《Microorganisms》：The Gut–Thyroid Axis in Hashimoto’s Disease: Evidence of Reduced Short Chain Fatty Acid Producers and Enhanced Virulence Pathways
编辑推荐：
桥本甲状腺炎（Hashimoto’s thyroiditis, HT）是全球最常见的自身免疫性疾病之一，然而驱动其进展的环境触发因素，尤其是在甲状腺功能正常状态下，仍大多未知。这项横断面研究利用16S rRNA基因核糖体分型和PICRUSt2功能谱分析，调查了
桥本甲状腺炎（Hashimoto’s thyroiditis, HT）是全球最常见的自身免疫性疾病之一，然而驱动其进展的环境触发因素，尤其是在甲状腺功能正常状态下，仍大多未知。这项横断面研究利用16S rRNA基因核糖体分型和PICRUSt2功能谱分析，调查了20例甲状腺功能正常的HT患者与20名匹配健康对照者之间的肠-甲状腺轴。HT患者表现出显著的肠道菌群失调，其特征是与对照组相比，微生物多样性显著降低，群落结构明显不同。分类学分析显示，潜在致病类群扩增，包括金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、Lawsonella clevelandensis、普雷沃菌属VZCB（Prevotella VZCB）和植物不动杆菌（Acinetobacter plantarum）。相反，关键的短链脂肪酸（short-chain fatty acid, SCFA）产生菌显著耗竭，特别是粪杆菌属（Faecalibacterium）内的物种（Faecalibacterium PRLD、F. duncaniae、F. prausnitzii、F. hattorii、F. longum）。使用PICRUSt2的功能推断表明，预测的细菌毒力和抗菌药物耐药性相关通路富集，包括与金黄色葡萄球菌感染、葡萄球菌肠毒素产生和β-内酰胺耐药相关的通路。甲状腺功能正常的HT患者表现出独特的肠道微生物改变和促炎功能谱，表明微生物失调发生在明显的甲状腺激素功能障碍之外。靶向肠道微生物组可能为自身免疫性甲状腺疾病的诊断、风险分层和靶向治疗干预提供新的途径。
研究背景与科学问题
桥本甲状腺炎（Hashimoto’s thyroiditis, HT）是全球最常见的自身免疫性内分泌疾病之一，以慢性甲状腺炎症、淋巴细胞浸润及抗甲状腺球蛋白（TG）和抗甲状腺过氧化物酶（TPO）自身抗体产生为特征。尽管早期常无症状，但HT可进展为临床甲状腺功能减退症，需终身左旋甲状腺素替代治疗。其发病机制涉及遗传易感性与环境暴露的复杂相互作用，同卵双生子共患率约55%，而环境因素如碘过量、吸烟、维生素D缺乏及特定感染（如幽门螺杆菌和EB病毒）也被认为参与疾病发展，但具体机制尚不完全清楚。
近年来，肠道微生物群因其在免疫调节和内分泌生理中的关键作用受到关注。“肠-甲状腺轴”概念描述了甲状腺激素影响胃肠动力和肠道生理，而肠道微生物可能影响碘及其他与甲状腺功能相关的微量营养素生物利用度的双向关系。已有研究报告HT等自身免疫性甲状腺疾病中存在肠道微生物组成改变，并与肠道通透性增加（即“肠漏”）相关。这些改变可能通过调节免疫反应、破坏免疫耐受及扰乱甲状腺激素稳态等机制驱动疾病发病。此外，肠道屏障受损可能促进脂多糖（LPS）等微生物组分及饮食抗原穿过肠上皮，激活先天性和适应性免疫反应，导致低度全身性炎症。短链脂肪酸（SCFA），尤其是丁酸盐，是关键的微生物代谢产物，参与结肠细胞能量代谢、黏液层维持、肠道紧密连接组装及全身免疫调节。因此，SCFA产生菌群的耗竭可能导致肠道屏障完整性受损、通透性增高及异常免疫激活。
