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炎症性肠病（IBD）患者肠道微生物组研究中，其网络属性对丰度变化的敏感性尚不明确。研究人员利用 KINDRED 和 PRISM 队列数据构建微生物网络，发现网络属性对丰度变化敏感，这为 IBD 治疗及微生物组研究提供重要参考。
在生命的微观世界里，肠道微生物组如同一个神秘而复杂的生态系统，与人体健康息息相关，尤其是在炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease，IBD）的发生和发展过程中扮演着关键角色。然而，这个微观世界充满了变数，微生物组数据的固有变异性给相关研究带来了诸多挑战。一方面，微生物组数据的来源广泛，包括个体内在差异、样本处理和实验室操作的不同，以及个体日常饮食和其他环境因素的影响，这些因素导致数据变异性大，使得后续的统计分析可靠性降低。另一方面，在微生物组研究中，网络分析作为一种强大的工具逐渐兴起，它通过将微生物类群视为节点，以它们之间的关联作为边来构建网络，帮助研究者探索微生物群落之间的关系。但目前对于网络属性在面对微生物组数据变异性时的敏感性，人们了解甚少。在这样的背景下，为了深入探究微生物组网络属性对丰度变化的敏感性，以及这些属性能否准确反映 IBD 患者的微生物组特征，来自德国基尔大学等研究机构的研究人员开展了一项重要研究。该研究成果发表在《Computational and Structural Biotechnology Journal》上，为 IBD 的研究和治疗开辟了新的视角，具有重要的理论和实践意义。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，使用了 KINDRED 队列（德国基尔炎症性肠病家庭队列研究）和 PRISM 队列（马萨诸塞州总医院炎症性肠病前瞻性注册研究）的数据，其中 KINDRED 队列包含 522 名 IBD 患者和 365 名健康对照，PRISM 队列包含 42 名 IBD 患者和 42 名健康对照。其次，基于 16S rRNA 基因丰度数据，利用 NetCoMi R 包构建微生物相关网络，通过设定特定的筛选标准对数据进行预处理，并多次重复网络构建过程以减少技术变异性。最后，计算网络的全局和局部属性，包括聚类系数、模块化、正边百分比等多种指标，并通过调整特定属的丰度来评估网络属性的敏感性。
研究结果
- 队列特征：KINDRED 队列规模较大，统计检验显示病例组和对照组在性别、年龄和 BMI 方面存在显著差异；PRISM 队列规模较小，未观察到这些差异。
- 枢纽节点的识别：通过介数、接近度和度中心性等概念定义枢纽节点，发现文献中的枢纽节点与病例网络中的枢纽节点更为相似。
- 局部网络属性的敏感性：通过计算 Jaccard 指数比较不同网络间的局部属性，发现 KINDRED 和 PRISM 队列趋势相似，均在丰度变化为 0% 时 Jaccard 指数最高。KINDRED 队列中，基于介数中心性的 Jaccard 指数受影响最大，平均下降约 50%；PRISM 队列中，正丰度变化导致基于介数中心性的 Jaccard 指数平均下降 50%。总体上，Jaccard 指数对正丰度变化和负丰度变化的响应不同。
- 全局属性的敏感性：分析网络的全局属性发现，KINDRED 队列中病例网络和对照网络的全局属性差异明显，对照网络属性对丰度变化更敏感；PRISM 队列波动较大，趋势不明显。两个队列的网络属性对微小丰度变化都很敏感，不同全局属性对正负丰度变化的敏感性存在差异。
- KINDRED 队列子集采样时局部和全局属性的敏感性：对 KINDRED 队列进行子集采样分析，发现网络属性变异性增加，但大多数属性的总体平均值相对稳定。与未进行子集采样的网络相比，病例组和对照组的区分度降低，部分属性的变化趋势发生改变。
- 修改非枢纽属时局部和全局属性的敏感性：对 KINDRED 队列中修改非枢纽节点的分析表明，局部网络属性的 Jaccard 指数对负丰度变化不敏感，对正丰度变化敏感；全局网络属性对非枢纽属丰度变化的敏感性与枢纽属相似，但更稳定。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了微生物网络属性对丰度变化的敏感性。局部网络属性方面，介数中心性对枢纽属丰度变化敏感，非枢纽属的变化则呈现出不同模式。全局网络属性在病例和对照网络中存在差异，病例网络相对稳定，这可能对 IBD 治疗产生影响，暗示传统治疗干预可能难以改变 IBD 患者的微生物组。此外，子集采样增加了网络属性的变异性，且疾病状态影响网络对采样的响应。研究还发现网络属性对非枢纽属丰度减少更敏感，在解释网络分析结果时需谨慎，应考虑多种变异性来源。同时，研究也存在一定局限性，如未全面探索其他节点修改策略、数据集不完全符合传统病例对照研究、仅使用 16S rRNA 基因数据等。尽管如此，该研究为 IBD 的微生物组研究提供了重要信息，强调了在治疗中恢复关键微生物属的重要性，为未来的研究和干预策略设计提供了方向，有助于推动 IBD 治疗和微生物组研究的进一步发展。
