肠道微生物群和代谢物：多发性硬化症疾病进展的关键 “密码”

多发性硬化症（MS）一直是神经领域的难题，这篇研究聚焦于此。通过对 MS 患者肠道微生物群和代谢物的深入探究，发现它们与疾病进展紧密相连，如某些微生物和代谢物与残疾、MRI 指标及生活质量变化相关，为 MS 治疗提供了新方向，值得关注！

　　

研究背景

多发性硬化症（MS）是一种神经系统疾病，从复发缓解型发展为进展型的生物学机制尚不完全清楚。已有多项研究表明，MS 患者存在肠道微生物组异常，但肠道微生物及其代谢物与 MS 不同阶段和疾病进展的关系尚不明确。肠道微生物及其代谢物对健康和疾病相关过程有重要影响，在 MS 中，血清和粪便代谢物也发生了改变，且部分代谢物由肠道微生物产生。本研究利用综合纵向调查队列（CLIMB 研究），旨在探究肠道微生物群和代谢物与 MS 疾病进展的关系，为揭示 MS 发病机制和治疗提供新线索。

研究方法

1. 研究对象：选取 CLIMB 研究中符合条件的 MS 患者及健康对照者。患者需满足 MS 诊断标准，排除特定情况，如妊娠、胃肠道疾病等。健康对照样本来自 PhenoGenetic 项目。参与认知测试（如符号数字模态测试 SDMT、加利福尼亚言语学习测试 CVLT-II）和生活质量评估（神经疾病生活质量问卷 Neuro-QoL）的患者，在粪便和血液采样前后 6 个月内进行测试。
2. 实验方法
   • MRI 检查：对 MS 患者进行年度 3T 脑部 MRI 扫描，采用高分辨率协议，通过自动化后处理管道测量 T₂白质病变体积（T₂LV）、全脑和深部灰质（DGM）体积，并进行适当归一化。
   • 微生物组处理与分析：从粪便样本中提取 DNA，扩增 16S rRNA 基因的 V4 - 5 区域，进行测序。使用 QIIME2 进行序列分析，包括去噪、过滤、合并样本等操作，利用训练的 SILVA 分类器进行分类学注释。通过多种统计方法分析微生物多样性和差异，如 Kruskal - Wallis 检验、PERMANOVA 等，并使用 MaAsLin2 分析微生物与临床指标的关系。
   • 代谢组学分析：由 Metabolon Inc 对血清和粪便样本进行全球代谢组学分析。样本经处理后，通过超高效液相色谱 - 串联质谱检测代谢物。对原始数据进行处理、质量控制、对齐和化合物鉴定，计算代谢物丰度、差异倍数和通路富集分数（PES），利用 MetOrigin 分析代谢物来源，使用 MMvec 研究微生物与代谢物的相关性。
   • 短链脂肪酸（SCFA）定量：在马萨诸塞州宿主微生物组中心，通过气相色谱 - 质谱法对粪便样本中的 SCFAs 进行分析，检测多种挥发性酸，并将结果归一化。

