孤独症谱系障碍患儿不同血清总25-羟维生素D水平与肠道菌群的差异性研究

罗欣, 庞琨, 陈建雄, 王泓哲, 徐新杰, 李兵, 贾鑫淼, 尤欣

罗欣, 庞琨, 陈建雄, 王泓哲, 徐新杰, 李兵, 贾鑫淼, 尤欣. 孤独症谱系障碍患儿不同血清总25-羟维生素D水平与肠道菌群的差异性研究[J]. 协和医学杂志, 2022, 13(5): 812-820. DOI: 10.12290/xhyxzz.2022-0254
引用本文: 罗欣, 庞琨, 陈建雄, 王泓哲, 徐新杰, 李兵, 贾鑫淼, 尤欣. 孤独症谱系障碍患儿不同血清总25-羟维生素D水平与肠道菌群的差异性研究[J]. 协和医学杂志, 2022, 13(5): 812-820. DOI: 10.12290/xhyxzz.2022-0254
LUO Xin, PANG Kun, CHEN Jianxiong, WANG Hongzhe, XU Xinjie, LI Bing, JIA Xinmiao, YOU Xin. Differences of Intestinal Flora in Children with Autism Spectrum Disorder with Different Levels of Serum Total 25-hydroxyvitamin D[J]. Medical Journal of Peking Union Medical College Hospital, 2022, 13(5): 812-820. DOI: 10.12290/xhyxzz.2022-0254
Citation: LUO Xin, PANG Kun, CHEN Jianxiong, WANG Hongzhe, XU Xinjie, LI Bing, JIA Xinmiao, YOU Xin. Differences of Intestinal Flora in Children with Autism Spectrum Disorder with Different Levels of Serum Total 25-hydroxyvitamin D[J]. Medical Journal of Peking Union Medical College Hospital, 2022, 13(5): 812-820. DOI: 10.12290/xhyxzz.2022-0254

孤独症谱系障碍患儿不同血清总25-羟维生素D水平与肠道菌群的差异性研究

基金项目: 

中国医学科学院医学与健康科技创新工程 2017-I2M-3-017

中国医学科学院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 2019XK320030

详细信息
    通讯作者:

    贾鑫淼, E-mail: jiaxinmiaohappy@126.com

    尤欣, E-mail: youxin@pumch.cn

  • 中图分类号: R593;R378

Differences of Intestinal Flora in Children with Autism Spectrum Disorder with Different Levels of Serum Total 25-hydroxyvitamin D

Funds: 

CAMS Innovation Fund for Medical Sciences 2017-I2M-3-017

Non-profit Central Research Institute Fund of Chinese Academy of Medical Sciences 2019XK320030

