肠道微生物群与短链脂肪酸的关系揭示肠易激综合征临床异质性并确定关键微生物靶点Microbiota and short chain fatty acid relationships underlie clinical heterogeneity and identify key microbial targets in irritable bowel syndrome (IBS) | Scientific Reports

环球医讯 / 硒与微生态来源:www.nature.com美国 - 英语2025-10-11 05:49:04 - 阅读时长22分钟 - 10953字
本研究通过分析41名肠易激综合征患者(包括便秘型和腹泻型)和17名健康对照者的粪便微生物宏基因组、短链脂肪酸及临床特征,揭示了不同肠易激综合征亚型间微生物-短链脂肪酸关系的显著差异。研究发现腹泻型患者中微生物-短链脂肪酸关联更为明显,鉴定出如Dorea sp. CAG:317和Bifidobacterium pseudocatenulatum等关键微生物靶点,这些发现为理解肠易激综合征病理机制和开发针对性治疗提供了新思路。研究还表明肠易激综合征患者的微生物组功能冗余性降低,不同亚型患者在底物偏好和代谢能力方面存在差异,聚焦驱动短链脂肪酸特征的关键微生物可能成为识别相关治疗靶点的理性策略。
肠易激综合征肠道微生物群短链脂肪酸微生物-SCFA关联胆汁酸吸收不良碳水化合物降解黏蛋白降解IBS亚型健康对照微生物靶点
肠道微生物群与短链脂肪酸的关系揭示肠易激综合征临床异质性并确定关键微生物靶点

摘要

短链脂肪酸(SCFA)是关键的微生物代谢物,可调节肠道稳态并可能影响肠易激综合征(IBS)的病理生理过程。本研究旨在评估与SCFA相关的微生物特征,并确定这些特征在IBS亚型和内表型间的差异。我们分析了41名IBS患者(便秘型IBS [IBS-C]和腹泻型IBS [IBS-D])和17名健康对照者的粪便微生物宏基因组、粪便SCFA以及可测量的IBS特征(粪便胆汁酸、结肠传输、粪便形态)。我们使用条件化于传输时间的部分典范对应分析(pCCA),量化各组间的微生物-SCFA关联。我们进一步比较了各组间以及根据粪便特征选择的参与者子集中肠道微生物组编码的底物利用潜力,还比较了有无临床胆汁酸吸收不良(BAM)患者的粪便微生物组。微生物-SCFA关联在各组间存在差异,揭示了在IBS-D中包括Dorea sp. CAG:317和Bifidobacterium pseudocatenulatum以及在IBS-C中包括Akkermansia muciniphilaPrevotella copri的关键分类群,这些可能构成亚型特异性微生物介导机制的基础。在IBS-D中观察到最多数量的微生物-SCFA关联。几种SCFA产生菌株表现出与SCFA的负相关。与健康对照相比,IBS患者中与乙酸到丁酸比例相关的细菌分类群较少。在根据粪便形态选择的参与者中,我们展示了各组间SCFA代谢和碳水化合物及黏蛋白降解的微生物基因/通路丰度存在差异。BAM的IBS-D患者中SCFA产生菌减少。驱动SCFA产生的关键分类群因IBS亚型和特征而异。IBS微生物组似乎表现出功能冗余性降低。底物偏好差异也与肠道功能相关。聚焦于驱动SCFA特征和粪便形态的分类群可能是识别IBS中相关微生物靶点的合理策略。

引言

肠易激综合征(IBS)是一种负担沉重的肠-脑互作障碍,全球患病率估计为5-10%。IBS的病理生理机制包括运动或传输障碍、肠道分泌改变、肠道通透性受损、免疫细胞反应性、内脏高敏感性以及神经信号和/或中枢处理失调。尽管在理解IBS发病机制方面取得了进展,但诊断和治疗IBS的生物标志物仍然有限。

