en sangre por Pseudomonadota y Actinomycetota, y el urobioma por Bacillota, Actinomycetota y Pseudomonadota. El urobioma se caracterizaba por una diversidad menor comparando con los microbiomas intestinal y en sangre. Cambios relativos fueron observados en taxas específicas comparando pacientes con CV con aquellos sin CV, concretamente en Coprobacter, Coprococcus 3, Lactobacillus, y Eubacterium eligens en el microbioma intestinal, y en Cutibacterium, Pajaroellobacter, Devosia, Hyphomicrobium, y Pelomonas en sangre. CV se correlacionó positivamente con riesgo de mortalidad, y los pacientes con índices de mortalidad más elevados corroboraron los cambios observados en E. eligens intestinal y Devosia en sangre. El factor soluble CD14 se correlacionó positivamente con la severidad de la CV, y valores superiores a 3.5 µg/ml se relacionaron con un incremento de Lactobacillus, Dermabacter, y Gardnerella en el urobioma.

Conclusiones El tratamiento con AC y SFO no modificaba el microbioma intestinal en pacientes en HD. Observamos una correlación positiva entre CV y riesgo de mortalidad, y aquellos pacientes con CV y con riesgos de mortalidad más elevados presentaban cambios en E. eligens intestinal y Devosia en sangre. El factor soluble CD14 se correlacionó positivamente con la severidad de la CV en nuestros pacientes en DP, y niveles más elevados se asociaron con un incremento de Lactobacilllus, Dermabacter y Gardnerella en el urobioma.

Introduction Gut, blood, and urinary microbiomes can be altered (due to uremic toxins accumulation, dietary restrictions, or drugs, among others) in patients with chronic kidney disease (CKD). This may contribute to chronic inflammation and increases cardiovascular risk and mortality, especially in those undergoing hemodialysis (HD) and peritoneal dialysis (PD). Vascular calcification (VC) is a frequent condition in CKD and a well-established risk factor for the development of cardiovascular disease and its assessment in CKD patients could be very valuable.

Objectives The main objective was to evaluate the human microbiome in CKD patients on renal replacement therapy (HD and PD). Specifically, to characterize the gut microbiome in HD patients, and the gut, blood, and urinary microbiomes in PD patients. Also to evaluate the relation between the gut microbiome and phosphate binders treatment in HD patients, and between the gut and blood microbiomes and VC and mortality risk in PD patients.

Patients and Methods For this thesis, studies were performed in two different CKD populations: - CKD patients on HD: The gut microbiome of 12 HD patients was analyzed and described the changes between taking calcium acetate (CA) and sucroferric oxyhydroxide (SFO), in a 20-weeks follow-up. - CKD patients on PD: The gut, urinary, and blood microbiomes were analyzed in 46 PD patients. In 44 of the 46 PD patients, we evaluated differences in the gut and blood microbiomes in association with the severity of VC (by Adragao score), and mortality risk (by Charlson Comorbidity Index). The microbiome communities were analyzed by amplification and sequencing of the V3-V4 region of the bacterial 16S rRNA gene.

Results - CKD patients on HD: Regarding clinical variables and laboratory parameters, no statistically significant differences were observed between CA or SFO. When analyzing the gut microbiome, we found that all HD patients were different among themselves (p = 0.001), and these differences were kept along the 20 weeks of treatment. The clustering analysis in microbial profiles grouped the samples of the same patient independently of the treatment followed and the week of treatment. - CKD patients on PD: PD patients presented distinct taxonomic profiles among gut, blood, and urine. Gut microbiome was dominated by Bacillota and Bacteroidota, blood microbiome was dominated by Pseudomonadota and Actinomycetota, and urobiome was dominated by Bacillota, Actinomycetota, and Pseudomonadota. Also, urobiome was characterized by a lower Shannon diversity than gut and blood microbiomes. Relative changes were observed in specific taxa between PD patients with and without VC, namely Coprobacter, Coprococcus 3, Lactobacillus, and Eubacterium eligens in the gut microbiome, and Cutibacterium, Pajaroellobacter, Devosia, Hyphomicrobium, and Pelomonas in the blood. An association between VC and all-cause mortality risk in PD patients was also observed, and patients with higher mortality risk corroborate the changes of E. eligens in the gut and Devosia in the blood. Soluble CD14 (sCD14) was positively correlated with VC severity, and more than 3.5 µg/mL sCD14 levels were related to an increase in Lactobacillus, Dermabacter, and Gardnerella in the urobiome.

Conclusions The present work describes the gut microbiome of a group of HD patients and the gut, blood, and urinary microbiomes of another group of PD patients. We could conclude that the treatment with CA and SFO does not modify the gut microbiome in HD patients. We found a positive correlation between VC and all-cause mortality risk and those patients with VC and higher mortality risk presented changes in E. eligens in the gut and Devosia genus in the blood. SCD14 was positively correlated with VC severity in our PD patients and higher sCD14 levels were related to an increase in Lactobacilllus, Dermabacter, and Gardnerella in the urobiome.