粪便-血浆-尿液多组学整合分析揭示儿童克罗恩病活动期与缓解期的代谢-微生物互作全景图谱

本研究针对儿童克罗恩病（CD）活动期与缓解期缺乏系统性分子标志物的问题，首次整合粪便（微生物群、蛋白质组、代谢组）、血浆代谢组和尿液代谢组六大数据集，构建多组学模型（AUC=0.80）。发现粪便菌群（贡献度40%）与代谢物（22%）是核心判别因子，揭示瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）、普拉梭菌（Faecalibacterium）及嘌呤代谢通路在疾病缓解中的关键作用，并首次报道细菌代谢物羟苯乳酸（hydroxyphenyllactic acid）与肠道真菌的跨腔室互作。该研究为CD精准诊疗提供新靶点，凸显多腔室整合策略的必要性。

　　

论文解读

克罗恩病（Crohn's Disease, CD）是一种累及胃肠道的慢性炎症性疾病，儿童患者常面临生长迟缓和反复发作的困境。当前临床依赖粪便钙卫蛋白（fecal calprotectin）和儿童克罗恩病活动指数（PCDAI）评估疾病状态，但二者与内镜下炎症程度相关性弱，且儿童群体难以频繁接受侵入性检查。尽管微生物群、代谢物等单一组学研究揭示了CD的部分机制，但局限于单一腔室或组学层的数据难以捕捉疾病全貌。

为解决这一挑战，荷兰阿姆斯特丹大学医学中心（Amsterdam University Medical Center）的研究团队首次对58名儿童CD患者开展粪便、血浆和尿液三腔室的六组学整合分析（粪便菌群/真菌/蛋白质/代谢组、血浆代谢组、尿液代谢组），构建机器学习模型区分活动期（粪钙卫蛋白>250 mg/kg, n=31）与缓解期（<250 mg/kg, n=27），相关成果发表于《Communications Medicine》。

关键技术方法
研究采用跨腔室样本多组学检测：

1. 微生物分析：粪便V3-V4区16S rRNA和ITS1测序（MiCA平台）；
2. 代谢组学：粪、血、尿液的亲水相互作用色谱-高分辨质谱（HILIC-HRMS）；
3. 蛋白质组学：粪便水相经磁珠法（STrap）富集后，通过捕获离子淌度飞行时间质谱（TIMS-TOF Pro）分析；
4. 数据整合：采用流形混合堆叠正则化模型（Manifold Mixing for Stacked Regularization）进行特征选择与交叉验证。

研究结果

1. 粪便微生物群在活动期呈现更高异质性

2. 三腔室代谢物与蛋白的疾病特异性变化

• 粪便代谢组：活动期氧化型谷胱甘肽（氧化应激标志）及支链氨基酸升高，缓解期维生素B3/B6富集（图1g）；
• 粪便蛋白质组：活动期乳铁蛋白（LF）、α-2-巨球蛋白（A2M）等炎症蛋白上调，缓解期钙粘蛋白1（CDH1）、硒结合蛋白1（SELENBP1）等上皮屏障蛋白升高（图1j）；
• 血浆代谢组：缓解期肌酸水平升高（图1h），提示肠道上皮能量代谢修复。

3. 多组学模型揭示核心判别因子与互作网络

粪便代谢物（22%）>粪便蛋白（16%）>血浆代谢物（12%）>真菌（6%）>尿液代谢物（4%）。'>
互作网络分析（图2c-f）发现：

• 跨腔室关联：尿液中细菌来源的抗真菌代谢物羟苯乳酸与4种未分类真菌OTUs正相关；
• 菌群-宿主互作：牛磺酸与普拉梭菌CM04-06、毛螺菌科UGG004协同上调，激活脂肪酸结合蛋白1（FABP1）介导的胆汁酸代谢通路；
• 蛋白-菌群调控：乳铁蛋白（LF）与柯林斯菌属（Collinsella）负相关，体外实验证实乳铁蛋白促进柯林斯菌生长（补充图7b），暗示其通过铁离子利用影响菌群。

4. 嘌呤代谢独立于药物作用的缓解期标志

单细胞RNA测序验证（图5）：CD患者肠道黄嘌呤脱氢酶（XDH）表达上调，催化黄嘌呤→尿酸并产生活性氧，与粪便氧化型谷胱甘肽升高呼应。

结论与意义
本研究通过三腔室多组学整合，突破单一组学局限：

1. 机制创新：发现嘌呤代谢（独立于硫嘌呤药物）和菌群-宿主互作（如普拉梭菌-牛磺酸-FABP1轴）是缓解期核心标志；
2. 诊疗价值：为无创监测提供多参数模型（粪菌+粪代谢物贡献度达62%），并提示乳铁蛋白、羟苯乳酸等作为干预靶点；
3. 方法论贡献：确立多腔室整合策略在复杂疾病研究中的必要性，40%的关键特征需跨组学/腔室关联才能解析。

该研究为儿童CD的精准分型和治疗提供新视角，未来需扩大队列验证靶点并探索菌群代谢物（如肌苷）的免疫调节机制。