非IgE介导儿童食物过敏中独特的炎症相关微生物组特征

《International Journal of Molecular Sciences》：Distinct Inflammation-Associated Microbiome Signatures in Pediatric Non-IgE-Mediated Food Allergy

　　

非IgE介导食物过敏以迟发性胃肠道表现为特征，且缺乏可靠的非侵入性生物标志物。越来越多的证据表明肠道微生物群可能参与该病的发病机制。本研究旨在表征三十例诊断为非IgE介导食物过敏的儿科患者与十五例健康对照儿童的肠道微生物组组成，并探讨其与粪便钙卫蛋白(fecal calprotectin)、嗜酸性粒细胞衍生神经毒素(eosinophil-derived neurotoxin, EDN)和IgA的关联。通过靶向V3–V4区的16S rRNA基因测序进行肠道微生物群分析。与健康对照相比，患者组中Bacteroides、Faecalibacterium、Alistipes、Parabacteroides和Sutterella的平均相对丰度较高。反之，健康儿童中Pseudobutyrivibrio、Roseburia、Bifidobacterium、Collinsella、Clostridium、Eubacterium、Streptococcus和Barnesiella的平均相对丰度更高。若干菌属（Escherichia–Shigella、Agathobacter和Enterococcus/Streptococcus）仅在过敏队列中检出。患者的Shannon多样性高于对照，且在粪便钙卫蛋白升高(p = 0.028)、既往抗生素暴露(p = 0.015)和特应性皮炎(p = 0.021)的患者亚组中亦更高。依据炎症生物标志物分层识别出一种独特的炎症微生物组内型，其特征为粪便钙卫蛋白和EDN升高，同时Veillonellaceae富集而Bifidobacteriaceae和Lachnospiraceae耗竭。相关性分析进一步揭示Veillonella丰度与粪便钙卫蛋白及EDN均呈正相关。这些发现提示儿科非IgE介导食物过敏以独特的微生物组–炎症关系而非单一菌群失调特征为特点。

研究背景与立项依据

非IgE介导食物过敏(non-IgE-mediated food allergy)是一组不依赖免疫球蛋白E(immunoglobulin E, IgE)的食物抗原免疫介导不良反应，临床表现为进食后2至72小时迟发、以胃肠道为主的症状，涵盖食物蛋白诱导性小肠结肠炎综合征(food protein-induced enterocolitis syndrome, FPIES)、直肠结肠炎(FPIAP)、肠病(FPE)、嗜酸性食管炎(eosinophilic esophagitis, EoE)等。该类疾病缺乏特异性非侵入性确诊手段，诊断依赖临床病史与排除饮食，早期识别困难。肠道微生物组与免疫系统同向成熟，参与口服耐受建立；既往研究提示该病伴随Bifidobacterium减少、Pseudomonadota（旧称Proteobacteria）增多等改变，但α多样性结论不一。为明确儿科人群肠道微生物架构及其与黏膜炎症标志物（粪便钙卫蛋白、EDN、IgA）的关系，研究人员在《International Journal of Molecular Sciences》报道了这项探索性研究。

主要技术方法概述

研究人员在罗马尼亚布加勒斯特Marie Curie急症儿童医院纳入30例经临床病史与排除饮食后症状缓解确诊的非IgE介导食物过敏儿科患者，以及15例年龄匹配、无过敏及慢性炎症病的健康儿童作对照。粪样于排除饮食前采集并?80℃保存。微生物分析采用QIAGEN QIAamp DNA Stool Mini Kit提取基因组DNA，扩增16S rRNA基因V3–V4区（引物341F/806R），Illumina MiSeq双端300 bp测序；DADA2流程推断扩增子序列变体(amplicon sequence variants, ASVs)，SILVA v138.1注释分类。α多样性用Shannon指数，组间比较用Mann–Whitney U检验，分类学差异用相同非参检验并以Benjamini–Hochberg错误发现率(false discovery rate, FDR)校正；菌属与炎症标志物关联用Spearman秩相关。研究为横断面设计，统计与绘图在R与GraphPad完成。

研究结果

2.1 队列早期生活、家族与环境特征：患者家族特应性史阳性率高于对照（50.0% vs 13.3%，p = 0.023），剖宫产、母乳喂养比例两组相近。提示该人群具家族特应性遗传倾向与中等程度生命早期微生态干扰。

