原文：Gut Microbiome Composition is associated with future onset of Crohn’s Disease in Healthy First-Degree Relatives. Gastroenterology. 2023 Sep;165(3):670-681. doi: 10.1053/j.gastro.2023.05.032. Epub 2023 May 30. PMID: 37263307.
加拿大克罗恩病和溃疡性结肠炎遗传环境微生物组项目 (GEM)，通过对CD患者的健康一级亲属（FDRs）开展前瞻性队列研究，旨在确定与CD发病相关的因素，并重点关注CD发病前的肠道微生物组的构成特征，评价该构成在多大程度上预测CD的发生风险。
GEM项目是一项前瞻性队列研究，研究对象为2008年至2017年间招募的FDR（见纳入和排除标准）。招募中心来自于加拿大、美国、以色列、英国、爱尔兰和新西兰。项目通过机器学习的方法，共分析3483例CD患者的一级亲属的肠道微生物组构成。
Part 1
[ 微生物组风险评分
与CD发生相关 ]
为了建立微生物组风险评分（microbiome risk score，MRS）并确保其预测能力，研究人员首先将三分之二的原始队列随机分配到发现队列（ n = 2321），将三分之一的原始队列随机分配到独立验证队列（ n ：1162 ）。在发现队列中使用RSF 模型建立的MRS评分， 随后应用于验证队列。
MRS得出的风险比（HR）为1.58SD（ 基于发现队列的MRS标准差，95 ％ 置信区间[ 1.14 , 2.18 ] ，一致性指数指数为0.67，p =0.0057）。使用与发现队列的MRS 中位数相对应的值作为参考值， 在验证队列中获得的HR 为2.24 ， 95 ％ CI [ 1.03, 4.84 ] ，p =0.04。该模型还与包括神经网络和XGBoost模型在内的其他模型进行了比较，其中RSF模型是所有模型中具有最高的一致性指数（c 指数=0.67） 。
Part 2
[ 微生物组风险评分可在
发病前五年预测CD的发生 ]
由于MRS 是在健康无症状的高危个体中进行验证，这些个体后来在不同时间发展为CD。 为了评估MRS 与CD发病时间的关系，研究人员在验证队列中验证MRS 的效能，以预测在收集基线粪便样本后一年半、三年和五年CD的发生风险， 并与同期保持健康的受试者进行比较。
研究发现对于一年半内发生CD的受试者， MRS模型的预测准确性曲线下面积（ AUC) 为0.70）。对于三年和五年内发生CD 的受试者，AUC 分别为0.71 和0.67。
Part 3
[ 影响微生物组风险评分
的肠道菌群种类 ]
（图3，点击图片可放大查看）
为了评估单一肠道菌群对MRS预测CD未来发病的具体作用，研究人员通过基于模型和排列的算法计算了RSF 模型定义下的每个菌群的重要性。发现影响MRS的5种最重要菌群包括扭链胃球菌、布劳特氏菌 、大肠埃希菌、未经培养的颤螺旋菌和罗斯氏菌。
根据RSF模型，对MRS影响最大的是扭链胃球菌，与MRS呈正相关（ρ= 0.96；p 值< 2e-16 ；验证：ρ= 0.95 ；p值< 2e-16，图b ）。第二个重要的菌群是布劳特氏菌，也与MRS呈正相关（ρ= 0.98 ；p 值< 2e-16；验证：ρ = 0.98 ；p 值< 2e-16）。另一个重要的菌群是罗斯氏菌属，其与MRS呈负相关（ ρ= 0.91；p 值=5e-4 ；验证：ρ= -0.61 ；p值=0.066）。普拉梭菌（ 第八个重要的菌群），与MRS 的增加呈负相关（ ρ=-1 ， p 值<2e-16；验证：ρ=-0. 79 ， p 值=0.009 ）。
最后，根据RSF模型，发现与持续健康的受试者相比，未来发生CD的受试者丰度位于前十的菌群（图3）。
Part 4
[ 将微生物组风险评分与肠道菌群分区进行比较，以预测CD的发生 ]
