《Frontiers in Nutrition》：Associations of colonic transit with the gut microbiota and short-chain fatty acids in health and irritable bowel syndrome
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已知肠道细菌可通过直接代谢活性影响短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFA）水平。结肠转运亦影响底物接触时间、发酵持续时间及SCFA吸收。但目前尚不清楚某些细菌是否通过改变转运而非仅通过直接作用间接影响SCFA水平，以及这种关联在
已知肠道细菌可通过直接代谢活性影响短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFA）水平。结肠转运亦影响底物接触时间、发酵持续时间及SCFA吸收。但目前尚不清楚某些细菌是否通过改变转运而非仅通过直接作用间接影响SCFA水平，以及这种关联在健康和肠易激综合征（irritable bowel syndrome, IBS）亚型之间是否存在差异。研究人员利用来自56名参与者[17名健康志愿者（healthy volunteers, HV）、15名便秘型IBS（IBS-C）和24名腹泻型IBS（IBS-D）]的并发粪便宏基因组、粪便SCFA和分段结肠转运测量数据，应用中介分析检验每个细菌分类群与SCFA水平的关联是否在统计学上由转运所中介。三个分类群显示出与至少一种SCFA的潜在转运中介关联：健康志愿者中的Faecalibacterium prausnitzii、IBS-C中的Bacteroides thetaiotaomicron和IBS-D中的Phascolarctobacterium succinatutens。对于F. prausnitzii，转运中介途径是与SCFA唯一可检测的关联。其余两个分类群B. thetaiotaomicron和P. succinatutens在转运中介效应之外，还显示出直接且不依赖转运的效应。此外，对直接非中介效应的分析识别出15个额外分类群（HV中5个，IBS-C中2个，IBS-D中8个），其与SCFA水平的关联无法由结肠转运解释。综上，这些发现提示结肠转运可能中介肠道细菌与SCFA水平之间的特定关联，且独立于细菌的直接代谢效应。然而，由于本研究为横断面设计，这些发现应被解释为统计学关联，而非已确立的生物学或方向性关系。此外，这是一项对单一相对较小队列的探索性事后分析，在确立这些发现的生物学或临床意义之前，需进行独立验证。
肠易激综合征（irritable bowel syndrome, IBS）是一种常见的肠-脑互动障碍，全球患病率约5%–10%，以反复腹痛和排便习惯改变为特征，依据粪便性状分为便秘型（IBS-C）、腹泻型（IBS-D）、混合型和未分类型。肠道菌群组成改变及微生物代谢产物异常被认为是IBS的重要病理生理机制。短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFA）包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，是厌氧微生物发酵的关键产物，可调节肠道稳态和免疫细胞分化。结肠转运可影响底物接触时间、发酵持续时间和SCFA吸收；既往研究发现较长转运时间与较低粪便SCFA相关，而加速转运可升高粪便丁酸盐。然而，特定细菌是否可能通过改变结肠转运间接影响SCFA水平，而非只能通过直接代谢作用，此前尚不清楚；这一问题在健康和不同IBS亚型中是否不同也未知。由于既往分析通过条件于转运时间来消除其影响，无法定量转运的中介贡献，因此研究人员基于前期队列数据，采用中介分析框架，分别评估健康志愿者（healthy volunteers, HV）、IBS-C和IBS-D中结肠转运对各菌属与粪便SCFA关联的潜在统计中介作用。
本研究为先前已发表队列的事后分析（post-hoc analysis），样本来自注册于ClinicalTrials.gov（NCT02981888）的单中心研究，共纳入56名参与者：17名HV、15名IBS-C、24名IBS-D，均具备同步粪便宏基因组、粪便SCFA和分段结肠转运数据。粪便菌群物种分类采用MetaPhlAn3，丰度估计采用两种独立方法：ANCOM-BC2偏差校正和中心对数比（centered log-ratio, CLR）转换。SCFA采用液相色谱-质谱法测定，结肠转运（总、右、横、左）采用放射性不透光标记法。统计上采用两阶段策略：第一阶段以单结局中介模型筛选候选分类群；第二阶段使用lavaan路径模型联合建模三种SCFA作为相关结局，计算特定间接效应（a×b），并以Bootstrap置换检验及留一法、检出阳性样本敏感性分析评估稳健性。
研究结果如下：
3.1 研究人群与转运时间特征