越来越多的证据表明,胃肠道(GI)微生物组与IBS风险相关,也可能介导许多导致症状的机制,包括运动改变、屏障功能障碍、免疫激活、沿脑-肠轴的信号传导以及内脏感觉。IBS患者微生物组成的特征化表明,与健康对照相比,IBS患者中微生物多样性降低、时间稳定性下降或特定细菌的相对丰度发生变化。然而,这些发现尚未在研究间足够一致,无法确立IBS中明确的微生物特征,我们对功能微生物组的理解仍存在空白。整合互补策略来研究微生物代谢物对于获取关于微生物组对IBS影响的可行见解至关重要。

包括管腔胆汁酸和短链脂肪酸(SCFA)在内的微生物代谢物异常特征已在部分IBS患者中被描述。胆汁酸吸收不良(BAM)被认为是可通过多种诊断方法评估的IBS机制亚型,包括测量总胆汁酸或主要粪便胆汁酸。研究表明BAM与生理特征、症状和生活质量相关。最近,研究人员研究了IBS中微生物对BAM的贡献,报告了诸如Clostridia细菌(包括C. scindens)富集、微生物α多样性降低、厚壁菌门与拟杆菌门比例升高等改变,以及与Escherichia coliRuminococcus gnavus过度生长相关的内窥镜可见生物膜的存在。

SCFA由进入结肠的膳食纤维和抗性淀粉的厌氧发酵产生,可调节肠道稳态和生理。与胆汁酸相比,SCFA在IBS中的作用了解较少。IBS中粪便SCFA的研究产生了可变的结果,这可能与IBS患者人群的异质性和SCFA可能调节肠道生理的多条途径有关。因此,虽然粪便SCFA不太可能作为分类IBS生物标志物,但它们可能提供对构成IBS症状病理生理机制的关键见解,或作为识别代谢相关微生物靶点的工具。一些已评估不同IBS亚组中粪便SCFA的研究报告了粪便SCFA与IBS亚型之间更为一致的关联,以及粪便SCFA与可测量的IBS特征(如结肠传输、肠道功能和胆汁酸排泄)的相关性。尽管有这些报告,SCFA与传输时间的相互关联使评估SCFA谱是否代表驻留微生物组的代谢能力变得复杂。尚不清楚研究微生物组与排泄SCFA之间的关系是否具有临床意义。最近的研究表明,个别或关键分类群,而非复杂的生态群落,可能驱动对膳食纤维的SCFA输出变化。因此,分离塑造管腔SCFA的主要微生物特征(或关键分类群)的策略可能成为在IBS患者中选择功能相关微生物靶点的合理方法。为解决这些问题,我们对有无IBS的成年人的胃肠道微生物组组成和功能、粪便SCFA以及根据定量特征(传输、胆汁酸、肠道功能)定义的IBS内表型进行了深入调查。

结果

参与者特征

在96名接受筛查评估的志愿者中,71名完成了研究,58名参与者(图1)被纳入最终分析,平均年龄[±标准差] = 35.5 (± 13.8)岁,平均BMI [±标准差] = 26.2 [± 7.5] kg/m²),排除了不合格者(n = 16)、失访者(n = 9)或未提供SCFA数据者(n = 13)。基线临床特征(表1)包括宏量营养素摄入在各组间无显著差异(所有p值不显著)。定量特征的比较显示IBS-D和健康志愿者(HV)参与者之间总粪便胆汁酸和传输存在差异,以及IBS和HV之间的总粪便SCFA和粪便乙酸存在差异(表2;图2和3)。

