儿童起病型多发性硬化中的肠道微生物组与体力活动关联研究

《Multiple Sclerosis and Related Disorders》：Gut Microbiome and Physical Activity in Paediatric-Onset Multiple Sclerosis

　　

目的：探讨儿童起病型多发性硬化（paediatric-onset multiple sclerosis, POMS）青少年与单相脱髓鞘综合征（monophasic demyelinating syndromes, mono-ADS）及未受影响对照（unaffected controls, UC）中，体力活动（physical activity, PA）与肠道微生物组多样性和组成之间的关联，并比较活跃与不活跃的POMS患者。

方法：研究纳入来自加拿大儿童脱髓鞘疾病研究的37名POMS青少年、40名mono-ADS患者和36名UC。粪便样本进行16S rRNA测序。PA采用Godin闲暇时间运动问卷评估，并作为连续变量（总PA、中等至剧烈PA、剧烈PA）和二分类变量（活跃vs.不活跃）进行分析。采用基于置换的线性回归和PERMANOVA评估α多样性（Shannon、Simpson、Chao1）和β多样性（UniFrac、Bray–Curtis），并调整年龄、性别和BMI。LEfSe用于识别差异丰度分类群，Spearman相关分析评估其与PA的关联。

结果：未观察到α多样性的差异。在POMS中，总PA与UniFracβ多样性呈适度关联（R2≈0.04–0.05，p≈0.08；FDR p=0.13），但与Bray–Curtis无关联。不活跃的POMS患者Firmicutes丰度较低而Bacteroidetes较高，且Bifidobacterium、Escherichia-Shigella和Lactobacillus富集；而活跃的POMS患者Firmicutes（如Roseburia、Lachnospiraceae）较高；不活跃POMS中Bifidobacterium约高4倍。这些模式在对照组或mono-ADS中未观察到。Firmicutes与PA强度正相关，而Actinobacteria、Bacteroidetes和Bifidobacterium呈负相关。

解读：PA–微生物组关联似乎在POMS中具有特异性，表现为特定的组成模式。这些发现应在包含客观体力活动测量和更全面评估潜在混杂因素的更大队列中得到确认。

**儿童起病型多发性硬化中的肠道微生物组与体力活动：一项横断面研究的系统解读**

**一、研究背景与问题提出**

儿童起病型多发性硬化（paediatric-onset multiple sclerosis, POMS）是一种在18岁前起病的慢性中枢神经系统炎性脱髓鞘疾病，与健康儿童相比，患者承受更高的抑郁和疲劳负担。既往研究表明，较高水平的中等至剧烈体力活动（moderate-to-vigorous physical activity, MVPA）与POMS患者较低的疾病严重程度、复发率、残疾程度及抑郁疲劳症状相关。然而，这些获益的生物学机制尚不明确。近年来，肠道微生物组被认为可能是连接体力活动（physical activity, PA）与疾病结局的重要中介环节。动物实验和人类研究均提示运动可改变肠道微生物组成和多样性；在成年多发性硬化（multiple sclerosis, MS）患者中，为期六个月的家庭运动干预也观察到分类群水平的微生物差异。但PA是否与POMS的肠道微生物组组成相关，此前尚属未知。POMS起病时正值免疫系统、神经系统和肠道微生物组持续发育的关键窗口，成人的研究结果未必能直接推广至儿童。因此，明确PA与POMS肠道微生物组的关系，有助于揭示生活方式因素与疾病相关生物学之间的潜在通路，并为识别可干预靶点提供依据。本研究旨在比较POMS、单相脱髓鞘综合征（monophasic demyelinating syndromes, mono-ADS）和未受影响对照（unaffected controls, UC）三组青少年中PA与肠道微生物组多样性和组成的关联，并进一步比较活跃与不活跃POMS患者的微生物组差异。

**二、研究设计与主要方法**

该研究为横断面研究，研究对象来自加拿大儿童脱髓鞘疾病网络（Canadian Pediatric Demyelinating Disorders Network）的微生物组子研究，于2015年11月至2018年3月间前瞻性招募，共纳入37名POMS患儿、40名mono-ADS患儿和36名UC。POMS诊断依据2017年McDonald标准；mono-ADS定义为首次急性中枢神经系统炎性脱髓鞘发作且无复发；UC为无神经或自身免疫病史的健康对照，按年龄和性别匹配。排除入组前30天内使用抗生素或皮质类固醇、既往使用细胞毒性免疫抑制剂、或患有炎症性肠病及重大胃肠疾病者。PA采用经验证的Godin闲暇时间运动问卷（GLTEQ）评估，计算总PA（代谢当量）、健康贡献分数（即MVPA）和剧烈PA，并根据健康贡献分数将参与者分为活跃（≥24单位）与不活跃（<24单位）。粪便样本进行16S rRNA基因（V4区）扩增子测序，使用QIIME2和Deblur流程生成扩增子序列变体（ASV）。α多样性采用Shannon、Simpson和Chao1指数，β多样性采用Bray–Curtis相异度、加权及未加权UniFrac距离。统计方法包括基于置换的线性回归、PERMANOVA、LEfSe差异丰度分析及Spearman相关分析，并采用Benjamini–Hochberg错误发现率（FDR）校正。主要分析模型调整年龄、性别和BMI，并在敏感性分析中评估BMI的影响。