尽管对肠-甲状腺轴的兴趣日益增长，但肠道微生物组成、微生物功能潜力与HT之间的具体关系仍不完全清楚。本研究旨在表征甲状腺功能正常的HT患者与健康对照者相比的肠道微生物组成和预测功能潜力，以期提高对微生物贡献于HT发病机制的理解，并为未来的诊断和机制研究奠定基础。
研究方法概述
研究人员从阿尔及利亚君士坦丁大学医院内分泌科招募了40名参与者，包括20例经专科医生确诊的HT患者和20名年龄、性别、体重指数（BMI）匹配的健康对照者。所有HT患者均接受左旋甲状腺素替代治疗且促甲状腺激素（TSH）水平维持在正常范围，处于临床甲状腺功能正常状态。粪便样本采集后，采用改良酚-氯仿法提取总细菌基因组DNA，随后对16S rRNA基因的V3-V4高变区进行PCR扩增，并在Illumina MiSeq平台进行双端测序。原始序列经IMNGS平台处理，生成零半径操作分类单元（ZOTU），并通过RDP分类器进行物种级分类注释。微生物群落α多样性（丰富度、Shannon指数、Simpson指数）和β多样性（基于Bray-Curtis相异度的主坐标分析）分别进行评估，并使用置换多元方差分析（PERMANOVA）检验组间差异。线性判别分析效应大小（LEfSe）用于识别差异丰度物种。功能预测采用PICRUSt2流程，将ZOTU映射至KEGG直系同源（KO）标识符，随后使用DESeq2进行差异丰度分析，并通过超几何分布检验（ORA）和基因集富集分析（GSEA）进行通路富集分析。
研究结果
3.1 研究人群
两组在年龄、性别和BMI方面匹配良好。HT患者的TPOAb和TGAb浓度显著高于对照组，但血清TSH水平无显著差异，证实HT队列在取样时处于临床甲状腺功能正常状态。
3.2 肠道微生物多样性和群落结构的改变定义HT菌群失调
β多样性分析显示HT患者与对照组之间存在显著的微生物群落组成差异（PERMANOVA，p=0.002），前两个主坐标分别解释20.5%和11.6%的总方差。α多样性分析显示，HT组的所有关键指标均显著降低：微生物丰富度下降37.6%（158.7±105.3 vs. 254.3±94.6，p=0.006），Shannon指数降低（4.16±1.11 vs. 5.00±0.76，p=0.002），Simpson指数也显著下降（0.949±0.061 vs. 0.986±0.023，p=0.0005），表明群落由更少的物种主导。HT组的Simpson指数个体间变异更大，提示疾病相关的微生物改变具有高度异质性。
3.3 门和属水平的HT相关肠道微生物分类学谱
在门水平，HT组厚壁菌门（Bacillota）相对丰度显著低于对照组（79.97% vs. 90.65%），而拟杆菌门（Bacteroidota）（12.68% vs. 6.82%）、变形菌门（Pseudomonadota）（4.88% vs. 0.61%）和放线菌门（Actinomycetota）（2.24% vs. 1.21%）丰度升高。在属水平，HT组中SCFA产生菌属显著耗竭，包括粪杆菌属（Faecalibacterium）（31.6% vs. 58.9%）、拟杆菌属（Bacteroides）（1.7% vs. 5.6%）、真杆菌属（Eubacterium）（1.1% vs. 2.4%）和罗氏菌属（Roseburia）（2.9% vs. 3.6%）。相反，普雷沃菌属（Prevotella）（10.2% vs. 0.7%）、棍状杆菌属（Agathobacter）（13.2% vs. 4.7%）、肠梭菌属（Enterocloster）（4.9% vs. 0.9%）、芽殖菌属（Gemmiger）（7.2% vs. 4.9%）和布劳特氏菌属（Blautia）（2.4% vs. 0.2%）等在HT组中显著富集。
3.4 深入分类学分析揭示HT肠道微生物群的特异性组成变化
