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中国AD患者的粪便菌群结构与功能失调

  

越来越多的证据表明，肠道菌群失调在各种肠道-大脑疾病中起着至关重要的作用，如阿尔茨海默病(AD)。然而，在中国AD患者的对照试验中，肠道菌群的变化及其与认知评分和宿主免疫的相关性尚不清楚。在本研究中，样本来自100名AD患者和71名年龄和性别匹配、认知正常的对照组，探索以16S rRNA基因V3-V4区为靶点的粪便微生物群的结构和功能变化，并分析其与临床特征的关系。

 

结果：

  

表1显示了中国AD患者的特征以及与年龄和性别匹配的认知正常、健康对照组

健康对照组与AD患者在性别、体重指数、吸烟、饮酒、高血压、高胆固醇血症、糖尿病、冠心病共病等方面差异无统计学意义(p > 0.05)，而中国AD患者MMSE、WAIS、Barthel评分明显低于健康对照组。

  

1、改变了AD患者粪便微生物群的整体结构

Good’s的覆盖率为99.24%，表明大多数细菌系型在粪便菌群中被鉴定出来。有趣的是，alpha-多样性指数，在对照组和AD患者之间有显著差异，表明AD相关菌群的细菌多样性降低(图1A,B)。丰富度指数，包括观察到的OTUs, ACE和Chao1，对照组也明显高于AD患者(图 1C–E)。尽管个体间存在显著差异，但基于Jaccard、Bray-Curtis的PCoA未加权UniFrac和加权UniFrac算法也将两组分为不同的聚类(图1F-I)。因此，α和β多样性分析表明，与对照组相比，AD相关粪便菌群的整体结构发生了显著变化。

  

2、AD患者粪便菌群变化的组成

通过使用LEfSe，分析显示许多关键类群在AD组和对照组之间有明显差异(图2)。此外，粪便微生物群的结构是由这些群落成员之间的动态相互作用决定的。基于组间OTUs的相对丰度，使用带有FDR调整的SparCC算法生成基于相关性的微生物相互作用网络(图3)。结果发现与AD患者相比，健康对照组的相互作用网络更为复杂。与AD患者相比，健康对照组细菌间存在更多的正、负相关性。数据表明AD患者中与AD相关的粪便菌群结构失调。

  

3、粪便Microbiota-Based签名从AD病人中区分健康对照

在AD相关的粪便微生物群中发现了几个不同的类群。这些属的差异特征如图4A-F所示，显示出显著的个体间变异。首先只使用一种差异菌作为预测因子，生成接收工作特性曲线下面积，得到曲线下面积(AUC)在0.304 ~ 0.797之间(图4 G)。图4显示，富集的粪杆菌是健康对照组较好的鉴别预测因子，最佳截止值为3.2149%。还评估了Faecalibacterium/Bifidobacterium比值的预测价值(图4H)。因此，这些关键的差异属可以作为区分健康对照和AD患者的潜在生物标志物。

  

4、AD中的微生物功能失调                                                     

为了识别AD患者和对照组粪便微生物群的代谢和功能变化，基于封闭参考OTU选取，利用PiCRUSt分析微生物群的功能潜力。发现AD患者的碳水化合物代谢、异种生物降解代谢、转运和分解代谢显著增加，而转录、免疫系统、环境适应和细胞活力显著降低(图5)。综上所述，粪便菌群的功能失调可能参与了AD的发病和发展。

  

5、差异属、临床指标与宿主免疫的相关性

通过使用Bio-Plex ProTM human cytokine group I panel 27-plex分析，发现抗炎细胞因子如IFN-γ显著减少，促炎细胞因子如TNF-α显著增加，一些趋化因子如IL-8、MCP-1和MIP-1a明显下降。为了确定AD患者的顺从属与临床指标和改变的细胞因子之间的关系，使用斯皮尔曼等级相关性(图6)。双歧杆菌与IL-8呈负相关，阿克曼菌属与IFN-γ呈负相关，但与IP-10呈正相关。肠球菌和棒状杆菌相关的促炎细胞因子TNF-α呈正相关，而粪杆菌、氏菌属、菌属和大肠球菌与TNF-α、IP-10呈负相关。综上所述，AD患者粪便菌群中产乳酸菌群的富集菌群和产菌群的减少菌群在AD的进展过程中发挥了不同的作用，并对宿主的免疫反应产生了不同的调节作用。

   

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