**三、主要研究结果**

**3.1 参与者特征与体力活动比较**

三组在性别、粪便类型和宏量营养素摄入方面无显著差异。mono-ADS组在发病年龄和粪便采集年龄上更小。MVPA水平在三组间存在差异（χ2=11.07，p=0.004），mono-ADS组的MVPA显著高于POMS组（校正后p=0.003）。活跃/不活跃分类在三组间分布有显著差异（χ2=8.95，p=0.011），mono-ADS组活跃分类的几率是POMS组的近5倍（OR=4.8，95% CI 1.7–15，p=0.004），UC组为POMS组的2.2倍（OR=2.2，95% CI 0.85–6，p=0.11）。

**3.2 α多样性与β多样性关联**

在任何诊断组中，均未发现PA（无论是连续变量还是活跃/不活跃分类）与任何α多样性指标之间存在显著关联。β多样性方面，仅在POMS组中，总PA与加权UniFrac（R2=0.047，p=0.079）和未加权UniFrac（R2=0.038，p=0.084）呈边缘性关联，但经FDR校正后未达显著（pFDR=0.13）；Bray–Curtis无关联。UC和mono-ADS组中未观察到PA与β多样性的显著关联。活跃/不活跃分类未在任何诊断组中检测到群落组成差异。

**3.3 分类群水平差异——LEfSe分析**

在POMS组内，不活跃患者与活跃患者相比，Firmicutes丰度降低55%，Bacteroidetes升高约47%。活跃POMS患者富集Firmicutes（LDA=4.61–4.63）及其下属属级分类群，包括Roseburia（LDA=3.54，p=0.009）、Lachnospiraceae ND3007群（LDA=3.43，p=0.007）和Eubacterium coprostanoligenes群（LDA=3.23，p=0.019）。不活跃POMS患者则富集Actinobacteria（主要由Bifidobacterium驱动，LDA=4.50，p=0.0015）、Escherichia-Shigella（LDA=3.76，p=0.023）和Lactobacillus（LDA=3.71，p=0.047）。属级定量分析显示，不活跃POMS患者的Bifidobacterium中位相对丰度（8.77%）约为活跃患者（2.36%）的4倍（Wilcoxon p=0.001）；活跃患者的Roseburia中位丰度（0.354%）为不活跃者（0.140%）的2.5倍（p=0.012）。这些差异在UC或mono-ADS组中均未检测到，且非POMS组中Bifidobacterium与活跃状态的关系方向与POMS相反。

**3.4 与PA强度的Spearman相关分析**

在POMS组内，Firmicutes与MVPA（ρ=0.51，pFDR=0.043）、剧烈PA（ρ=0.37，pFDR=0.027）和总PA（ρ=0.46，pFDR=0.005）均呈显著正相关；Actinobacteria和Bacteroidetes则与所有PA强度呈负相关。属水平上，Bifidobacterium与各PA强度呈强负相关（MVPA：ρ=?0.50，pFDR=0.043；剧烈PA：ρ=?0.43，pFDR=0.010；总PA：ρ=?0.44，pFDR=0.007）。Lachnospiraceae ND3007群和Subdoligranulum与MVPA及总PA呈最强正相关（ρ=0.36–0.45）。UC组未发现显著相关；mono-ADS组仅Faecalibacterium与剧烈PA存在未校正的弱正相关，但FDR校正后不显著。

**四、讨论与结论总结**

本研究未发现PA与α多样性的关联，但观察到PA与POMS肠道微生物组成之间存在疾病特异性关联。β多样性虽未严格达到统计显著，但UniFrac信号提示PA与系统发育相关的分类群存在关联，而非丰度驱动的群落变化。活跃POMS患者的微生物组特征为Firmicutes（尤其是产短链脂肪酸（short-chain fatty acid, SCFA）的Lachnospiraceae类群）富集，Actinobacteria（尤其是Bifidobacterium）减少。这一Firmicutes方向与既往在健康人群和其他临床队列中PA相关富集SCFA产生菌的报道一致，且POMS患者本身常表现为Firmicutes（特别是Lachnospiraceae）丰度降低，提示PA可能有助于恢复这类在POMS中通常减少的菌群。然而，Actinobacteria/Bifidobacterium与PA呈负相关的结果与健康人群文献中常见的正相关方向相反，表明PA-微生物组关联可能具有疾病背景依赖性。活跃与不活跃POMS患者在纤维摄入上存在差异，但由于样本量有限，未能进一步调整。该研究存在横断面设计无法推断因果、样本量较小、PA和饮食依赖自我报告、16S rRNA测序分辨率有限等局限性。研究结论认为，POMS中可能存在独特的PA-微生物组关联，其原因可能与MS潜在的病理生理特征有关，需在更大队列中采用客观PA测量和更全面的混杂因素评估加以确证，并进一步开展纵向及干预研究以评估因果关系。