基于下一代测序的自闭症谱系障碍肠道微生物组多样性与代谢通路研究

《Scientific Reports》：Novel microbiota and the gut-brain axis in individuals with autism spectrum disorder

　　

摘要

自闭症谱系障碍（ASD）是一种复杂的神经精神障碍，其特征在于发育迟缓，通常表现为刻板重复行为。微生物组 - 肠 - 脑轴在决定 ASD 的潜在病因和病理生理学方面起着关键作用。样本收集自特殊教育中心，并由经验丰富的精神科医生评估 ASD 症状。本研究使用下一代测序（NGS）进行了两个阶段的研究；首先，对 16 名 ASD 个体和 4 名神经典型对照组的队列进行了扩增子测序，以分析肠道微生物组的多样性和组成。在第二阶段，对 10 名 ASD 个体进行了基于 NGS 的宏基因组测序。本研究的主要目标是识别新型和不可培养的微生物组及其代谢活动，以调查微生物组在自闭症及相关胃肠道紊乱中的潜在致病作用，并剖析肠道微生物组成的经典模式，以确定可能是造成这种破坏的共同微生物组。总体而言，在 20 个样本中获得了 11,191 个扩增子序列变异（ASVs），神经典型组（NT）的得分更高。NT 组的细菌 alpha 和 beta 多样性显著增加。在门水平上，厚壁菌门是主要的细菌，尽管它们的丰度因组而异。在属水平上，各组在 罗斯伯里氏菌属的丰度上存在显著差异，NT 组的值更高。在宏基因组测序结果中，主要界别包括细菌、病毒、古菌、真菌、后生动物、真核生物和未分类生物，并按其丰度排列。与芳香族氨基酸代谢（色氨酸和酪氨酸）相关的 KEGG 通路结果显示，编码在产生血清素和多巴胺的最后一步中起关键作用的酶的预测功能潜力降低，此外，产生细菌的丰度也较低。这表明血清素和多巴胺生物合成的基因组潜力降低，这主要观察到在 ASD 个体中。丙氨酸代谢通路的结果显示，预测功能潜力较高，同时产生细菌的丰度也较高。预测功能潜力的增加比其他通路更为显著，这导致 GABA 产生的潜力增加。这种预测功能趋势此前已在 ASD 个体中明显存在。宏基因组分析筛选了 281 个新型基因组，包括未分类细菌、未培养种、未培育种甚至未知生物。本研究揭示了 ASD 组和 NT 组之间微生物结构的轻微变化。一些 KEGG 通路似乎缺乏关键酶的预测功能潜力。关键因素可能是微生物组的代谢活动。