《Frontiers in Medicine》:Shared gut microbiota features between children with autism spectrum disorder and their mothers
编辑推荐:
目的:探讨孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)儿童与其母亲之间共享的肠道微生物群和短链脂肪酸(short-chain fatty acid, SCFA)特征,并识别可能通过垂直传播影响ASD的关键菌属。方法:研究人员招募
目的:探讨孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)儿童与其母亲之间共享的肠道微生物群和短链脂肪酸(short-chain fatty acid, SCFA)特征,并识别可能通过垂直传播影响ASD的关键菌属。方法:研究人员招募了37对ASD母婴对。通过16S rRNA基因测序和靶向SCFA代谢组学分析粪便样本。结果:母子平均共享扩增子序列变体(amplicon sequence variant, ASV)比例为23.92%(相对于儿童总ASV)。经错误发现率(false discovery rate, FDR)校正后,15个菌属在母亲与儿童之间显示出显著正相关(P < 0.05),包括粪杆菌属(Faecalibacterium,r = 0.518)、Subdoligranulum(r = 0.462)和罗氏菌属(Roseburia hominis,r = 0.458)。丙酸也表现出显著正相关(r = 0.418,P = 0.024)。分层分析显示,阴道分娩组的共享率显著高于剖宫产组。在两个公共数据集中的外部验证确定Intestinibacter为一致性ASD富集菌属。结论:ASD儿童与其母亲之间存在中等程度的肠道微生物群重叠。15个菌属和丙酸可能通过垂直传播影响ASD的发生发展,为早期干预提供了潜在靶点。
孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)是一种起病于儿童期的复杂、常见的多因素神经发育障碍性疾病,以沟通和社交互动缺陷、重复行为及兴趣受限为核心特征,常合并癫痫、抑郁、焦虑及注意缺陷/多动障碍等共病。2021年全球疾病负担研究显示,ASD影响全球约6,180万人。过去二十年间,8岁儿童ASD患病率从2000年的6.7‰显著上升至2022年的32.2‰,男性患病率约为女性的4倍。尽管流行病学特征已较为明确,但ASD临床异质性强,其病因与发病机制仍未完全阐明。大型人群研究估计ASD遗传度约为80%,然而环境因素亦贡献了ASD风险变异的40%–50%。孕期母体肠道菌群失调已被证实可通过代谢物介导通路、免疫通路激活及表观遗传重编程等跨代机制调节胎儿神经发育,显著增加子代ASD风险。母体脂肪酸代谢紊乱,如孕期ω-3/ω-6多不饱和脂肪酸比值降低及二十二碳六烯酸缺乏,也与子代孤独症特质或伴智力障碍的ASD风险升高相关。现有证据提示,ASD患者与其母亲可能共享共同的肠道微生物特征及脂肪酸代谢异常,这种共享特征可能通过母子生物学关联影响疾病发展。然而,出生后母子微生物共享在ASD中的作用仍未被充分探索。基于此,本研究旨在评估ASD儿童与其母亲之间共享肠道微生物群和脂肪酸特征与儿童临床评分(CARS)的关联。
研究人员在《Frontiers in Medicine》发表的这项研究中,招募了37对ASD母婴配对,采用16S rRNA基因测序与靶向短链脂肪酸(SCFA)代谢组学分析,系统揭示了ASD儿童与其母亲之间共享的肠道微生物群和SCFA特征,鉴定出15个在母子间显著相关的关键菌属,并发现丙酸与ASD症状严重程度显著相关,为ASD的早期干预提供了潜在靶点。
关键技术方法方面,研究纳入37例ASD儿童及其母亲,均来自乐山市市中区妇幼保健院儿科门诊及社区。粪便样本采用16S rRNA基因V3-V4区扩增子测序(Illumina NovaSeq 6000平台,250 bp双端读长)进行菌群组成与多样性分析,并采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术靶向定量检测6种SCFA。生物信息学分析利用QIIME2(2020.11)平台的DADA2流程进行序列质控、去噪和ASV推断,物种注释基于Silva数据库(v138)。统计学方法包括Mann-Whitney U检验、Spearman秩相关分析及Benjamini-Hochberg FDR校正;外部验证使用两个公共数据集(PRJNA453621、PRJNA1018910)进行差异丰度分析。
研究结果如下:(1)基线特征:共纳入37对ASD母婴,其中男性29例(78.4%),儿童平均年龄6.59±4.14岁,平均CARS评分为43.1±5.57,提示中重度孤独症症状;59.5%的儿童伴有胃肠道症状;阴道分娩占37.8%,剖宫产占62.2%。(2)16S测序及SCFA数据质控:74份粪便样本经质控后共获得5,323,202条有效序列,平均每样本63,371条;检测的6种SCFA中乙酸、丙酸和丁酸占总SCFA的90%以上。(3)ASD儿童与母亲共享肠道菌群特征分析:Shannon、Chao1和Simpson α多样性指数在母子间均无显著差异(P > 0.05);基于Bray-Curtis距离的PCoA分析显示母子菌群组成高度重叠,PERMANOVA证实两群体整体菌群组成无显著差异(R2 = 0.021,P = 0.157)。母子平均共享24.81个ASV,置换检验证实该共享显著高于随机预期(P < 0.001)。Spearman相关分析经FDR校正后,15个菌属在母子间显著正相关,包括粪杆菌属(Faecalibacterium,ρ = 0.518)、Subdoligranulum(ρ = 0.462)、罗氏菌属(Roseburia hominis,ρ = 0.458)等。(4)ASD儿童与母亲SCFA水平关联分析:丙酸水平在母子间呈显著正相关(ρ = 0.418,P = 0.024),乙酸呈弱正相关但未达显著(ρ = 0.321,P = 0.093),丁酸相关性不显著(ρ = 0.105,P = 0.603)。(5)关键菌属及SCFA与CARS评分的相关性:Blautia丰度与CARS评分显著正相关(ρ = 0.418,P = 0.017);克雷伯菌属(Klebsiella,ρ = ?0.390,P = 0.027)和乳杆菌属(Lactobacillus,ρ = ?0.373,P = 0.036)与CARS评分显著负相关;丙酸水平与CARS评分显著正相关(ρ = 0.473,P = 0.006)。(6)基于临床和人口学指标的分层分析:轻度至中度组(CARS < 37,n = 16)的双歧杆菌属(Bifidobacterium)丰度显著高于重度组(CARS ≥ 37,n = 21);重度组丙酸水平显著高于轻度至中度组。有胃肠道症状组(n = 22)的Blautia丰度高于无症状组(