More Information
  • 摘要:
      目的  探究孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)患儿维生素D正常与缺乏状态下的肠道菌群差异及血清总25-羟维生素D[total 25-hydroxyvitamin D,T-25(OH)D]水平与肠道菌群的相关性。
      方法  回顾性纳入2019年10月至2022年2月于北京协和医院风湿免疫科门诊就诊的1~12岁ASD患儿的临床资料。采用液相色谱串联质谱法检测ASD患儿的血清T- 25(OH)D水平,并根据血清T- 25(OH)D水平将其分为维生素D正常组[T-25(OH)D>30 μg/L]、不足组[20 μg/L≤T-25(OH)D ≤30 μg/L]和缺乏组[T-25(OH)D<20 μg/L]。应用生物信息学方法分析ASD患儿的肠道宏基因组测序结果。
      结果  共46例符合纳入和排除标准的ASD患儿纳入本研究,维生素D正常组、不足组、缺乏组分别为15例、16例、15例。线性判别分析发现,维生素D缺乏组的沃氏嗜胆菌、Adlercreutzia equolifaciensAsaccharobacter celatus、大肠埃希菌显著升高;而脆弱拟杆菌和Hungatella hathewayi丰度显著降低。沃氏嗜胆菌和Adlercreutzia equolifaciens丰度与血清T- 25(OH)D水平均呈负相关(r=-0.45, fdr=0.055, P=0.002; r=-0.44, fdr=0.055, P=0.003);脆弱拟杆菌丰度与血清T- 25(OH)D水平呈正相关(r=0.42, fdr=0.073, P=0.004)。
      结论  ASD患儿的维生素D缺乏状态可能加重肠道菌群紊乱,血清T-25(OH)水平降低可能使潜在有害菌定植增加、益生菌定植减少。本研究为ASD患儿积极补充维生素D提供了证据支持。
    Abstract:
      Objective  To investigate the differences of intestinal flora in Vitamin D adequacy and deficiency groups of children with autism spectrum disorder(ASD) and the correlation between serum total 25-hydroxyvitamin D [T-25(OH)D] levels and intestinal flora.
      Methods  ASD children who attended the outpatient clinic of the department of Rheumatology and Clinical Immunology of Peking Union Medical College Hospital during October 2009 and February 2022 were retrospectively included in the study. According to the serum T-25(OH)D levels, they were divided into Vitamin D adequacy group[T-25(OH)D > 30 μg/L], Vitamin D insufficiency group[20 μg/L≤T-25(OH)D≤30 μg/L] and Vitamin D deficiency group[T-25(OH)D < 20 μg/L].Serum T-25(OH)D levels were measured using liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Human gut metagenome data from these children with ASD were analyzed using bioinformatics methods.
      Results  46 children with ASD who met the inclusion and exclusion criteria were included in the study. The numbers of patients in Vitamin D adequacy group, Vitamin D insufficiency group and Vitamin D deficiency group were respectively 15, 16 and 15. Linear discriminant analysis revealed that the bacteria abundance of Bilophila wadsworthia, Adlercreutzia equolifaciens, Asaccharobacter celatus and Escherichia coli were significantly enriched, while the bacteria abundance of Bacteroides fragilis and Hungatella hathewayi were significantly lower in the Vitamin D deficiency group. The relative abundance of Bilophila wadsworthia and Adlercreutzia equolifaciens were negatively correlated with serum T-25(OH)D levels(r=-0.45, fdr=0.055, P=0.002;r=-0.44, fdr=0.055, P=0.003), and the relative abundance of Bacteroides fragilis was positively correlated with serum T-25(OH)D levels (r=0.42, fdr=0.073, P=0.004).
      Conclusions  Vitamin D deficiency in ASD may exacerbate ASD flora disorders, and decreased serum T-25(OH)D levels may facilitate potentially harmful bacteria but inhibit probiotic colonization. This study provides partial evidence that children with ASD should be actively supplemented with vitamin D.
  • 孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)简称孤独症,是一组发病于儿童早期的神经发育障碍性疾病,其主要特征为社交沟通障碍、兴趣狭隘和重复刻板行为[1]。除神经系统症状外,ASD患儿亦存在许多共患病,特别是便秘、腹痛等胃肠道症状高发,提示其存在胃肠道功能失调[2],且有证据表明ASD患儿的胃肠道问题与神经精神症状严重程度显著相关[3]。虽然目前ASD的病因尚不明确,但肠道菌群在ASD发病中的作用近年来受到高度关注[4]。肠道微生态重建对ASD的核心症状和胃肠道症状均具有明显改善作用,进一步支持肠道菌群紊乱可能是ASD的重要潜在发病机制之一[5]

    维生素D是人体内重要的微量元素,除调节钙磷代谢进而影响骨骼健康外,活性维生素D还可通过维生素D受体(vitamin D receptor,VDR)发挥调节代谢和免疫系统的作用[6],VDR不仅存在于多种免疫细胞[7],亦在小肠和结肠中高表达[8]。肠道菌群通过调节维生素D的吸收和羟化,与维生素D相互影响,维持肠道黏膜稳态[9]

