大家好，今天跟大家分享一篇题为Microbiome multi-omics analysis reveals novel biomarkers andme chanisms linked with CD etiopathology（微生物组多组学分析揭示了与CD病因相关的新生物标志物和机制）炎症性肠病（IBD）的发生与肠道微生物组失衡密切相关，但特定微生物的致病机制尚不明确。
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研究背景
肠道微生物组在炎症性肠病 （IBD） 的发展中起着关键作用，因为微生物组成的失衡与免疫功能障碍有关。然而，某些微生物促进这一过程的具体机制仍不清楚。
在这里，我们对粪便样本采用多组学方法来鉴定新的微生物组标志物并阐明 IBD 的潜在机制。鸟枪法宏基因组学应用于 212 个样本 （验证队列共 850 个），鸟枪法宏转录组学应用于 103 个样本，代谢组学应用于 105 个样本。使用机器学习技术来预测疾病，并整合三个组学数据以提出微生物群的机制作用。
宏基因组分析确定了克罗恩病 （CD） 特异性微生物组特征，包括一组 20 个物种，这些物种实现了高诊断性能，在外部验证集中的 ROC 曲线下面积 （AUC） 为 0.94。元转录组学分析揭示了 CD 中微生物发酵途径的显着改变，但在溃疡性结肠炎 （UC） 中则没有，突出了解释代谢组学分析中观察到的丁酸盐（一种关键的抗炎代谢物）消耗的中断。
综合多组学分析进一步确定了 CD 中的活性毒力因子基因，主要来源于粘附侵袭性大肠杆菌 （AIEC）。值得注意的是，这些发现揭示了新的机制，包括大肠杆菌介导的天冬氨酸耗竭和丙酸盐的利用，这驱动了 ompA 毒力基因的表达，这对细菌粘附和侵袭宿主巨噬细胞至关重要。有趣的是，这些微生物组改变在 UC 中不存在，强调了两种 IBD 亚型之间疾病发展的不同机制。
见图一
CD 的微生物特征。
图一
与健康对照 （n = 67） 相比，CD （n = 68） 患者中前 10 种富集和耗尽物种的 log2 转换标准化丰度的热图 （A）。使用发现的 174 个 DA 物种 （B） 构建的随机森林分类器的性能 （ROCAUC） 和一个包含 CD （C） 中前 10 个富集和耗尽物种的面板。使用 ANCOM-BC 获得差异丰度物种
见图二
与 HC 相比，CD 患者的通路发生变化。
图二
使用线性模型 （A） 与 CD 患者 （n = 27） 与健康对照 （n = 49） 相比，微生物组中的差异表达途径。通路根据其 1 级 MetaCyc 类（更广泛的功能）进行分组，并按其 2 级 MetaCyc 类（更具体）着色。CD 耗尽的通路以负 log2FC 表示，而 CD 富集的通路为阳性。CD 患者和健康对照者之间的差异表达发酵 （B）。在 HC 中，发酵途径（蓝色）导致丁酸盐的产生，而在 CD（红色）中，它们导致丙酸盐和 1,3-丙二醇的产生。使用混合效应线性模型获得差异表达通路。
见图三
IBD 患者和 HC 粪便中差异丰富的代谢物。
图三
参与者粪便样本中富集和耗尽的代谢物，按疾病状况分类 （CD n = 28， HC n = 51， UC n = 26） （A）。CD 患者 （n = 28） 和健康对照 （n = 51） 之间的 OPLS-DA 模型的 S 图（七倍 CV，100 种排列，R2Y（cum） = 0.39，Q2Y（cum） = 0.19，pR2Y = 0.01，pQ2Y = 0.01）使用代谢物浓度 （B）。箱线图中的线条描绘中位数，铰链描绘第一和第三四分位数，须线描绘等于第一四分位数 + 1.5 × IQR 和第三四分位数 – 1.5 × IQR 的值。将显示所有单个点和 p 值。S 图表示代谢物与 OPLS-DA 模型的建模类别之间的协方差和相关性。
见图四
毒力因子基因的研究。
图四
在 DNA 水平（CD n = 68，HC n = 67，UC n = 77）（A） 和在 RNA 水平（CD n = 27，HC n = 49，UC n = 27）（B）检测到的毒力因子 （VF） 基因的比较，具体取决于疾病状况。与健康对照相比，富含 CD 的活性转录毒力因子基因的代表性 （C）。根据毒力因子数据库 （VFDB），VF 基因按来源微生物分组，并按其功能着色。箱线图中的线条描绘中位数，铰链描绘第一和第三四分位数，须线描绘等于第一四分位数 + 1.5 × IQR 和第三四分位数 – 1.5 × IQR 的值。
见图五
代谢物、途径和毒力因子基因之间的相关性。
图五
CD 中 ompA 和丙酸盐 （A） 之间的 Spearman 相关性，CD 中 P108-PWY 和丙酸盐之间的相关性 （B），以及 CD （C） 和健康对照 （D） 中 P108-PWY 和 ompA 之间的相关性 （CD n = 25，HC n = 23，UC n = 22）。显示所有单个点、p 值和相关系数
见图六
细菌菌群失调导致 CD 患者肠道环境发生深刻变化。
图六
这些变化包括共生细菌（在健康个体中主要是 F. prausnitzii）被 CD 患者中以 F. umbilicata 为主的细菌群落取代。此外，微生物代谢途径活性发生改变，导致受影响个体胃肠道内代谢物浓度发生变化。值得注意的是，宏基因组学、元转录组学和代谢组学的综合分析表明，大肠杆菌利用天冬氨酸促进其生长，并消耗丙酸盐来表达毒力因子基因，例如 ompA，它参与宿主的粘附和侵袭。
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研究结论
总之，我们的研究不仅确定了具有强大诊断潜力的有前途的新型生物标志物，这在具有挑战性的临床场景中可能很有价值，而且还为克罗恩病炎症和毒力背后的微生物机制提供了综合的多组学视角。
好了，今天的文献解读就到这儿来，我们下期再见！如果你正在开展临床研究.需要方案设计.数据管理. 数据分析等支持.也随时可以联系我们。