接下来，研究人员评估了MRS是否与肠道菌群的特定分区有关，以前被称为肠型。他们发现MRS与厚壁菌门肠型呈显著正相关（ 采用广义估计方程模型， p=2.0 × 10-16 ） 。然而，厚壁菌门分区和任何其他肠型在CD前期的受试者中并不具有特异性（卡方p值=0.1)。这表明这种分区在识别有无CD发生风险的方面作用有限。
Part 5
[ 讨论 ]
本研究是加拿大克罗恩病和溃疡性结肠炎遗传环境微生物组项目(GEM)，对CD患者的健康一级亲属（FDR）进行的前瞻性队列研究，旨在确定微生物组与CD发病相关的因素。通过收集的队列数据，研究人员开发了微生物组风险评分（MRS）模型，该模型能够对健康人群未来发展为CD的风险进行预测。研究发现后来发展为CD 的健康人与那些持续健康人的基线肠道微生物组的构成存在差异，这为肠道菌群在CD 发病机制中的关键作用提供新的理论支持。
此外，人们越来越多地认识到，肠道微生物组是一个生态系统，由许多不同种类的菌群组成，作为一个整体发挥功能，某些菌群的丰度变化会影响其他菌群在微环境中的生长能力。因此，研究者应用随机生存森林法(RSF模型)来评估肠道微生物组与CD发生风险之间的关系。
在建立和验证MRS后，通过机器学习模型确定了影响MRS最重要的菌群类型。这些菌群特征可为非线性、非参数函数，难以用单变量分析或传统统计模型进行分析。当单独评估时，没有一种菌群在亚组队列和整个队列中具有统计学差异（多重检验校正后；Cox比例模型的q 值> 0.05），这表明非线性和多维性的肠道菌群构成在CD的发生中起重要作用。
对MRS影响最大的是扭链胃球菌属和布劳特氏菌属，其丰度与MRS呈正相关，表明这类菌群可能是CD发病的重要因素。事实上，扭链胃球菌是一种粘蛋白降解菌，在已确诊的CD的患者中丰度明显增加。扭链胃球菌可能促进那些利用粘蛋白的细菌生长，可能导致肠上皮屏障的破坏。而布劳特氏菌是另一种粘蛋白降解菌，在IBD和原发性硬化性胆管炎（PSC）患者较健康对照明显增加。
罗斯氏菌属的丰度与MRS呈负相关，表明该菌属可能对CD具有保护作用。罗斯氏菌属中的一类细菌已被报道在新诊断的CD和确诊的IBD患者中明显减少。在结肠炎小鼠模型中，罗斯氏菌能够增加调节性T细胞的比例、减少IL-17的产生。
最后，研究人员发现普拉梭菌属（第八个最重要的菌群）丰度的增加与MRS呈负相关。这与先前的研究报告一致，即CD患者与健康对照相比，肠道的普拉梭菌属减少了。普拉梭菌属对肠道炎症的抑制作用可能是由于其培养基上清液中发现的抗炎因子。因此，本研究首次发现普拉梭菌属丰度下降可能是CD的临床前特征，并且在CD发病前数年就可以观察到。在CD发病前恢复普拉梭菌属的丰度是否可以延缓或避免CD的发生仍然有待证明。
此外，尽管这项研究主要关注的是CD， 但一些受试者后来发展为UC。研究表明，这10种关键菌群没有一个与UC发病相关。基于此很容易推测，与CD和UC发病相关的肠道菌群是存在差异的。
译者：汪欢
华中科技大学同济医学院附属协和医院消化内科主治医师；华中科技大学同济医学院医学附属协和医院博士；专业专长：对胃肠道疾病的内科特别是肠道炎症相关性疾病具有较丰富的经验；研究方向：肠道粘膜免疫相关疾病、炎症性肠病发病机制及临床诊疗；主持国家自然科学基金青年基金一项，参与国自然科学基金面上项目和重点项目三项。发表SCI论文数篇。
审核：徐定婷
浙江大学医学院附属第二医院消化内科 副主任医师；浙医二院炎症性肠病诊治中心主要成员；中华医学会消化病学分会炎症性肠病学组青年俱乐部委员；浙江省医师协会消化医师分会青委会委员
总审核：谭蓓
北京协和医院消化内科 副主任医师，硕士生导师，主任助理，中华医学会消化病学分会 青年委员，中华医学会消化病学分会 疑难重症协作组委员，中华医学会消化分会炎症性肠病学组青年俱乐部委员，中华医学会消化分会炎症性肠病学组内镜俱乐部委员，《中华炎性肠病杂志》青年学术组成员兼特约审稿人，北京医学会消化病学分会委员和肠道疾病专业副召集人，CCCF爱在延长炎症性肠病基金会青年翻团 团长
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编辑 | 梦君
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