    ASD患儿普遍存在维生素D缺乏情况,研究发现补充维生素D可改善ASD患儿的临床症状[10]。为进一步研究维生素D缺乏对ASD患儿肠道菌群的影响,本研究将探讨ASD患儿维生素D正常与缺乏状态下的肠道菌群差异,以及血清总25-羟维生素D[total 25-hydroxyvitamin D,T-25(OH)D]水平与肠道菌群的相关性。

    回顾性收集2019年10月至2022年2月于北京协和医院风湿免疫科门诊就诊的1~12岁ASD患儿临床资料。纳入标准:由经验丰富的临床医生采用美国精神病学会发布的精神疾病诊断统计手册第五版(Diagnosis and Statistical Manual of Mental Disorders-fifth edition,DSM-5)[11]ASD诊断标准,以及儿童孤独症评定量表(childhood autism rating scale,CARS) 对患儿进行评估,明确诊断为ASD。排除标准:(1)同时诊断为其他神经精神疾病或严重躯体性疾病;(2)粪便采样前1个月内使用各类抗生素及其他对肠道微生物有影响的药物或干预措施;(3)血清T-25(OH)D检测前近3个月内补充维生素D治疗;(4)血清T- 25(OH)D检测和粪便样本采样时间间隔超过14 d;(5)病史资料不完整或缺少宏基因组数据。

    本研究已通过北京协和医院伦理审查委员会审批(审批号:ZS-1393),并豁免患者知情同意。

    根据CARS评分将ASD患儿分为轻—中度(CARS 30~35分)和重度(CARS≥36分),并由门诊医生评估患儿是否存在以下情况:(1) 胃肠道症状:便秘、腹痛、嗳气、腹泻和大便恶臭等,除外肠道感染、免疫异常、炎症性肠病、肠易激综合征、结肠疾病等;(2)挑食:仅吃某些种类食物,抗拒新种类食物;(3)兴奋:很难保持静止、集中注意力等;(4)过敏:过敏性鼻炎、过敏性结膜炎、哮喘、特应性皮炎等病史;(5)情绪问题:易激惹、攻击行为、焦虑障碍等。

    通过静脉穿刺将空腹血样采集至含有促凝剂的试管中,样品采集后送至北京协和医院检验科进行检测。采用液相色谱串联质谱法检测血清T- 25(OH)D水平[14]。根据血清T- 25(OH)D水平将研究对象分为维生素D正常组[T-25(OH)D>30 μg/L]、不足组[20 μg/L≤T-25(OH)D ≤30 μg/L]和缺乏组[T-25(OH)D<20 μg/L][12-13]

    留取患儿新鲜粪便样本,立即置于干冰中保存,之后转运冻存于-80 ℃冰箱,集中进行粪便宏基因组测序。

    根据MO-BIO PowerSoil DNA提取试剂盒(Carlsbad,CA,U.S.)操作流程从粪便样本中提取DNA。在50 μL洗脱缓冲液中洗脱,采用凝胶电泳方法进行样本质检和质量级别的判定。所有DNA文库的构建均根据NEB Next Ultra DNA library prep kit (New England Biolabs,Ipswich,MA,USA)试剂盒(根据DNA起始量大于100 ng的步骤进行)的实验操作流程进行。每个样本加上可识别标签,并将等量的标签文库用于测序。所有提取出来的样本DNA均置于-80 ℃冰箱保存以便进一步使用。

    运用Agilent 2100 High Sensitivity DNA Kit (Agilent Technologies,Santa Clara,CA,USA)验证文库质量。采用ABI 7500 Real Time PCR System (Applied Biosystems,Waltham,MA,USA)对文库进行定量分析。应用Illumina Hiseq X Ten测序系统(Illumina,CA,U.S.)对制备好的文库进行双端PE×150 bp测序,并从原始数据中丢弃有测序接头污染的序列及低质量序列。采用的质量等级为Sanger/phred33/Illumina 1.8+。

