研究人员发现，即使在其他方面健康的成年人中，疲劳也与肠道微生物变化、能量相关代谢物水平降低以及与ME/CFS和精神疾病数据集高度重叠的模式相关联。
在最近发表在《科学报告》期刊上的一项研究中，研究人员调查了日本成年人的肠道微生物组、粪便代谢物与疲劳之间的关联。
肠道微生物失调，即肠道微生物组调节异常，已在多种疾病中观察到，包括精神分裂症、抑郁症和慢性疲劳综合征(ME/CFS)。由于微生物失调在精神疾病患者中经常被观察到，肠道微生物组的变化可能在疾病前期阶段就已发生。因此，在其他方面健康的疲劳人群中探索肠道微生物特征，可能有助于开发未来的预防和风险分层策略。
在本研究中，研究人员调查了肠道微生物组与疲劳之间的关联。他们在2019年至2021年间招募了50名其他方面健康的日本成年员工；参与者完成了查尔德疲劳问卷(CFQ)、爱普沃斯嗜睡量表(ESS)和匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)。受试者自行收集粪便样本用于全基因组鸟枪测序、有机酸分析和代谢组学分析。
粪便样本中的有机酸使用高效液相色谱法进行定量。确定了物种水平的分类组成。在物种和属水平上进行了分类分析。使用物种丰富度和辛普森、香农及皮卢均匀度指数评估了α多样性。此外，基于Bray-Curtis差异进行的主坐标分析(PCoA)被用来比较非疲劳组和疲劳组。
总共有16名参与者有疲劳症状(CFQ ≥ 17)，且与非疲劳组相比，他们的ESS和PSQI评分更高。身体质量指数在疲劳组和非疲劳组之间存在显著差异，在随后的多变量分析中被视为潜在的混杂因素。两组之间的α多样性和基于标准PCoA的β多样性没有显著差异，尽管成对的Bray-Curtis分析显示疲劳组内个体间微生物组差异更大。分类分析在所有粪便样本中鉴定出945个物种、405个属和15个门。与非疲劳组相比，疲劳组中6个属的丰度显著更高。
非疲劳组中有11个属的丰度显著高于疲劳组。此外，疲劳组中有10个物种的丰度显著更高，而非疲劳组中有17个物种的丰度显著更高。代谢组学分析在粪便样本中鉴定出110种代谢物和11种有机酸。疲劳组中柠檬酸和腺苷水平显著较低，酪胺和γ-氨基丁酸(GABA)水平显著较高。
接下来，研究人员调查了这些微生物代谢物和组成的差异是否伴随着微生物功能潜力的变化。为此，使用京都基因与基因组百科全书(KEGG)同源物(KOs)进行了功能分析。这些结果表明微生物功能潜力发生了改变，但没有直接证据表明氧化应激、酶活性或代谢通量增加。在所有样本中鉴定出8,739个KOs，其中452个和197个在疲劳组和非疲劳组中分别显著富集。
此外，使用显著改变的KOs、属和物种进行了随机森林(RF)分类，以探索这些微生物特征是否包含关于疲劳状态的区分信息。基于KO的模型在重复分析中表现出高区分能力，接收者操作特征曲线下面积(AUROC)的中位数为0.972。然而，保留测试集的性能较低且不稳定，因此作者将这些发现解释为探索性的，而不是验证预测分类器。
富集分析显示，与尿酸产生、2-氧代戊二酸合成和代谢以及尿素代谢途径相关的模块在疲劳组中上调。相比之下，与Wood-Ljungdahl途径、F型ATP酶以及糖原和海藻糖生物合成相关的模块在疲劳组中下调。此外，多个参与氧化应激反应的KOs在疲劳组中显著上调。
接下来，为了将疲劳相关的功能变化与微生物基因组联系起来，构建了宏基因组组装基因组(MAGs)，并评估了它们对KO特征的贡献。这产生了1,351个MAGs；经过去重后，保留了332个代表性MAGs。比较分析表明，23个和5个MAGs分别在非疲劳组和疲劳组中显著富集。
此外，使用KOs对MAGs进行了功能注释。总体而言，研究人员从疲劳组中耗竭的MAGs中鉴定出62个疲劳耗竭的KOs，从疲劳组中富集的MAGs中鉴定出57个疲劳富集的KOs。接下来，他们探索了五个选定的MAGs（具有最显著改变的KEGG模块）的相对丰度与两组间显著不同的代谢物水平之间的相关性。
Fusicatenibacter saccharivorans和Hominisplanchenecus faecis的相对丰度与柠檬酸水平显著正相关。Escherichia coli的丰度也与酪胺和GABA水平正相关。同时，Blautia_A obeum和Oliverpabstia faecicola的丰度与GABA水平显著负相关。
最后，研究团队在外部队列中检查了这些与疲劳相关的MAGs，这些队列包括疲劳是贡献或主要症状的条件，包括ME/CFS、重度抑郁症(MDD)、糖耐量受损(IGT)、双相情感障碍(BD)和肥胖症。在疲劳组中显著不同的28个MAGs在IGT、BD、MDD和肥胖数据集中均被检测到，而在两个ME/CFS数据集中分别检测到17个和22个。五个代表性MAGs也在外部队列中被检测到，除了在一个ME/CFS数据集中未检测到E. coli和Blautia_A obeum。
然而，一致的方向性和统计学显著重叠在ME/CFS队列中最强，其次是MDD和BD。在肥胖或IGT队列中未识别出一致的MAGs，作者警告说跨队列比较可能受到参与者特征和研究方案差异的影响。
总之，健康成年人的主观疲劳与肠道微生物组功能组成的变化显著相关。疲劳相关微生物改变与精神疾病和ME/CFS中的改变重叠，强调了肠道微生物特征在疲劳相关生物状态中的潜在相关性。
总体而言，研究结果为未来研究提供了基础，即疲劳相关的肠道微生物特征是否可能支持早期检测或预防干预策略，尽管这项小规模的横断面研究无法确立因果关系或临床效用。
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