粪便微生物组组成在IBS与健康之间以及IBS亚型间存在差异

对粪便样本进行了鸟枪法宏基因组测序,获得总计3.1 Gb的序列数据(在去除污染物后),每个样本平均有3760万对末端读数(已存入NCBI,登录号PRJNA1023929)。分类学鉴定确定了461个物种水平分类群。基于Bray-Curtis差异性的微生物组比较显示,组间群落距离在未调整分析(p = 0.01)和在调整年龄、BMI和通过随机森林算法选择的饮食变量后(p = 0.003)均存在显著差异。我们使用Kruskal-Wallis检验比较了各组间个体分类群的丰度,确定了18个独特且丰度不同的分类群。在IBS-D中观察到14个分类群(补充表1)的最高平均相对丰度,包括Dorea sp. CAG:317、Blautia sp. CAG:257、Ruminococcus gnavusProteobacteria bacterium CAG:139,这些先前已被与BAM机制和IBS-D患者中的血清素生物合成联系起来。Lawsonibacter asaccharolyticus丰度在IBS-C中最高,而Firmicutes bacterium CAG:83丰度在HV中最高。

我们在未调整分析后进行了高丰度物种的ALR转换分类群丰度的协变量调整GLM成对比较,以证明17个成对比较中存在显著差异,包括12个独特物种(图4),其中11个表现出≥3倍的丰度差异。在这些分类群中,我们观察到在IBS-D中Dorea sp. CAG:317和Bifidobacterium pseudocatenulatum的丰度显著高于IBS-C或HV,在IBS-D中Blautia sp. CAG:257和Proteobacteria bacterium CAG:139的丰度显著高于HV。我们发现Clostridium sp. CAG:58的丰度在IBS-D和IBS-C相对于HV均显著升高,而Firmicutes bacterium CAG:83的丰度则降低。Akkermansia muciniphilaPrevotella copri在IBS-C中相对于HV增加。在高丰度细菌中,临床队列的成对比较中还观察到151个相对丰度差异≥3倍的情况(补充表2),但在调整协变量后无统计学显著性。

微生物-SCFA关联在IBS亚型和HV之间存在差异

我们在整个队列和各临床组内对微生物组和SCFA数据进行了条件化于传输时间的pCCA,以量化分类群丰度与粪便SCFA之间的关系。在整个队列中,我们观察到微生物组丰度矩阵与SCFA浓度矩阵之间存在显著相关性(p = 0.033,R² = 0.095)。各临床组内微生物组丰度与SCFA浓度之间的关系(补充图2)在IBS-D中(p = 0.015)更为明显,在HV和IBS-C中则不明显(p值不显著)。在整个队列中,与总SCFA最大的正相关性观察到与Bacteroides plebeiusPrevotella sp. CAG:1031和Bifidobacterium pseudocatenulatum

不同分类群与各临床亚组中的单个SCFA相关

考虑到SCFA效应可能取决于SCFA类型,我们根据各分类群对单个SCFA的投影分数(补充表3-6)进行排名,以评估细菌物种与SCFA谱之间的关联模式。单个SCFA的较高投影分数表示与该特定SCFA的更大程度关联。投影分数小于0.5的细菌被排除在后续分析之外。通常,单个分类群与乙酸、丁酸和丙酸的相关程度和方向根据临床组而异(图5)。在IBS-D中观察到最多数量的微生物-SCFA关联,这由过滤后排名列表中剩余的细菌数量较多所证明。大多数微生物-SCFA模式在IBS-D和IBS-C之间不同,只有少数细菌物种包括Ruminococcus torquesCoprococcus comesClostridium sp. CAG:299、Bacteroides eggerthiiAdlercreutzia equolifaciens在两种IBS亚型中对乙酸和丁酸表现出一致的关联。

在IBS-D中,观察到与多种分类群的粪便乙酸既存在正相关也存在负相关。最大的负投影观察到与几种先前与SCFA产生相关的细菌(B. plebeiusRoseburia hominis)、饮食多糖和蛋白质利用者(Firmicutes bacterium CAG:110)、淀粉或果聚糖降解(Bifidobacterium adolescentis)、纤维发酵(例如Clostridium leptum)、β-果聚糖利用者(例如Roseburia inulinivorans)相关。正投影观察到与Dialister sp. CAG 357、B. pseudocatenulatumAlistipes物种、Prevotella sp. CAG:1031、R. torquesR. gnavus相关。在IBS-C中,乙酸的最大负投影观察到与Dorea sp. CAG:317、Lachnospira pectinoschizaPrevotella sp. CAG:1031的丰度之间,而最大的正投影观察到与Streptococcus salivarusBacteroides fragilisR. torques之间。在HV中,乙酸的最大负投影观察到与B. plebeiusDialister sp. CAG:357、Bacteroides doreiA. muciniphila之间。HV中乙酸的最大正投影与Ruminococcus lactaris相关。