    应用Trim galore(版本0.6.2)[15]去除接头和低质量reads(质量得分低于Q30)。质量控制后,采用Bowtie2(版本2.3.5.1)[16]与SAMtools(版本1.15.1)[17]和Bedtools(版本2.30.0)[18]识别和去除宿主人DNA序列(参考人hg38基因组)[19],并将非宿主序列用于下游分析。

    采用MetaPhlAn(Metagenomic Phylogenetic Analysis) 3.0[20]进行肠道微生物群落组成分析,参数stat_ q设置为0.1,其余使用默认参数。MetaPhlAn为一种计算工具,依赖于从约17 000个参考基因组(约13 500个细菌和古细菌、约3500个病毒和约110个真核基因组)中鉴定独特的进化枝特异性标记基因,该计算工具以物种级分辨率提供每个微生物进化枝的相对丰度。过滤后的读数被映射至所有参考基因组序列,以确定人类粪便样本中存在的不同分类群及各分类群的丰度。

    采用SPSS 26.0软件进行统计学分析,符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示,组间比较采用单因素方差分析;不符合正态分布的计量资料以中位数表示,组间比较采用Kruskal-Wallis H检验;计数资料以频数和百分数表示,组间比较采用卡方检验。以P<0.05为差异具有统计学意义。

    α多样性分析采用R软件的vegan包计算物种丰度(Richness)和香农指数(Shannon index)并绘制箱线图,通过Wilcoxon秩和检验比较组间差异,以P<0.05为差异具有统计学意义。β多样性分析采用Metaphlan 3.0软件储存库中的UniFrac.R(metaphlan/utils/calculate_ UniFrac.R) 计算加权UniFrac距离,再采用主坐标分析(principal coordinates analysis,PCoA)降维。采用vegan包中的adonis函数进行置换多元方差分析(permutational multivariate analysis of variance,PERMANOVA)(置换999次)。R2越大说明该分组方案对差异的解释度越高,P<0.05说明本次检验的可信度高。对超过50%样本量且相对丰度>0.01%的分类群进行下游分析。线性判别分析效应大小(linear discriminant analysis effect size,LEfSe)[21]用于识别细菌分类群中的生物标志物(LDA score阈值设定>2)。物种丰度与血清T- 25(OH)D水平的相关性分析采用Spearman相关性分析,fdr<0.1(Benjamini-Hochberg法)说明两检验变量具有相关性。

    2019年10月至2022年2月于北京协和医院风湿免疫科门诊就诊的1~12岁ASD患儿共148例,其中血清T- 25(OH)D检测和粪便样本采样时间间隔超过14 d的患儿85例,3个月内补充维生素D的患儿11例,病史资料不完整或缺少宏基因组数据的患儿6例,排除以上不符合纳入标准的病例,最终纳入ASD患儿共46例。按照血清T- 25(OH)D水平将其分为3组,维生素D正常组、不足组、缺乏组患儿分别为15例、16例、15例。血清T- 25(OH)D均值在维生素D正常组为(35.940±3.503)μg/L,维生素D不足组为(25.513±2.852)μg/L,维生素D缺乏组为(14.880± 4.056)g/L。轻-中度ASD患儿14例(30.4%),重度32例(69.6%)。3组患儿在性别、年龄、病情严重程度和共患病方面的详细资料见表 1

    表  1  ASD患儿一般临床资料
    组别 男性[n(%)] 年龄(x±s,岁) CARS评分(x±s) 重度ASD[n(%)]
    维生素D正常组(n=15) 12(80.0) 3.20±1.859 39.00±5.928 10(66.7)
    维生素D不足组(n=16) 11(68.8) 3.44±1.459 41.69±6.681 12(75.0)
    维生素D缺乏组(n=15) 11(73.3) 4.40±1.056 39.67±6.619 10(66.7)
    组别 胃肠道症状[n(%)] 挑食[n(%)] 兴奋[n(%)] 过敏[n(%)] 情绪问题[n(%)]
    维生素D正常组(n=15) 15(100) 12(80.0) 15(100) 14(93.3) 12(80.0)
    维生素D不足组(n=16) 15(93.8) 15(93.8) 16(100) 12(75.0) 14(87.5)
    维生素D缺乏组(n=15) 15(100) 13(86.7) 15(100) 12(80.0) 13(86.7)
    ASD: 孤独症谱系障碍;CARS:儿童孤独症评定量表
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    采用MetaPhlAn 3.0在46份粪便样本中鉴定出516种细菌,属于172个属、70个科、38个目、23个纲和11个门。在α多样性分析中,将维生素D正常组、不足组和缺乏组的物种丰度和香农指数进行两两比较,差异均无显著统计学意义(P>0.05,图 1)。在β多样性分析中,基于加权UniFrac距离的PCoA(图 2),并采用PERMANOVA进行统计检验,发现3组间物种组成亦无显著统计学差异(P>0.05),详见表 2