三组在年龄、性别、BMI方面无显著差异。IBS-C的总结肠、横结肠和左结肠转运时间中位数在数值上高于IBS-D，右结肠相等；但组间差异均未达统计学显著（总转运p=0.11，右结肠p=0.75，横结肠p=0.49，左结肠p=0.07）。总结肠转运与左结肠转运高度相关（r=0.89，p<0.001），右、横、左分段转运之间基本独立。
3.2 按分组的转运中介关联
3.2.1 健康志愿者（HV）
在HV中，第一阶段未发现经FDR校正显著的间接效应，但16个分类群以名义p<0.05进入第二阶段。最终仅Faecalibacterium prausnitzii在两种归一化方法下均显示经总结肠转运对丁酸盐的潜在中介作用：较高丰度与较快转运相关（a路径=-0.67，p=0.005），较快转运与较高丁酸盐相关（b路径=-0.73，p=0.003），间接效应为0.49（bootstrap p=0.023；置换p=0.005）；直接效应不显著（c'=-0.24，p=0.41），总效应亦不显著。CLR分析结果一致。留一法无符号翻转，置换检验支持，表明该分类群与SCFA的关联仅通过转运路径可检测。
3.2.2 便秘型IBS（IBS-C）
在IBS-C中，Bacteroides thetaiotaomicron显示通过左结肠转运对乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐均存在潜在中介效应，同时伴有相反方向的显著直接效应，形成“抑制模式”（suppressor pattern）。较高丰度与较长左结肠转运相关（a=0.70，p<0.001），较长转运与三种SCFA水平升高相关（b=0.93–1.06，p<0.05），产生显著正向间接效应（乙酸盐0.74，丙酸盐0.73，丁酸盐0.65）；直接效应均为负（c'分别-0.96、-0.84、-0.82），总效应不显著。两种归一化方法结果一致，且通过留一法和置换检验。另一分类群Prevotella sp. CAG:1031显示出通过右结肠转运对丁酸盐的间接效应，但其平均相对丰度仅0.0004%，仅4/15样本检出，故不被视为有生物学意义的发现。
3.2.3 腹泻型IBS（IBS-D）
在IBS-D中，5个分类群进入第二阶段选择标准，但经检出阳性样本敏感性分析后，仅Phascolarctobacterium succinatutens被保留为主要发现。该菌为不发酵糖、利用琥珀酸产丙酸的菌种，显示通过总结肠转运对乙酸盐和丙酸盐的潜在中介效应，且直接效应与间接效应同向，形成“增强模式”（reinforcing pattern）。较高丰度与较短转运相关（a=-0.32，p=0.008），较短转运与较高乙酸盐（b=-0.64，p=0.012）和丙酸盐（b=-0.51，p=0.070）相关，间接效应分别为0.21（p=0.013）和0.16（p=0.025）；直接效应对乙酸盐显著（c'=-0.57，p<0.001），总效应显著（-0.37，p=0.020）。该模式亦通过左结肠转运对乙酸盐重现。其余分类群（Bacteroides dorei、Coprococcus comes、Parasutterella excrementihominis、Prevotella copri）在检出阳性样本中未保持显著关联，故未纳入主要发现。
3.3 混杂因素调整敏感性分析
调整年龄、性别和BMI后，仅B. thetaiotaomicron的间接效应仍保持显著（3个分类群-节段-SCFA发现中有2个显著），F. prausnitzii和P. succinatutens的间接效应不再显著。研究人员认为该变化可能主要源于增加协变量后统计功效降低，但现有数据无法区分这一解释与真实关联改变。
讨论部分指出，这是首个正式检验结肠转运时间是否统计中介细菌丰度与粪便SCFA关联的研究。中介分析基于预先设定的有向无环图（directed acyclic graph, DAG），其生物学合理性在于细菌可能通过产生神经活性代谢物、与肠神经元互作或影响黏膜血清素信号来改变转运，而转运又影响底物接触时间、发酵和SCFA吸收；直接效应则可能反映细菌的直接代谢产物生成或底物利用。通过两种独立归一化方法、留一法、置换检验和检出阳性样本分析，共确定3个分类群的7个潜在转运中介关联，每种IBS亚型中各一个。F. prausnitzii表现为仅中介作用，B. thetaiotaomicron为抑制作用，P. succinatutens为增强作用，提示菌群-转运-SCFA关系的异质性。局限性包括：事后探索性分析，各组样本量仅15–24例；横断面设计不能确立因果关系，也不能排除反向或双向关系；药物使用和粪便性状等未测量混杂可能影响结果；缺乏绝对丰度数据；粪便宏基因组不能完全反映区域特异微生物生态。结论：结肠转运可能统计学中介特定肠道细菌与SCFA水平之间的关联，在健康和肠易激综合征中均存在，表明肠道运动是将微生物组与SCFA输出连接起来的一条途径，与细菌的直接代谢效应并存。这些发现是探索性的，反映统计学关联而非已确立的因果关系；需要在更大队列中进行独立验证，才能确立其生物学或临床意义。
