已經(jīng)有多個研究發(fā)現(xiàn) ASD 患者的腸道微生物組存在明顯的營養(yǎng)不良癥狀，例如 ASD 患者腸道微生物中缺乏雙歧桿菌，血清中念珠菌生長過度。ASD 微生物群的消化不良與腸道上皮炎和腸道血液屏障滲透性增加有關。但是腸道微生物如何讓影響 ASD 的發(fā)病機理尚不清楚。

2020 年 10 月 21 日，北京大學王娟及中國科學院北京基因組研究所康禹共同通訊在 Science Advances  在線發(fā)表題為“A quasi-paired cohort strategy reveals the impaired detoxifying function of microbes in the gut of autistic children”的研究論文，該研究提出了一種新的分析策略（準配對隊列），并將其應用于 ASD 微生物組的宏基因組研究。研究人員通過宏基因組檢測 ASD 患者糞便樣本的腸道菌群，使用代謝組檢測 ASD 患者晨尿樣本的代謝物，結果發(fā)現(xiàn) ASD 患者腸道微生物排毒酶功能障礙，導致患者體內(nèi)毒素累積和線粒體功能障礙（ASD 發(fā)病機制的重要組成部分）。這項研究揭示了腸道微生物與 ASD 發(fā)病間新的關聯(lián)，為自閉癥發(fā)病機制提供了新的見解。

結果展示        

1.  準配對分析策略

個體間存在很大的多樣性，極大的影響了與疾病相關的微生物群落特征的識別，結果高度依賴于樣本，存在隨機的假陽性和假陰性。作者使用“準配對隊列”的策略，將 ASD 樣本與相似代謝背景的對照樣本配對，即從宏基因組數(shù)據(jù)推斷代謝通路水平，從而將研究隊列變成配對樣本，來控制個體多樣性。

準配對隊列分析原理

2. ASD 患者腸道微生物排毒功能障礙

作者通過準配對組成了 65 對 ASD 對（20 名 ASD+18 個對照），配對樣本差異分析表明 ASD 患者與解毒相關的酶及代謝通路存在明顯缺陷，其中包括谷胱甘肽代謝相關的 γ - 谷氨酰基循環(huán)、l- 谷氨酸和 l - 谷氨酰胺（GSH 的前體）的生物合成途徑，以及與甲基膦酸、3- 苯基丙酸或 3 -(3- 羥基苯基）丙酸和甲基乙二醛等有機毒物降解相關的途徑，且這些通路中的關鍵酶也表現(xiàn)出明顯缺陷。

ASD 相關的解毒酶和通路展示

3.  微生物排毒功能障礙與線粒體功能障礙與 ASD 嚴重程度有關

由于宏基因組檢測發(fā)現(xiàn) ASD 患者代謝功能紊亂，因此研究人員進一步檢測了尿液中代謝物的含量。結果發(fā)現(xiàn) ASD 患者體內(nèi)醋酸、亞水酸、2- 羥基硫酸和富馬酸等 Krebs 循環(huán)中的代謝物明顯升高。Spearman rank 相關性分析顯示這些代謝標志物與解毒相關的酶大多呈負相關。說明微生物解毒酶對線粒體具有一定的保護作用。ASD 患者失去這種保護作用時會導致線粒體功能障礙。

解毒酶與線粒體功能障礙尿液生物標志物的相關性

4.  構建 ASD 診斷模型

為了進一步證實這些解毒酶在 ASD 發(fā)病機制中的作用，作者將隨機森林篩選到的解毒酶用來構建診斷模型，該模型診斷能力為 88%。接著，通過解毒酶豐度計算各個樣本的功能障礙分數(shù)，并將功能障礙評分與 ASD 的臨床評分做相關性分析，發(fā)現(xiàn)功能障礙評分和臨床評分存在一定的正相關，說明腸道微生物因其解毒功能障礙參與 ASD 的發(fā)病途徑。

腸道微生物解毒功能障礙在 ASD 發(fā)病機理中的作用

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