《mSystems》：Multi-kingdom gut microbiota analyses identify biomarkers of different types of pediatric short bowel syndrome
编辑推荐：
尽管近年来在儿科短肠综合征（short bowel syndrome, SBS）三种解剖类型的细菌谱分析方面取得了进展，但肠道多界尚未被探索。研究人员采用改良DNA提取法和深度鸟枪法宏基因组测序（shotgun metagenomic sequencing），
尽管近年来在儿科短肠综合征（short bowel syndrome, SBS）三种解剖类型的细菌谱分析方面取得了进展，但肠道多界尚未被探索。研究人员采用改良DNA提取法和深度鸟枪法宏基因组测序（shotgun metagenomic sequencing），对来自26名健康对照者和34名儿科SBS患者（包括8例SBS I型、15例SBS II型和11例SBS III型）的粪便样本进行了四界肠道微生物群表征。总体而言，与对照组相比，SBS患儿表现出α多样性显著降低，而SBS各类型之间未观察到差异。与对照组相比，所有SBS类型中古菌的比例均显著下降，而细菌、真菌和病毒在各类型间保持相似。不同类型的SBS表现出独特的微生物特征：SBS I型富集病原体（如链球菌属（Streptococcus）和克雷伯菌属（Klebsiella）的物种）；SBS II型以产短链脂肪酸的有益菌种（如普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii））减少为特征；SBS III型则表现为胆汁酸代谢菌种丧失，同时乳酸杆菌属（Lactobacillus）物种显著扩增。SBS中的生态网络发生重连，其中SBS I型的破坏最为显著。功能分析显示，与对照组相比，SBS I型的核心代谢通路显著受抑制。综合相关分析揭示，回盲瓣缺失是SBS I型微生物谱的主要决定因素，并将其与分泌功能受损和肝损伤联系起来。研究人员的发现破译了多界微生物群及其功能谱的类型特异性改变，为设计旨在改善SBS患儿长期结局的精准微生物疗法奠定了基础。
短肠综合征（short bowel syndrome, SBS）是一种以功能性肠长度显著减少为特征的严重临床病理状况，通常由手术切除或先天畸形引起，在婴幼儿中更为常见。患者常需长期肠外营养（parenteral nutrition, PN）支持，但长期PN依赖可导致中心静脉导管相关血流感染和肠衰竭相关肝病等并发症。根据残余肠道解剖结构，SBS可分为三型：SBS I（末端空肠造口）、SBS II（空肠-结肠吻合）和SBS III（空肠-回肠吻合），其中SBS III预后最好，SBS I最差。肠道微生物群在调节肠道适应、营养吸收、黏膜完整性和免疫稳态中起关键作用，然而既往儿科SBS微生物研究几乎仅聚焦于细菌，真菌、古菌和病毒在多界水平上的作用尚未被探索，不同解剖类型是否具有独特微生物特征也未见报道。因此，研究人员采用深度鸟枪法宏基因组测序，系统表征不同类型儿科SBS的肠道细菌、真菌、古菌、病毒及其功能基因，并整合多界分类数据与功能通路，评估其与关键临床参数的关联。研究发现所有SBS类型均出现α多样性降低，古菌丰度一致下降；SBS I型富集病原菌，SBS II型缺乏产短链脂肪酸有益菌，SBS III型胆汁酸代谢菌丧失且乳酸杆菌扩增；生态网络重连，SBS I型破坏最显著；SBS I型核心代谢通路广泛抑制。综合相关分析揭示回盲瓣（ileocecal valve, ICV）缺失是SBS I型微生物谱的主要决定因素，并与分泌功能受损和肝损伤相关。该研究提供了儿科SBS多界微生物组的全面视图，为设计精准微生物疗法以改善患儿长期结局奠定了基础，论文发表在《mSystems》。
研究人员从上海交通大学医学院附属新华医院儿科消化与营养科招募了34例SBS患儿（8例SBS I，15例SBS II，11例SBS III）和26例社区健康对照。采用改良DNA提取法和Illumina NovaSeq 6000平台深度鸟枪法宏基因组测序（每样本约10 Gb）。使用KneadData预处理、Kraken2和Bracken进行多界物种分类与丰度估计，MEGAHIT组装、Prodigal基因预测、CD-HIT构建非冗余基因集，Salmon定量，EggNOG-mapper功能注释。ANCOM-BC2和MaAsLin2用于差异丰度分析并调整混杂因素，FastSpar构建共丰度网络，Spearman相关分析评估KO基因与临床指标关系。
**研究人群**：通过临床特征比较，共纳入60名儿童。SBS I型患者年龄和体重显著较低，PN持续时间较SBS II型更长；肝功能指标（AST、AKP）和血清铁在不同类型间存在显著差异，为后续微生物关联分析提供了临床背景。
**四界肠道微生物群的表征**：通过α多样性（Shannon和Inverse Simpson指数）分析，所有SBS类型微生物多样性均显著低于对照组，但三型间无显著差异。PCoA和PERMANOVA显示SBS I与SBS III群落结构显著分离。界水平上，古菌相对丰度在所有SBS类型中一致下降，细菌和真菌在各组间相似，SBS II病毒丰度显著低于对照组。门/属水平上，SBS I和SBS II富集变形菌门，减少放线菌门、拟杆菌门等；SBS III主要表现为疣微菌门减少。真菌中，SBS I和SBS II富集致病性Nakaseomyces属；古菌中产甲烷菌广泛减少。
**SBS类型与对照组之间差异物种的组间分析**：采用ANCOM-BC2和MaAsLin2分析，经混杂因素校正后，SBS I富集肺炎克雷伯菌、流感嗜血杆菌和多种链球菌属物种；SBS II显著缺乏产短链脂肪酸（short-chain fatty acid, SCFA）有益菌，如Blautia wexlerae、普拉梭菌和Roseburia intestinalis；SBS III减少胆汁酸代谢菌（如Clostridium gelidum）和丁酸生产者，同时显著增加乳酸杆菌属物种，如Lactobacillus gasseri、Lactobacillus paragasseri和Lactobacillus taiwanensis。
**SBS类型间差异物种的组间分析**：比较SBS I与SBS II、SBS II与SBS III，发现SBS I