IBS-D中微生物-丁酸关联的分析表明,Ruminococcaceae bacterium D5、Firmicutes bacterium CAG:110、C. leptumR. hominisR. inulinivoransL. asaccharolyticus等几种细菌与丁酸的投影分数为负。丁酸最大的正投影分数观察到与Alistipes物种、Prevotella sp. CAG:1031和R. torques。在IBS-C和HV中,微生物-丁酸关联模式在很大程度上与各自临床组内观察到的微生物-乙酸关联模式相似。此外,在IBS-C中也观察到丁酸与Bacteroides thetaiotaomicron(一种已知的人类共生菌,具有消化多种多糖和宿主糖蛋白的能力)之间的正相关关系。

对于丙酸,在IBS-D中大多数微生物包括Ruminococcaceae bacterium D5、Firmicutes bacterium CAG:110、C. leptumL. asaccharolyticusRuthenibacterium lactatiformansBacteroides massiliensis表现出与丙酸的负相关,只有少数例外,包括S. salivarus,观察到最大的正相关。相比之下,在IBS-C中观察到粪便丙酸既有正投影也有负投影;最大的正分数观察到与Paraprevotella xylaniphilaPhascolarctobacterium succinatutensP. copri相关。在HV中,多种细菌分类群与丙酸既存在正相关也存在负相关。

基于网络的微生物-代谢物关联验证

贝叶斯网络分析结果(补充图3)显示与投影分数分析一致的模式。值得注意的是,许多对单个SCFA具有高投影分数的分类群(例如R. torquesR. hominisR. inulinivoransC. leptumB. plebeiusPrevotella sp. CAG:1031等)在贝叶斯网络中也被发现直接或间接与SCFA相关。

IBS中与乙酸到丁酸比例相关的细菌种类数量较少

由于SCFA从乙酸到丁酸的相互转化可能代表胃肠道内丁酸形成的主要途径,我们研究了细菌与乙酸到丁酸比例的关系,以确定与驱动SCFA输出的代谢过程相关的顶级分类群。最大的正相关观察到与Prevotella sp. 885、Firmicutes bacterium CAG:83、P. xylaniphila在IBS-D中,表明这些物种与向减少丁酸产生的转变相关。与观察到的单个SCFA模式不同,分析乙酸到丁酸比例表明,与对照相比,IBS-D或IBS-C中的排名细菌数量显著较低(图5),这表明IBS中丁酸形成的功冗余性可能降低。

SCFA产生微生物减少与胆汁酸吸收不良(BAM)

对22名IBS-D患者(有BAM者n = 8,无BAM者n = 14)的粪便微生物宏基因组进行了分析,根据先前验证的诊断临界值。基于ALR转换丰度数据的欧几里得差异性比较显示有和无BAM的患者之间存在显著差异(p = 0.039; R² = 0.061)(补充图4)。观察到两组间六种高丰度物种存在显著差异(补充表7),包括L. asaccharolyticusR. inulinivoransL. pectinoschizaF. saccharivorans,这些也与IBS-D中的粪便SCFA但非胆汁酸相关。这四种已知具有SCFA产生能力的物种与BAM呈负相关。

