|
本文由国服王昭君编译，董小橙、江舜尧编辑。 原创微文，欢迎转发转载。 目前，孤独症谱系障碍（ASD）的病理生理学仍不清楚。但是越来越多的证据表明，肠道微生物在ASD患者的胃肠道症状和行为障碍中起着关键作用。本系统评价的主要目的是研究ASD患者与健康对照（HC）相比，肠道微生物特征性菌群失调的潜在证据。通过对2018年3月之前MEDLINE，EMBASE，Web of Science和Scopus数据库的检索。采用非培养技术研究ASD患者和健康对照组人类肠道微生物群组成的数据被纳入分析。根据PRISMA标准和Newcastle-Ottawa量表进行独立的数据提取和研究质量评估。通过PICRUSt来预测四个研究中微生物的生物学功能改变。本系统评价纳入了16项研究，ASD患者381名，健康对照283名。研究质量评估结果为中等至高水平。相比于HC组，ASD患者一致观察到肠道菌群β-多样性的改变。此外在某些研究中，ASD患者的双歧杆菌，Blautia，杆菌属，普氏菌属，韦永氏球菌属和Turicibacter一致性减少，而乳酸杆菌，拟杆菌，脱硫弧菌和梭菌属增加。该系统评价显示，与HC相比ASD患者的肠道微生物显著改变，强调了肠道微生物菌群失调可能与ASD患者的行为异常相关。然而，也存在着不一致的变化结果，需要进行大样本以及更为精心的设计研究。总体来说，作为一个潜在的风险介质，肠道微生物可能是未来ASD患者新的治疗靶点。 论文ID 原名：Altered composition and function of intestinal microbiota in autism spectrum disorders: a systematic review 译名：自闭症谱系障碍中肠道微生物的组成和功能改变：系统评价 期刊：translational psychiatry IF：4.7 发表时间：2019.1 通信作者：周宏伟 通信作者单位：南方医科大学珠江医院检验医学部器官衰竭研究国家重点实验室 试验方法 1 方案 我们的系统评价用以评估ASD患者与HC相比肠道微生物的改变。由于方法和结果的异质性，因此做了系统评价而不是meta分析，过程依照PRISMA声明指南，并且该方案在PROSPERO注册（注册号：CRD42017060769）。 2 纳入标准 本研究纳入标准如下：（1）具有明确标准的ASD诊断; （2）参加者年龄介于2至18岁之间; （3）检测样本为肠道活检或粪便样本; （4）宏基因组测序，16S rDNA测序，qPCR或FISH。 排除标准如下：（1）药物介入; （2）未能提供微生物数据; （3）纯培养的方法; （4）没有初始原始或回顾的干预研究; （5）重复出版物。 3 搜索策略和研究选择 使用MEDLINE，EMBASE，Web of Science和Scopus数据库对2018年3月之前发表的研究进行了系统检索。具体的检索策略是：(Autism OR autistic OR ASD) AND (microbiome OR microbiota OR microflora OR flora)。在研究开始时，通过评估题目，摘要和关键词来排除不相关的文章。 4 数据提取 符合条件的研究数据使用Excel表格保存。共提取了以下信息：作者; 出版年份; 出生国家; 病例和对照的特征（包括样本量，平均年龄，性别比，胃肠道症状和ASD的诊断标准）; 微生物分析的方法（包括样品来源，DNA提取，PCR或FISH信息或测序和参考数据库）; 结果（包括整体微生物群结构和特定细菌的差异）。此外，还使用高通量测序方法在研究中收集原始测序数据和biom文件。两位作者（FL和JL）独立地从所选文章中提取数据，然后交叉检查数据的准确性（FW）。 5 质量评估 由两位作者（FL和JL）仔细评估方法学质量和偏倚风险。基于Newcastle-Ottawa Scale (NOS) 评估病例对照研究质量。NOS主要包括三点：病例组和对照组的选择，可比性和暴露标准。