2.2 临床表现：慢性腹泻（40.0%）、便血（20.0%）、呕吐（26.6%）、反流（30.0%）、生长迟缓（36.6%）常见，40.0%伴特应性皮炎，印证非IgE介导以迟发胃肠症状为主且可合并皮肤表现。

2.3 粪便标志物分析：44.8%患者粪便钙卫蛋白升高（中位76.30 μg/g），33.3% EDN升高（中位766.86 ng/g），54.5%粪便IgA升高，58.6% α1-抗胰蛋白酶升高，仅10% zonulin升高。表明黏膜以中性粒与嗜酸性炎症及蛋白丢失为主，肠通透增高非普遍特征。

2.4 肠道微生物组分析：患者Shannon多样性显著高于对照。维恩分析示核心菌属（Bacteroides、Faecalibacterium、Bifidobacterium等）共有，21个菌属仅现于患者（含Veillonella、Megamonas等）。在属水平，患者Bacteroides（30.24% vs 11.19%）、Faecalibacterium（20.15% vs 5.83%）均值更高，对照Roseburia、Bifidobacterium、Collinsella等更高；但FDR校正后无单菌属显著。门水平无整体失调。按钙卫蛋白梯度排序未见门水平一致变化，但高钙卫蛋白样本中Pseudomonadota局域富集。α多样性在钙卫蛋白升高（p = 0.028）、抗生素暴露（p = 0.015）、特应性皮炎（p = 0.021）亚组更高。依钙卫蛋白+EDN分层得炎症内型（n=12）：Veillonellaceae显著富集（p < 0.001），Bifidobacteriaceae（p < 0.001）与Lachnospiraceae（p = 0.032）耗竭。Spearman相关示Veillonella与钙卫蛋白(ρ=0.48, p<0.01)、EDN(ρ=0.41, p<0.05)正相关；Faecalibacterium与之负相关；Escherichia–Shigella轻度正相关；菌属与粪便IgA无显著相关。

讨论部分总结

研究人员指出，非IgE介导食物过敏的微生物改变以“获得低丰度附加菌属”而非核心菌群丧失为特点，Veillonellaceae（乳酸利用厌氧、产丙酸）富集与炎症标志正相关，Bifidobacteriaceae耗竭与其保护功能一致，该模式与既往FPIES、非IgE牛奶蛋白过敏(non-IgE CMPA)报道方向吻合。粪便钙卫蛋白、EDN等虽在部分患儿升高且可随排除饮食下降，但受年龄、哺乳、感染影响，不宜作确诊标志物。家族特应史（50% vs 13.3%）支持遗传背景作用，环境因子（抗生素、剖宫产、城市居住）因样本小未达显著。研究创新在于将微生物架构沿炎症梯度与客观标志物耦合，识别出Veillonellaceae富集/Bifidobacteriaceae+Lachnospiraceae耗竭的炎症内型，提示微生物–炎症关系异于单一失调。局限性含对照少、横断面、年龄跨度大、16S仅家族/属分辨率、V3–V4区功能推演有限。

结论部分翻译

本探索性研究提示，儿科非IgE介导食物过敏中的肠道炎症伴随特定的肠道微生物组成改变，而非多样性的全面丧失。患者与对照间存在多项组成差异：患者Bacteroides、Faecalibacterium、Alistipes、Parabacteroides、Escherichia和Sutterella平均相对丰度更高，Escherichia–Shigella、Agathobacter、Enterococcus/Streptococcus仅现于患者；对照Pseudobutyrivibrio、Roseburia、Bifidobacterium、Collinsella、Clostridium、Eubacterium、Streptococcus、Barnesiella更高，但多重校正后无显著。粪便钙卫蛋白、zonulin、lactoferrin、IgA、α1-抗胰蛋白酶、EDN升高反映广泛黏膜免疫激活。Shannon多样性在患者总体及钙卫蛋白升高、抗生素暴露、特应性皮炎亚组更高。钙卫蛋白与EDN双高者Veillonellaceae富集而Bifidobacteriaceae、Lachnospiraceae耗竭；属水平Veillonella与Escherichia–Shigella和两炎症标志物正相关，Faecalibacterium负相关。识别炎症相关微生物内型为疾病异质性与宿主–微生物互作提供新见解，并提示潜在的微生物衍生标志物。