碳水化合物降解、SCFA代谢和黏蛋白降解的功能潜力

对微生物基因家族和通路的检查在宏基因组数据集中产生了总计949,223个基因家族,包括4,042个命名的KO术语。我们应用肠道代谢模块(GMM)框架分析与碳水化合物降解、SCFA产生或代谢(包括细菌交叉喂养通路)、黏蛋白降解以及一个基于显著物种预测因子的丝氨酸降解相关的模块。与对照相比,IBS-C中乳糖降解(p = 0.0026)、丝氨酸降解(p = 0.019)和丙酸产生(p = 0.026)模块内KO标识符的丰度显著富集(补充表8)。与对照相比,IBS-D中半乳糖降解模块内的KO标识符相对丰度显著降低(p = 0.033)。在集体队列中,我们应用GMM框架分析宏基因组编码功能与粪便SCFA之间的关系。我们确定了23个、23个、15个和16个来自相关GMM的KO标识符,它们分别与总SCFA、乙酸、丁酸和丙酸显著相关(补充表9-12)。在一个代表性子集(n = 6个对照,n = 5个IBS-D,n = 5个IBS-C)中,根据粪便形态特征选择,功能宏基因组分析表明与SCFA产生/代谢以及碳水化合物/黏蛋白降解相关的微生物基因/通路与临床组相关(图6)。

讨论

有人提出,一些IBS患者肠道SCFA的变化是由微生物组成和功能的转变引起的,以驱动和维持症状。我们假设特定的微生物组特征与SCFA输出相关,这些关系在IBS亚型和内表型间存在差异。使用双组学方法,我们发现微生物-SCFA关系在IBS亚型和内表型之间以及IBS患者与HV之间存在差异。关注配对的微生物-SCFA数据是基于SCFA在胃肠道生理中的已知生物学相关性。我们的发现表明,关键分类群可能塑造微生物代谢组、促进IBS机制,并通过其功能能力影响肠道功能。

虽然许多研究报道了IBS中的组成变化,但一致的模式难以捉摸。在我们的研究中,我们观察到各组间总体微生物群落组成的差异,显著变化在IBS-D中最为明显。这些改变主要表现为几种细菌物种的丰度增加,包括Blautia sp. CAG:257、R. gnavusDorea sp. CAG:317和Proteobacteria bacterium CAG:139。R. gnavus先前已通过血清素生物合成、生物膜形成和增加粪便胆汁酸排泄、产生促炎多糖以及黏蛋白降解被牵涉到IBS-D发病机制中。有趣的是,R. gnavus与IBS的关系在调整分析中失去了显著性,这是由于R. gnavus与BMI之间的正相关,这可能表明R. gnavus在解释IBS-D或慢性腹泻与代谢综合征和肥胖相关疾病之间的联系中的作用。IBS-D与其他分类群的关联,包括Dorea sp. CAG:317、Blautia sp. CAG:257和Proteobacteria bacterium CAG:139仍然存在,而B. pseudocatenulatum与IBS-D之间出现了新的关联。

在我们对微生物-SCFA关系的分析中,整个队列中对SCFA贡献最大的是B. plebeiusPrevotella sp. CAG:1031和B. pseudocatenulatum,表明它们在微生物代谢中的核心作用。这些分类群具有适应膳食碳水化合物发酵的能力,支持其代谢相关性。在IBS-D中,微生物-SCFA关联在IBS-D中最明显,与乙酸和丁酸比例相关的微生物较少。这些观察可能表明微生物对SCFA谱的贡献在IBS-D中特别重要,也可能暗示更高程度的微生物专业化和功能冗余性降低。先前,Jacobs等人报道了果聚糖和多元醇利用的转录丰度显著增加,以及果糖和葡聚糖代谢以及碳水化合物发酵的琥珀酸途径的转录本上调。IBS-D和IBS-C之间的比较显示微生物代谢的差异,包括IBS-D中果糖、甘露糖和多元醇代谢的多个代谢途径上调。综合起来,我们的发现表明微生物代谢的差异可能构成IBS亚型间临床症状或病理生理机制变化的基础,并且改变的微生物代谢在IBS-D中可能特别重要。我们的发现可能进一步解释感染后IBS中混合型和腹泻型症状的较高患病率,以及抗生素治疗(如利福昔明)在IBS-C中相对于IBS-D的疗效证据有限。

