《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：Microbial dysbiosis and predictive neuroactive functional profiles in paediatric neurogenic bladder: an exploratory machine learning-based approach
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背景：儿童神经源性膀胱（NB）与膀胱排空障碍、复发性尿路感染（rUTI）及上尿路进行性恶化相关。尽管尿液微生物组失调在NB中日益被认识，其神经活性功能潜力及与疾病严重度的关系仍不清楚。研究人员调查了尿液微生物组成与预测的神经活性代谢通路，并采用整合多变量与机器
背景：儿童神经源性膀胱（NB）与膀胱排空障碍、复发性尿路感染（rUTI）及上尿路进行性恶化相关。尽管尿液微生物组失调在NB中日益被认识，其神经活性功能潜力及与疾病严重度的关系仍不清楚。研究人员调查了尿液微生物组成与预测的神经活性代谢通路，并采用整合多变量与机器学习（ML）分析评估其对疾病严重度分层的能力。方法：本横断面研究纳入83名儿童，包括39例NB患者与44例年龄性别匹配健康对照。NB患者依据肾小球滤过率（GFR）与DMSA肾瘢痕分为亚组A（肾损害；n=15）与亚组B（无肾损害；n=23）。尿液微生物组经16S rRNA基因测序表征，功能潜力用PICRUSt2推断。25条文献策展的神经活性MetaCyc通路用于生成复合神经活性失调指数（NDI）。分类学与预测通路关联用相关、层次聚类与网络分析探索。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）与随机森林（RF）用于识别判别性微生物特征并评估分类性能。结果：NB表现出显著尿液微生物失调伴预测神经活性代谢通路偏移。疾病相关微生物组预测富集氨基酸分解代谢、多胺代谢、辅酶A与磷脂生物合成、一碳代谢及中心能量代谢通路，同时耗竭微生物代谢稳态与神经递质前体生物合成相关通路。NDI随疾病严重度递进升高（对照
研究背景方面，儿科神经源性膀胱（NB）多继发于脊柱裂等先天性神经病变，常伴膀胱排空障碍、复发性尿路感染（rUTI）及上尿路进行性损害。传统认为泌尿道无菌，但高通量测序已确立动态尿液微生物组（urinary microbiome）的存在。现有研究多聚焦分类学改变，对其神经活性功能代谢潜力（如GABA、色氨酸、血清素、多巴胺相关通路）及与疾病严重度关联认识不足。由于NB同时存在神经控制缺陷与微生物失调，研究人员设想尿液微生物可能通过神经活性代谢重编程参与膀胱功能障碍，故开展本研究以超越分类描述，量化神经活性失调并探索机器学习分层能力。
该研究由印度新德里全印医学科学研究所（AIIMS）儿科外科完成，为横断面设计，共83名14岁以下儿童，其中39例NB（排除活动性UTI、近3月抗生素暴露等），44名年龄性别匹配健康对照；NB组内依GFR<60 mL/min/1.73 m2或DMSA瘢痕再分为亚组A（n=15）与亚组B（n=23）。晨尿样本经清洁中段或清洁间歇导尿采集，?80°C保存。技术方法上，研究人员采用Illumina NovaSeq 6000平台对细菌16S rRNA V3–V4区测序，DADA2流程获ASV表，SILVA数据库进行属级分类；功能潜力经PICRUSt2基于MetaCyc注释推断，从中文献策展25条神经活性通路计算复合神经活性失调指数（NDI）=log2[(应激相关通路和+1)/(有益通路和+1)]；关联分析用Spearman相关、层次聚类、属-通路网络；分层与判别用PLS-DA、随机森林（RF）OOB验证、ROC/AUC、VIP与SHAP类解释。
研究结果部分，临床分层与NDI指标小节显示，NDI在对照、亚组B、亚组A中递进上升（A vs C p=0.004，A vs B p=0.002，B vs C p=0.023），二进制对照-疾病比较虽Wilcoxon不显著（p=0.87）但三组中应激相关氨基酸分解、多胺、谷氨酸降解富集而有益通路（芳香氨基酸前体、一碳代谢、CoA、乙酸生成）在对照富集。网络分析小节指出，亚组A属-通路网络最致密，以Escherichia-Shigella、Corynebacterium、Staphylococcus、Veillonella、Enterococcus连接GLYCOLYSIS、TRNA-CHARGING-PWY等中枢；亚组B中等连接；对照稀疏且Corynebacterium为核心但无应激枢纽。属-神经递质通路关联小节表明，Escherichia-Shigella与Staphylococcus正关联应激通路（ρ>0.4），Bifidobacterium、Lactobacillus、Streptococcus负关联；弦图显示Corynebacterium广布共现。机器学习判别小节报告，通路单独AUC=0.882，属级AUC=0.98，整合AUC=0.981；RF Gini与PLS-DA VIP、SHAP一致锁定磷脂生物合成（PHOSLIPSYN-PWY）、辅酶A代谢（COA-PWY）、tRNA充电（TRNA-CHARGING-PWY）、芳香化合物代谢（ARO-PWY、COMPLETE-ARO-PWY）为核心判别特征；OVR-ROC中A vs余类AUC=0.91。PLS-DA与方向效应小节显示，对照组紧凑聚类，NB离散；亚组A富集芳香代谢、叶酸、CoA（激活态），亚组B选择性富集脂质与CoA但发酵/氨基酸降低（耗竭态）。MDS与类特异性签名小节确认健康者均质、NB异质、A/B部分重叠的连续体模型。
讨论部分总结，研究人员指出NB尿液微生物组并非单纯分类漂移，而是协调的神经活性功能重编程：芳香氨基酸前体（色氨酸/酪氨酸/苯丙氨酸→血清素/多巴胺）、谷氨酸-GABA兴奋抑制平衡、SCFA、多胺与CoA/磷脂中心代谢共同构成“膀胱-脑轴”局部节点；亚组A为高代谢连接态（解释逼尿肌过度活动），亚组B为功能耗竭态（解释收缩无力与感染易感），符合Anna Karenina Principle的失稳逻辑。NDI作为探索性复合指标、PICRUSt2为预测潜力而非实测代谢，需宏基因组/转录组/代谢组验证；83例横断面限制因果与多类泛化。结论原文翻译为：儿科NB以协调的尿液微生物失调与预测神经活性功能通路改变为特征，且并行于疾病严重度。整合微生物分类组成与预测功能谱显著改善疾病分类，凸显计算推断神经活性微生物特征用于疾病分层的潜力，为儿科NB中微生物组-神经活性轴提供新见解。论文发表于《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》。