选择标准包括四个方面：（1）病例的定义和诊断是否恰当（2）病例的代表性; （3）对照的选择; （4）对照的定义。可比性标准：根据设计和分析阶段的病例组和对照组的可比性。暴露标准包括三个方面：（1）暴露的确定; （2）病例和对照的调查方法是否相同; （3）无应答率。 6 总结方法和二级生物信息学分析 主要结果为：微生物群落结构，包括α-多样性，β-多样性（组成差异），特定属的相对丰度和q-PCR或FISH特定细菌的数量。此外，为了探索肠道微生物群在ASD患者中的潜在功能，使用PICRUSt进行KEGG通路预测，再使用LEfSe分析差异。 试验结果 1 研究方案（见图1） 图1 鉴别以及纳入和排除标准流程图 2 偏倚（见表2） 表2 纳入研究质量评估 3 异质性 异质性中的方法来源包括样品类型（粪便或活组织检查），储存样品的温度，DNA提取方法和PCR引物。尽管纳入的研究在引物选择上略有不同，但16S基因的关键变量和恒定区域存在显着重叠。细菌鉴定平台也是异质性的可能来源。16S rDNA测序可以定量鉴定一个样品中存在的所有细菌。然而，qPCR和FISH仅检测到特定细菌，这些细菌缺乏整体评估。 可能的临床异质性包括年龄，性别，对照类型（兄弟姐妹与非兄弟姐妹）以及是否有胃肠道症状。尽管研究中年龄结构差异很大，但发现所有参与者的年龄从2到18岁不等。在性别方面，Luna and William研究中只包括男性个体，其余研究中包括男性和女性。此外，有些研究纳入健康的兄弟姐妹作为对照，而其他研究的对照组来组整个人群中。考虑到GI症状对肠道微生物群组成的影响，异质性的潜在来源也可能来自胃肠道症状的基线不同。 4 ASD患者肠道微生物的构成改变 在使用高通量测序方法的研究中，样品中物种的多样性可以以多种方式表示，包括丰富度，均匀度和α-多样性。在比较α多样性的九个研究中，其中三个研究发现，α多样性在ASD患者显著减少。相反的，De Angelis等人发现，与其同胞对照相比，AD和PDD-NOS患者均发现α-多样性增加。在分析β多样性的十个研究中，其中六个研究结果一致，即ASD患者的微生物聚类与正常对照可以明显区分。 为了评估ASD患者细菌的特征性改变，我们首先分析了门水平。其中三个研究发现，ASD患者中厚壁菌门/拟杆菌门比值比HC组高。然而，De Angelis等人和Finegold等报道了完全相反的结果。在De Angelis等人的数据中，ASD（AD和PDD-NOS）患者的梭杆菌门和疣微菌门均显着下降。William等人和Finegold等人研究结果显示变形菌门在ASD患者升高。 对ASD患者中肠道菌群属和种的改变进一步分析，四项研究一致表明ASD患者双歧杆菌减少。与此一致，Blautia，杆菌属，普氏菌，Turicibacter和韦荣球菌属均有所降低。相反，乳酸菌，拟杆菌属，和Desulfovibrio在ASD患者中增加。其中五项研究中均发现，梭菌属在ASD患者中显著增加。此外，De Angelis等人发现在AD和PDD-NOS患者中Oscillopira降低Roseburia增加。同时，他们还发现了一些机会性病原体如ASD患者中肠杆菌和志贺氏菌升高。然而，也有相互矛盾的结果。两个测序研究结果发现Akkermansia的丰度在ASD患者升高。一个qPCR研究结果于此结果不一致，他们发现Akkermansia muciniphila在ASD患者比正常组低。在其中三个研究中发现Faecalibacterium和瘤胃球菌属在ASD患者中增加，但在另一项研究中结果却为减少。 5 肠道微生物群在ASD患者中的功能改变 PICRUSt预测了具有高通量测序的微生物群落的功能谱。其中三个研究提供了原始序列数据，一个研究提供了OTU生物群落文件。在Strati等人的研究中（图2a），在健康对照组中五个最大差异途径分别是“糖生物合成和代谢”，“膜和细胞内结构分子”，“脂多糖生物合成蛋白”，“离子通道”和“脂多糖生物合成”。