Dorea sp. CAG:317和B. pseudocatenulatum被确定为与乙酸到丁酸比例和乙酸浓度相关的主要排名细菌。几种Dorea物种中描述了黏蛋白降解,Dorea属属于SCFA的主要生产者Lachnospiraceae科。值得注意的是,Wang等人最近证明,虽然纤维剥夺后补充木聚糖通过促进B. pseudocatenulatum缓解了肠道菌群失调,但这些变化与较低的群落多样性相关。因此,Dorea sp. CAG:317和B. pseudocatenulatum可能代表与IBS-D患者中改变的微生物代谢或群落恢复的持续损伤相关的关键分类群。只有两种细菌物种,A. muciniphilaP. copri在IBS-C中显著增加。P. copri进一步被确定为主要排名细菌,在IBS-C中与丙酸呈正相关,与乙酸到丁酸比例呈负相关。先前的研究报告了黏膜P. copri丰度与无感染史IBS患者腹痛之间的正相关。其他人证明,丙酸水平高的IBS患者表现出更差的胃肠道症状、生活质量和负面情绪。P. copri是一种突出的肠道共生菌,通过琥珀酸途径促进丙酸产生,并与人类健康的有益和有害影响相关。在Jiang等人的另一项研究中,高纤维饮食下P. copri定植与类风湿关节炎患者中促炎效应和Akkermansia扩增相关。综合起来,这些观察可能表明P. copri驱动的丙酸产生,特别是在Akkermansia增加的背景下,可能促进驱动IBS-C症状负担的病理生理机制(例如免疫激活)。

除了识别与单个SCFA相关的主要微生物特征外,我们还观察到与观察到的微生物-SCFA关系的模式或方向相关的几个重要发现。有趣的是,在IBS-D亚组中,几种SCFA产生菌(包括R. hominisB. adolescentisR. inulinivorans)与单个SCFA之间观察到负相关。这些发现可能暗示IBS中存在破坏的交叉喂养机制、底物利用的修改、竞争性抑制或其他导致改变的微生物代谢的上下文特异性变化。R. inulinivorans是一种已知的纤维发酵菌,也具有通过与其他肠道微生物群成员的代谢相互作用来觅食黏蛋白的能力,并且以净乙酸摄取而闻名,这可以解释它与SCFA减少的相关性。在分析细菌物种与乙酸到丁酸比例的关系时(我们将其作为整体SCFA产生和管腔SCFA可用性的标记物进行研究),我们发现与健康对照相比,IBS中排名靠前的细菌数量较少,这表明IBS微生物组的整体功能冗余性降低。未来的工作应调查细菌交叉喂养、微生物转化以及结肠微生物组与饮食和宿主衍生底物的相互作用的影响,这些可能破坏微生物群-黏膜界面,暴露脆弱性并驱动IBS发病机制。

少数细菌物种在两种IBS亚型中与SCFA相关,包括R. torquesC. comesClostridium sp. CAG:299、B. eggerthiiAdlercreutzia equolifaciens,这可能表明这些细菌物种代表了IBS亚型间共享的微生物特征。R. torques是一种黏蛋白降解细菌,先前已与IBS以及抑郁症相关。同样,最近的研究证明了C. comesB. eggerthii与抑郁症和创伤后应激障碍的关联,这两者在IBS中都被描述为合并症。这些数据可能表明某些微生物特征与涉及微生物群-肠-脑轴的共同病理生理机制相关,这些机制在IBS亚型间共享,其效应可能由微生物衍生的SCFA介导。

在IBS-D患者中比较有和无BAM的患者时,我们观察到BAM与几种SCFA产生菌的丰度降低相关。类似观察已在将生物膜形成与胆汁酸积累和SCFA产生细菌减少联系起来的研究中做出。结果表明BAM对肠道代谢组产生间接影响,并可能与SCFA产生能力下降相关。我们还评估了胃肠道微生物组的功能变化,发现与碳水化合物和丝氨酸降解以及SCFA产生相关的代谢过程的KO标识符丰度存在差异。在根据粪便形态特征选择的参与者子集中,我们发现了各组间底物降解潜力和发酵能力的差异,包括对照中淀粉降解能力增加、IBS-D与IBS-C中不同的黏蛋白降解功能以及IBS-C中果胶降解潜力降低。结果表明IBS中异常的粪便形态受微生物编码的底物偏好影响。