研究结果

1. 与疾病恶化相关的微生物群：对比 EDSS 评分在 2 年内恶化（增加≥1）和稳定（变化≤1 或改善）的 MS 患者，发现 4 种扩增子序列变体（ASVs）与 2 年 EDSS 变化呈负相关，如Streptococcus、Eubacterium hallii等；3 种 ASVs 呈正相关，如Alistipes、Bacteroides等。此外，还发现抗 CD20 治疗会影响肠道微生物群，使某些微生物的丰度发生变化。
2. 肠道微生物与 3T MRI 变化的相关性：比较未接受治疗和接受疾病修饰疗法（DMT）的患者，发现 MRI 变化与 DMT、年龄、BMI 无关。但多种微生物分类群与 7 种脑容量测量指标相关，如Lachnospiraceae、Alistipes与全脑体积变化相关，A. onderdonkii、Streptococcus与 T₂LV 相关，且与 T₂LV 和萎缩相关的微生物存在差异。
3. 肠道微生物与 MS 认知变化的关联：对部分患者进行认知测试，发现 3 种微生物分类群与 SDMT 评分恶化相关，如Ruminococcus gauvreauii组、Lachnoclostridium等；一些微生物与 SDMT 评分改善相关，如Ruminococcus属和Peptostreptococcaceae成员。在 CVLT-II 测试中，也发现多种微生物与评分变化相关，如Clostridium sensu stricto、Turicibacter与评分下降相关，Lachnoclostridium、Bacteroides与评分改善相关。
4. 肠道微生物与 MS 生活质量变化的关系：通过 Neuro-QoL 调查评估生活质量，发现A. onderdonkii与下肢功能领域变化呈负相关，Eubacterium hallii与上肢功能、社交参与、认知功能等多个领域变化呈正相关。
5. 与进展型 MS 相关的血清代谢物：对不同疾病状态（健康对照 HC、稳定的复发缓解型 RR→RR、复发缓解型转变为继发进展型 RR→SP、继发进展型 SPMS）的患者血清进行代谢组学分析，发现数百种代谢物在组间存在差异。与 HC 相比，RR→SP 和 SPMS 患者血清中 8 种脂质和 1 种异生物质增加，6 种脂质和 6 种异生物质减少，如棕榈油酸酯、对甲酚硫酸盐增加，次级胆汁酸减少。此外，还确定了与 EDSS 变化相关的代谢物及相关代谢途径。
6. 与进展型 MS 相关的粪便代谢物：对粪便样本进行代谢组学分析，发现代谢物聚类与疾病类别和性别有关。与 HC 相比，RR→SP 和 SPMS 患者粪便中与疾病进展相关的代谢物减少，如尼克酸、原卟啉 IX 等。RR→SP 与 RR→RR 患者相比，85 种代谢物发生改变，多数为氨基酸、脂质等，且确定了相关代谢途径。同时，发现血清和粪便中部分代谢物变化趋势一致，部分脂质在血清和粪便中的变化相反，还观察到与 MS 恶化相关的次级胆汁酸变化。
7. 预测产生与 MS 进展相关代谢物的微生物群：利用 MetOrigin 和 MMvec 分析，发现多种微生物与产生和 MS 进展相关的粪便代谢物有关，如Akkermansia产生吡哆胺和尼克酸，Lachnospiraceae产生黄嘌呤和赤藓糖酸，Eubacterium hallii产生鞘磷脂等。

研究讨论

1. 微生物群与疾病进展的关系：本研究确定了与 MS 疾病进展相关的特定微生物和代谢物。Butyricoccus、Eubacterium hallii等微生物与 2 年 EDSS 变化呈负相关，可能具有保护作用；而Bacteroides、Alistipes等与疾病恶化相关。但微生物群与疾病的关系复杂，某些微生物在不同研究中的作用存在差异，需进一步研究。
2. 微生物与临床指标的关联：肠道微生物不仅与 EDSS 变化相关，还与 MRI 指标、认知功能和生活质量相关。如Erysipelatoclostridium、Romboutsia等与脑体积变化相关，Peptostreptococcaceae成员与认知测试评分相关，Blautia、Eubacterium hallii与生活质量相关，表明肠道微生物在 MS 的多个方面发挥重要作用。
3. DMT 对微生物群和疾病进展的影响：DMT 可能影响 MS 患者的临床进展和微生物群组成。本研究虽未发现 DMT 对 EDSS 变化、萎缩或 T₂病变大小有显著影响，但发现接受 DMT 治疗的患者肠道微生物群存在差异，如抗 CD20 治疗可使Blautia增加，Bacteroides dorei减少。
4. 代谢物与疾病进展的关系：血清和粪便代谢组学分析发现，与 MS 进展相关的代谢物包括脂质、异生物质、氨基酸等。如棕榈油酸酯、对甲酚硫酸盐在进展型 MS 患者血清中增加，次级胆汁酸、尼克酸等在粪便中减少，这些代谢物的变化可能反映了疾病的进展过程，且与微生物群的变化相关。
5. 研究的局限性与展望：本研究存在一定局限性，样本量相对较小，且使用 16S 测序进行微生物分类。未来研究可采用更大规模、多中心的队列，并结合鸟枪宏基因组学等方法，进一步深入探究肠道微生物群和代谢物与 MS 疾病进展的关系，为开发基于微生物群的治疗策略提供更坚实的基础。