在ASD患者中具有最大差异的途径是膜转运类别下的“ABC转运蛋白”，其次是“复制，重组和修复蛋白”，“赖氨酸生物合成”，“遗传信息处理”和“信号转导机制”途径。在Kang等人的两项研究中。HC中具有一致的显着差异通路为（图2b，c）“细胞运动”，“细胞过程”和“细菌运动蛋白”。在代谢的功能模块中，ASD患者高于HC组，例如能量代谢类别下的“氧化磷酸化”和氨基酸代谢下的“甘氨酸，丝氨酸和苏氨酸代谢”。应当注意，在神经退行性疾病类别下的“亨廷顿氏病”和“肌萎缩侧索硬化症（ALS）”以及在神经系统类别下的“谷氨酸能突触”的途径也在ASD患者中增加。然而，在Son等人的研究中，ASD患者和HCs之间的功能模块没有差异，这与肠道微生物群组成的结果一致。 图2 自闭症与对照组之间具有统计学意义的kegg通路（LEfSe） 讨 论 该系统评价表明，ASD患者肠道微生物的改变与HC相比有一致性的证据。新型非培养技术为肠道微生物组提供了独特以及更深入的观察。总体而言，与HC相比，ASD患者的肠道菌群在β多样性方面显示了一致性的改变。ASD患者的变形杆菌丰度高于HC，这个结果在各个研究中心表现出一致性的改变。此外，ASD患者的双歧杆菌，Blautia，杆菌属，普氏菌属，韦永氏球菌属和Turicibacter丰度低于HC，而ASD患者的乳杆菌，拟杆菌，脱硫弧菌和梭菌丰度高于HC。 一些纳入的研究报告了厚壁菌门和拟杆菌门介导了二者比率的改变，但尚未得出任何一致的结论。一些研究表明，Firmicutes / Bacteroidetes比率升高与炎症性疾病（IBDs）和肥胖症等相关。在ASD患者中发现了升高的变形菌门。值得注意的是，变形菌门是革兰氏阴性菌的主要构成菌之一，其中包括多种机会致病菌。同时，作为肠道微生物群，变形菌门的生态失调与宿主炎症相关。同样值得注意的是，这些革兰氏阴性菌产生强效毒性因子LPS。一项动物研究表明，产前LPS暴露降低了大脑中谷胱甘肽的水平。谷胱甘肽是一种重要的抗氧化剂，与大脑中的解毒密切相关。因此，在未来的研究中，ASD患者中变形菌门的丰度增加需要得到更多关注。如上所提到的，一些属（双歧杆菌，Blautia，小韦荣和普氏菌）在ASD患者中减少，而这些特定的物种正是参与碳水化合物代谢的主要物种。双歧杆菌是人类出生后肠道的第一类定殖菌，也是母乳喂养婴儿肠道微生物群中的主要群体之一。它可以发酵复合多糖调节宿主功能，促进健康，因此被作为益生菌使用受到广泛关注。Blautia起着营养吸收的重要作用，儿童和肠道的成熟。ASD患者中这些有益细菌的减少可能与该疾病的发病机理有关。另一方面，拟杆菌，脱硫弧菌和梭菌的过度生长在ASD患者中也有发现。实际上，拟杆菌在从婴儿到成年人各个年龄段中都有较高的丰度。它是肠道中丙酸盐的主要生产者，粪便中丙酸盐的丰度与拟杆菌的丰度密切相关。由微生物产生的丙酸盐可用于肝脏中的糖异生，并且代表来源于宿主的葡萄糖水平。然而，一项研究表明，ASD患者的神经发育异常伴有丙酸代谢受损，这可能与丙酸产生菌的变化有关。脱硫弧菌属在某些情况下可产生LPS以及硫化氢，对于肠细胞可能为毒性物质。梭菌在ASD种的存在已被广泛研究由于产生外毒素和丙酸酯，这可能加重ASD的相关症状。此外，属于梭菌属的一些物种产生对甲酚，这种化学物质的代谢物可能会导致谷胱甘肽被还原，另有研究表明其可能为自闭症的尿生物标志物。De Angelis等人发现肠杆菌和志贺氏菌在ASD患者中增加，与自闭症的胃肠道症状呈正相关。先前已报道这些机会性病原体可引起人类感染，如菌血症和腹腔内感染。然而，没有观测到ASD患者中存在高水平的乳杆菌。乳杆菌具有将一系列主要碳源发酵为乳酸的能力，并被广泛认为是益生菌的一员。尽管如此，最近的一项研究表明，乳酸杆菌在T2DM患者中比在HCs丰度更高。 关于ASD患者中Akkermansia，Ruminococcus，Sutterella和Faecalibacterium的改变仍然存在一些相互矛盾的结果。Akkermansia和Ruminococcus都属于可降解粘蛋白得细菌，并且与肠通透性有关。