综合起来,我们的发现表明,微生物组组成的独特变化可能构成IBS临床异质性的基础。我们证明IBS-D中的肠道微生物群以增加的代谢活性、降低的功能冗余性和持续降低的多样性为特征。包括R. gnavusDorea sp. CAG:317和B. pseudocatenulatum在内的几种分类群成为进一步研究作为IBS-D中潜在微生物靶点的主要候选者。包括P. copri相关丙酸产生和Akkermansia扩增在内的少数独特微生物特征可能在IBS-C中发挥关键作用。同时,亚型间共同的微生物特征可能为理解IBS中涉及微生物群-肠-脑轴的共享病理生理机制提供见解。确定驱动代谢输出的主要微生物特征(分类群或功能)对于定义在IBS中调节微生物组的理性方法至关重要。

尽管研究优势,我们认识到这项工作的局限性,包括横断面采样,这忽略了微生物组的波动性质。为解决这个问题,我们评估了与在样本采集时定义的可量化的IBS内表型的微生物丰度关系,同时考虑了基线协变量。所有参与者都被指示在保持其通常饮食的同时摄入4天高脂饮食。先前,我们检查了习惯性饮食和实时摄入对排泄粪便SCFA的影响,发现包括多糖在内的宏量营养素摄入的适度变化对排泄SCFA没有产生实质性影响。我们从大学诊所和周围社区招募了具有对立IBS表型的患者,以增加我们检测临床队列间差异的能力并限制转诊偏差。我们还承认,无法通过当前工作确定因果微生物机制。然而,我们应用双组学方法来调查肠道微生物组组成和功能的生物学相关变化。我们不能排除由于适度样本量和I型错误风险的可能性,因为我们没有在分类学差异分析中调整错误发现率。此外,宏基因组分类工具的选择可能影响分类学分析。因此,结果应被视为假设生成的。然而,我们的分析方法基于预先确定的终点,并应用了保守策略,重点关注与SCFA相关的分类群,同时考虑传输。我们进一步将分析限制在高丰度分类群和表现出>3倍丰度变化的物种上,同时关注我们结果的生物学合理性。MetaPhlAn是一种广泛使用的宏基因组分类工具,依赖于特定支标记基因,非常适合识别人类样本中的物种水平模式。还进行了互补的贝叶斯网络分析,以更好地捕捉微生物相互作用和对SCFA谱的共同影响。重要的是,通过投影分数识别的许多分类群被注意到在更广泛的微生物组-代谢物-传输相互作用网络中占据结构重要位置,支持我们发现的生物学相关性。最后,我们比较了IBS亚型,但没有使用IBS严重程度评分系统等工具评估症状严重程度,其他人已证明这可能与微生物组组成相关。本研究的发现应在更大、纵向的队列中验证,并调查IBS表型的其他方面,如症状严重程度,但仍提供了一个新颖的框架,可用于揭示IBS中的关键微生物相互作用和靶点。

结论

总之,本研究的主要发现突显了微生物-SCFA模式在临床IBS表型和内表型间的差异。在IBS-D中观察到微生物组成的显著变化。这些变化似乎影响了代谢能力、底物偏好和代谢物谱。此外,改变的微生物底物摄取可能影响IBS中的粪便形态或肠道功能。重要的是,我们确定了特定分类群——如R. gnavusDorea spp.和B. pseudocatenulatum——由于它们与SCFA谱的强关联,可能作为生物标志物或治疗靶点。我们的发现支持配对微生物-代谢物方法作为在异质性IBS患者群体中识别功能相关微生物特征的可行策略的实用性。

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