Characterization of Vaginal Microbiome Associated with Vulvodynia Established by Metagenomic Sequencing

Abstract

Vulvodynia is a complex disorder that is characterized by chronic pain or discomfort involving the vulva for more than three months without objective clinical or laboratory findings to account for these symptoms. Until now, there has been no universally accepted cause of vulvodynia, and the underlying mechanism remains unclear. Our study aimed to compare the microbial compositions of the vestibule and vagina to provide clues to the etiology of vulvodynia. Vestibular and vaginal swabs were collected from vulvodynia patients (n = 22) and age-matched healthy controls (n = 22) with no symptoms of vulvar pain. The compositions of bacterial microbiomes were compared by pyrosequencing of the 16S rRNA gene to establish the characteristics of the vaginal microbiome. A total of 1,661,934 high-quality pyrosequencing reads was obtained to evaluate bacterial diversity, and 50,246 unique sequences represented all phylotypes. The type and mean number of the genera were similar between the vulvodynia and control groups. However, differences were observed in the most predominant phyla of bacteria in the vestibule and vagina. Furthermore, three phyla (Firmicutes, Actinobacteria, and Tenericutes), and 11 genera including Gardnerella, Ureaplasma, Achromobacter, Mycoplasma and Bifidobacteria were significantly more prevalent in the vulvodynia group than in the control group (p < 0.05). Linear discriminant analysis effect size (LEfSe) analysis revealed that Bifidobacterium, Mycoplasma, and Fenollaria species are potential molecular markers for the clinical diagnosis of vulvodynia. A difference was observed in the vaginal microbiomes of the vulvodynia and control groups. These results provide an important background for future longitudinal studies on the management, modulation, and restoration of homeostasis of the vaginal microbiome in vulvodynia. ;연구배경: 만성외음부통증은 외음부에 불에 타는 듯한, 찌르는 듯한, 자극적인, 욱신거리는 증상, 갉아내는 듯한 증상이 3개월 이상 지속되나 육안적 이상이 관찰되거나 임상적으로 특정한 신경학적 장애가 확인되지 않는 경우 만성적인 외음부 통증 혹은 불편감으로 정의된다. 그 원인이나 병태생리가 아직 규명되지 않았으나, 최근 연구에 따르면 피부염이나 진균감염, 반복적인 세균감염이 결국 반복적인 조직의 염증변화를 유발하여 만성외음부 통증으로 진행한다는 보고들이 있다. 만성외음부통증은 진단 및 치료가 어려운 질환중의 하나로써, 아직까지 명확한 원인균은 밝혀지지 않았으며, 따라서 배양이 불가능한 미생물의 군집까지 확인할 수 있는 Metagenomics 방법을 이용하여 만성외음부통증을 유발하는 원인 미생물을 확인해보고자 한다. 실험방법: 만성외음부통증 환자 22명과 나이를 짝지은 정상 대조군 22명의 질전정구와 질 분비물을 면봉으로 채취하여 16S rRNA에 기반한 파이로시퀀싱 분석기법을 이용하여 질내 미생물 군집구조 및 분포의 차이를 연구하였다. 만성외음부통증은 외음부통증이 3개월 이상 지속되나 육안적 이상이 관찰되거나 임상적으로 특정한 신경학적 장애가 확인되지 않는 경우로 진단하였고, 정상 대조군은 18세 이상이며 한달이내 항생제 또는 호르몬제 사용의 과거력이 없으며 현재 질의 세균 및 바이러스 감염이 없는 대상자를 포함하였다. 파이로시퀀싱 분석으로 얻은 데이터는 Fast UniFrac와 Principal coordinate analysis (PCoA)를 이용하여 분석하였고, 두 군간의 차이를 알아보기 위해 XOR analysis를 이용하였다. 실험결과: 16S rRNA에 기반한 파이로시퀀싱 분석기법을 이용하여 총 1,661,934 리드와 269개의 OTU를 얻을 수 있었다. 미생물 군집의 종류 및 분포의 다양성은 만성외음부통증군과 대조군에서 비슷한 양상을 보였다. 하지만 각 군의 우세한 미생물 군집은 차이를 보였는데 3가지 문(phylum)과 11가지의 속(genus)이 유의한 차이를 보였다. 특히 가드넬라, 유레아플라즈마, 아크로모박터, 마이코플라스마, 비피도박테리아는 만성외음부통증 환자에서 유의하게 증가되어 있었다. 또한 만성외음부통증의 진단적 바이오마커의 가능성을 알아보기 위해 시행한 선형 판별 분석결과 비피도박테리아, 마이코플라즈마, 페놀라리아 속이 만성외음부통증과 유의한 연관성을 보였다. 결론: 질내 세균총의 변화는 만성외음부통증의 발현에 중요한 역할을 수행하고 있음을 알 수 있었다. 또한 특정 세균총이 만성외음부통증 진단의 바이오마커로서의 가능성을 보여주었다. 따라서 추후 질내 세균총의 항상성의 변화와 만성외음부통증과의 기능적 연관성을 밝히기 위한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.