香港中文大学吴邓述评：婴幼儿肠道菌群及代谢水平可预测神经发育障碍风险 | Cell Press青促会述评

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作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2024年第六期（总第164期）专栏文章，由香港中文大学生命科学学院博士后 吴邓，就 Cell 中的论文发表述评。

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神经发育障碍（Neurodevelopmental disorders, ND）是一组通常发病于儿童时期的疾病，包括自闭症（ASD）、注意力缺陷/多动症（ADHD）、智力障碍以及语言障碍等。近年来，研究者们发现生命早期包括产前阶段的先天遗传因素、免疫系统紊乱以及慢性炎症反应等因素也会诱发ND。“脑肠轴”代谢调控愈发被认为在神经发育疾病中发挥重要作用。然而，肠道菌群如何影响神经发育相关疾病的机制仍不清楚，尤其早期肠道微生物群与认知之间的关联研究几乎未被报道过。

为了填补这一空白，来自佛罗里达大学的Eric W. Triplett教授及其团队通过对瑞典东南部16,440名婴儿进行了长达20年的追踪研究，发现其中1,197名婴儿会在不同年龄阶段发展为ND。通过进一步比较ND儿童与健康儿童的家庭环境、HLA基因型、幼儿时期血清及粪便样本中代谢产物和肠道菌群的变化特征，最终建立了早期肠道菌群与认知之间的联系，提出肠道菌群失衡所导致的炎症反应是诱发神经发育类疾病的风险因素。2024年4月3日，相关工作以“Infant microbes and metabolites point to childhood neurodevelopmental disorders”为题在Cell Press细胞出版社期刊Cell上在线发表。

在本研究中，作者通过整合多组学数据揭示了ND儿童的血液中代谢产物与肠道菌群从婴幼儿时期已经开始发生显著变化。抗炎代谢物（亚麻酸及胆汁酸）在ND儿童的脐带血中显著下降。同时，大多数肠道菌如嗜粘液阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）、双歧杆菌（Bifidobacterium）等在ND儿童中显著下降，且这些菌种在ND高风险环境因素（如情绪不安、胃肠道疾病以及孕期过度吸烟等）中进一步下降。双歧杆菌与血液中甘油三酯浓度强烈正相关，最终将联合引起炎症反应进而诱导神经发育障碍性疾病。

综上，该研究通过对特定区域的大样本婴幼儿人群进行长周期、多维度的追踪研究，成功揭示影响潜在神经发育障碍性疾病发生的早期风险因素，建立起由环境遗传因素驱动，肠道菌群主导，涉及代谢、免疫应答等功能的信号传递通路，有望为神经系统疾病的早期诊断和临床干预提供参考靶点和时间窗口。

▲图1 本研究的队列设计。队列包含瑞典东南部1997年-1999年出生的所有婴儿。研究人员对其家庭环境进行了详实的问卷调查，并对相关个体的微生物组、基因组及代谢组进行了全面采样分析。研究方案：在随访过程中对诊断为神经发育障碍疾病（ND）的儿童进行统计，并对其婴幼儿生活环境、代谢组、微生物组进行整合性分析。研究亮点：婴幼儿肠道微生物组对ND发生起到重要指示作用；婴幼儿时期罹患中耳炎会降低粪球菌并增加未来ND中的柠檬酸杆菌；HLA基因型、早期感染、压力环境和孕期父母吸烟史均与ND风险有关；未来发展为自闭症患儿的婴幼儿脐带血中亚麻酸较低，PFDA毒素较高。

论文摘要

本研究通过对一项出生队列进行长达20年的追踪调查，旨在寻找与神经发育障碍（ND）相关的各项风险因素。生命早期的各项指标，包括感染、抗生素使用、压力环境、产前因素、家族史等信息被纳入统计指标。同时，关键的生物标志物如脐带血清代谢组和脂质组、人类白细胞抗原（HLA）基因型、婴儿肠道微生物群和粪便代谢组也被收集并纳入分析。在长期追踪的16,440名瑞典儿童中，有1,197名被诊断为ND。值得注意的是，不同ND亚型包括智力障碍、言语障碍、注意力缺陷/多动障碍和自闭症之间具有相对一致性的结论。具体体现在微生物组与未来ND诊断的强相关性以及与早期情绪和胃肠道问题的关联。本研究同时建立了由压力、早期感染和抗生素综合导致的免疫失调及代谢失衡与ND之间的联系。基于大规模婴幼儿人群的前瞻性研究，本研究揭示的ND相关生物标志物和风险因素为神经发育障碍疾病的早期预测和临床干预奠定了理论基础。

This study has followed a birth cohort for over 20 years to find factors associated with neurodevelopmental disorder (ND) diagnosis. Detailed, early-life longitudinal questionnaires captured infection and antibiotic events, stress, prenatal factors, family history, and more. Biomarkers including cord serum metabolome and lipidome, human leukocyte antigen (HLA) genotype, infant microbiota, and stool metabolome were assessed. Among the 16,440 Swedish children followed across time, 1,197 developed an ND. Significant associations emerged for future ND diagnosis in general and for specific ND subtypes, spanning intellectual disability, speech disorder, attention-deficit/hyperactivity disorder, and autism. This investigation revealed microbiome connections to future diagnosis as well as early emerging mood and gastrointestinal problems. The findings suggest links to immunodysregulation and metabolism, compounded by stress, early-life infection, and antibiotics. The convergence of infant biomarkers and risk factors in this prospective, longitudinal study on a large-scale population establishes a foundation for early-life prediction and intervention in neurodevelopment.

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述评人简介

吴邓

香港中文大学生命科学学院博士后

[e-mail]

吴邓，香港中文大学生命科学学院博士后，长期从事系统生物信息学研究，主要研究方向为衰老及衰老相关神经退行性疾病的分子机制解析。共计发表SCI论文22篇，总引用698次（Google Scholar统计）。其中第一作者/通讯作者身份（含共同）在Aging Cell、Molecular Biology and Evolution、Autophagy、Plos Biology、Journal of Neuroinflammation、Nucleic Acids Research等国际期刊发表SCI论文13篇（IF>10或中科院1区Top 8篇）。

Deng Wu is a postdoctoral researcher in the School of Life Science, the Chinese University of Hong Kong. His research was focused on exploring the molecular mechanism of aging and aging associated neurodegeneration diseases by bioinformatic. He has published 22 SCI papers on Aging Cell, Molecular Biology and Evolution, Autophagy, Plos Biology, Journal of Neuroinflammation, Nuclei Acids Research, and Clinical Translation Medicine. And were cited 698 times.

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相关论文信息

原文刊载于Cell Press细胞出版社

旗下期刊 Cell 上，

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