Sutterella能调节黏膜的新陈代谢和肠上皮的完整性。降解粘膜的微生物的改变可能与粘膜的产生有关，这可能影响肠道中的粘膜屏障的原因之一。由于Faecalibacterium具有产生抗炎丁酸盐的功能，因此被认为是共生的甚至是有益的。总之，在未来的研究中，需要进一步探讨这些属的变异与ASD的发病机制的关联。 对ASD与HCs患者微生物群落的生物学功能的预测发现二者有显着差异，但不同研究之间存在差异。其中两项研究中，HCs中微生物群的功能模块主要涉及细胞运动，细胞过程，细菌运动蛋白，细菌趋化性和鞭毛组装，这表明可维持正常条件下的基本生理功能。然而，在ASD患者中，增加的微生物功能模块是代谢，包括氨基酸代谢，脂质代谢，碳水化合物代谢，能量代谢，辅助因子和维生素代谢以及四环素生物合成。异戊二烯降解的功能如甲苯，氨基苯甲酸盐，多环芳烃和双酚也发现增高。此外，在ASD患者中也出现了一些涉及人类神经退行性疾病的功能模块，如亨廷顿病和ALS。因此，肠道微生物群的功能分析可能会给这些潜在的机制提供一些线索，并且需要在将来进行更深一步的研究。 微生物重建可能是未来ASD患者的治疗潜在方法 由于肠道菌群表现出与ASD具有强烈的相关性，人们对通过饮食、抗生素、益生菌、益生菌和FMT来重塑肠道微生物群的兴趣正在不断提高。在ASD儿童中，一项研究表明，口服万古霉素治疗8周可大大改善胃肠道症状和ASD疾病。一项随机双盲交叉试验表明，益生菌治疗后与对照组相比大便稠度有着显著的差异，且行为评分与基线相比也存在显著性差异。此外，Buffington等人研究中发现，母体高脂饮食（MHFD）可导致肠道微生物群的生态失调，从而诱导异常的社会行为，但用益生菌重建微生物群可以纠正MHFD后代的社会缺陷。因此，肠道微生物群可能成为未来ASD患者的治疗方法之一。 研究结果产生矛盾的可能因素 有许多混杂因素可能会限制本系统评价中分析的研究的一致性。其中地理和饮食习惯在微生物组成中起重要作用。本系统评价中包含的研究在不同国家进行。此外，限制性饮食的实施在ASD受试者中非常常见，例如GF和CF饮食。因此，饮食习惯的巨大变化及其对肠道微生物群的影响可能掩盖了差异的真实情况。其次，对照组的选择（即兄弟姐妹与非兄弟姐妹）也可能对肠道微生物群产生微妙的影响。Krajmalnik等研究发现，与无亲缘关系的儿童相比，ASD儿童的神经正常的兄弟姐妹也同样出现了微生物组的改变67。这就可以解释为什么使用NT同胞对照时没有发现任何显着差异。第三，ASD患者中GI症状的频繁发生可能影响肠道微生物群的组成。因此，病例和对照中GI症状的基线可比性可以提高对结果稳定性。另一个重要的考虑因素是肠道微生物群的生物地理变异，即从肠道或粪便内的不同解剖学位点采集样品。Zoetendal等人研究显示，使用除粪便以外的活检取材可以用来评估粘膜上皮细胞相关的微生物群。因为活检的取材可能与人体肠上皮细胞和免疫细胞有着更深的联系68。此外，肠道微生物群的不同结果也可能来自不同的试验方法以及小样本的研究。 局限性 通常，肠道微生物群的分析和结果相对来说难以进行评估。这可能是因为肠道微生物群是一个新的研究领域，目前很大程度上依赖于非参数统计，缺乏普遍接受的标准方法。如前所述，方法学和临床的异质性使得不可能将研究结果组合成meta分析。发表偏倚是系统评价领域的共同挑战。此外，只有四项研究提供了用于进行PICRUSt分析的原始测序数据或生物分析文件，这可能导致偏差的假阴性。另外因为我们的搜索策略都是基于英文的数据库因此也不能排除语言的偏倚。 结 论 总之，本系统评价表明，ASD患者的肠道微生物群与HC相比存在一致性的改变。强调了肠道微生物群的生态失调可能与ASD的行为异常相关。其中存在许多导致异质性的问题，包括饮食因素，对照的选择，胃肠道症状的频繁发生和样品来源。因此，需要使用可用的测序数据，并且进行更精心的设计研究，以更好地了解宿主与ASD中肠道微生物群相互作用。此外，作为潜在的风险因素，肠道微生物可能成为未来ASD患者的新的治疗靶点。
|
|
|