在物种水平，对照组中以多种粪杆菌物种为主，特别是Faecalibacterium PRLD（26.4% vs. 10.0%）和F. duncaniae（25.6% vs. 16.0%）。HT组则显示Agathobacter rectalis（13.2% vs. 4.7%）、Prevotella VZCB（9.7% vs. 0.7%）和Gemmiger formicilis（5.7% vs. 2.8%）丰度较高。值得注意的是，Lawsonella clevelandensis、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和植物不动杆菌（Acinetobacter plantarum）仅在本数据集的HT组中检出。LEfSe分析鉴定Faecalibacterium PRLD（LDA=4.88）和F. longum（LDA=3.95）为对照组判别物种，而L. clevelandensis（LDA=-4.25）、S. aureus和A. plantarum判别HT组。Spearman相关性分析显示，HT富集的物种与TPOAb呈正相关，与年龄和BMI呈负相关。ROC分析显示F. PRLD区分HT与对照的效能最高（AUC=0.82），而S. aureus的AUC为0.70。
3.5 功能预测揭示HT微生物群中独特的代谢和毒力特征
PICRUSt2功能谱分析发现，在4857个预测KO中，2028个在HT组显著上调，仅70个下调。ORA显示HT微生物群中辅因子生物合成、碳代谢、丙酮酸、硫、丁酸和丙酸代谢等通路富集，同时也富集了阳离子抗菌肽耐药（CAMP）、大肠杆菌特异性生物膜形成、细菌分泌系统、金黄色葡萄球菌感染相关通路和脂多糖生物合成等毒力与适应机制通路。GSEA进一步确认所有显著富集通路均为正向富集，其中金黄色葡萄球菌感染（NES=1.846）和肽聚糖生物合成（NES=1.735）富集分数最高，β-内酰胺耐药通路也显著富集。前沿分析鉴定了葡萄球菌肠毒素（SE）相关功能、UDP-N-乙酰胞壁酰连接酶（MurE）和青霉素结合蛋白2（PBP2）相关功能作为这些信号的主要贡献者。
讨论与结论
本研究发现甲状腺功能正常的HT患者存在显著的肠道微生物群失调，表现为α多样性降低和群落结构改变，这与既往关于HT和其他自身免疫性甲状腺疾病中肠道微生物改变的报道一致。分类学分析揭示了SCFA产生菌（特别是粪杆菌属、拟杆菌属、真杆菌属和罗氏菌属）的显著耗竭，同时伴有普雷沃菌属、棍状杆菌属、肠梭菌属、芽殖菌属和布劳特氏菌属等类群的富集。SCFA，尤其是丁酸盐，对维持肠道屏障完整性和免疫调节至关重要，其产生菌的减少可能与肠道通透性增加和免疫耐受破坏有关。物种水平分析发现L. clevelandensis、S. aureus和A. plantarum在HT组中判别性存在，但这些发现应视为假说生成性质而非活动性感染的证据。
功能预测分析揭示了HT微生物群中与细菌毒力、细胞包膜生物合成、抗菌药物耐药性和高效能量代谢相关的通路富集，特别是金黄色葡萄球菌感染、肽聚糖生物合成和β-乳酸耐药通路，以及葡萄球菌肠毒素相关功能的预测丰度增加。这种预测的促炎性微生物功能谱与SCFA产生菌的减少共同提示HT中免疫-微生物群平衡被破坏。
研究结论
总之，本研究揭示了甲状腺功能正常的HT患者中独特的肠道微生物特征，其特征是有益共生菌如粪杆菌属和罗氏菌属显著耗竭，同时伴随促炎类群如金黄色葡萄球菌的富集。SCFA产生菌的丧失与毒力相关通路的预测上调同时发生，提示免疫-微生物群平衡被破坏。虽然这项横断面研究不能建立因果关系，但这些发现与新兴的肠-甲状腺轴模型一致，其中功能性菌群失调作为甲状腺炎症的关键驱动因素。通过聚焦于甲状腺功能正常的队列，本研究分离了HT自身免疫的原发性微生物特征，排除了系统性甲状腺激素波动的混杂效应。最终，这项工作为HT肠道微生物群结构和功能提供了有价值的见解，阐明了其在疾病发病机制中的潜在作用，并突出了未来诊断标志物或精准靶向治疗的候选方向。
