自闭症谱系障碍（ASD）是一种复杂的神经发育障碍，涉及社交、认知和行为方面的困难，且其病因可能与遗传和环境因素的相互作用有关。近年来的研究表明，肠道微生物组通过调节肠脑轴在ASD的发展中可能起到重要作用。但这些研究关注的是自闭症患者肠道菌群组成的变化，而我们并不清楚肠道微生物组的其他组成是否发生了变化，例如古菌、真菌及病毒，以及肠道微生物组功能（或存在的基因）。
2024年7月8日，香港中文大学黄秀娟（Siew C. Ng）团队在Nature Microbiology（IF=20.5） 期刊发表了题为“Multikingdom and functional gut microbiota markers for autism spectrum disorder” 的研究论文。通过宏基因组测序分析了1627名儿童的粪便样本，揭示了自闭症谱系障碍（ASD）与肠道微生物群之间的复杂关联。该研究显示，肠道微生物组的特异性细菌和非细菌成分以及它们的功能或影响了自闭症，这些成分的特定组合或能指导未来的诊断和机制研究。
图2 | ASD与粪便菌群功能的关联
在这项研究中，黄秀娟团队从中国5个队列中选取了1627名年龄在1-13岁之间的有自闭症或没有自闭症的男童和女童（24.4%），并对他们的粪便样本进行了宏基因组测序。
研究团队将这些样本与包括年龄、性别、BMI、饮食、药物、精神疾病、GI症状等在内的广泛表型数据共同分析。在控制这些混杂因素后，他们发现，自闭症谱系障碍儿童的古细菌、细菌和病毒多样性较神经正常儿童有所下降，总共14种古菌、51种细菌、7种真菌和18种病毒在两者之间表现出丰度差异。研究发现，自闭症儿童中大多数细菌的相对丰度显著降低，特别是嗜热链球菌和产生短链脂肪酸的细菌，如Bacteroides sp.PHL2737和Lawsonibacter asaccharolyticus。
图3 | 用于ASD诊断的随机森林模型
利用机器学习（Machine Learning）技术，团队构建了一个包含31个多界微生物和功能标记的模型，该模型在区分ASD儿童方面表现出优越的诊断准确性（AUC 0.91），诊断准确率高于使用来自单一界（例如细菌界或古菌界）的肠道微生物标志物的组合。这31种标记物在神经正常儿童和ASD儿童之间的患病率和相对丰度存在显著差异，特别是21个标记物在ASD儿童中显著缺失，而10个显著富集。关键驱动因素包括ubiquinol-7生物合成途径、GTPase和二磷酸硫胺素生物合成途径。这些发现表明，这31种粪便微生物组标记物组合可以作为ASD诊断的潜在非侵入性工具。
泛醇-7和二磷酸硫胺素生物合成途径在自闭症儿童中的丰度显著下降，这两条途径涉及的酶在ASD儿童中普遍耗尽。这些结果强调了肠道微生物群中这两条生物合成途径基因丰度的降低与ASD密切相关。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41564-024-01739-1
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