    图  1  孤独症谱系障碍患儿肠道菌群物种丰度和香农指数箱线图
    图  2  基于加权UniFrac距离的β多样性分析
    PCoA:主坐标分析
    表  2  孤独症谱系障碍患儿肠道菌群β多样性分析
    分组 置换多元方差分析
    R2 P
    维生素D缺乏组比正常组 0.0387 0.291
    维生素D不足组比正常组 0.0266 0.541
    维生素D不足组比缺乏组 0.0316 0.382
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    将低丰度分类群过滤后进行下游分析,经LEfSe分析,发现除门水平外,在纲、目、科、属、种水平共发现了差异性分类群19个,其中纲水平2个、目水平2个、科水平3个、属水平6个、种水平6个(图 3)。在种水平上,维生素D缺乏组沃氏嗜胆菌(Bilophila wadsworthia)、Asaccharobacter celatusAdlercreutzia equolifaciens、大肠埃希菌(Escherichia coli)丰度显著升高;而脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)、Hungatella hathewayi丰度显著降低(图 4)。

    图  3  孤独症谱系障碍患儿肠道菌群差异分类进化树
    注:由内至外辐射的圆点代表了菌群由界至种的分类水平,不同水平上的每个圆点代表了该水平上的一个分类群,每个圆点的大小与该分类群的相对丰度成正比,红色圆点代表维生素D缺乏组中显著升高的分类群,绿色圆点代表维生素D正常组中显著升高的分类群,黄色圆点为无显著差异的分类群
    图  4  孤独症谱系障碍患儿肠道菌群物种水平的线性判别分析
    注:LDA Score阈值为2

    将包括门、纲、目、科、属、种在内的197个分类群与血清T- 25(OH)D水平进行Spearman相关性分析,发现脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilisr=0.42,fdr=0.073,P=0.004)与血清T- 25(OH)D水平呈正相关;而沃氏嗜胆菌(Bilophila wadsworthiar=-0.45,fdr=0.055,P=0.002)、Adlercreutzia equoli-faciens(r=-0.44,fdr=0.055,P=0.003)与血清T- 25(OH)D水平呈负相关(图 5)。

    图  5  血清总25-羟维生素D水平与物种相对丰度关系

    维生素D对免疫系统影响广泛,也与人体肠道菌群变化相关。继往研究发现,维生素D可从以下两个方面影响肠道微环境:一是影响肠道黏膜上皮细胞的通透性,二是影响免疫细胞的分化和功能,进而影响肠道菌群结构。首先,活性维生素D [1,25-(OH)2D3] 与VDR作用,通过claudin2和claudin12调节紧密连接蛋白ZO1、ZO2水平,有助于维持上皮屏障结构的完整性[22]。其次,1,25-(OH)2D3可刺激多种细胞(包括单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和上皮细胞)产生抗菌肽,还可增强巨噬细胞的吞噬反应。除此之外,1,25-(OH)2D3对适应性免疫具有调节作用,可促进Treg细胞分化,还可抑制Th1和Th17细胞因子的产生、抑制B细胞增殖和分化[22-24]。因此,维生素D具有维持肠道屏障功能和免疫调节的作用。部分维生素D来源于食物,经肠道吸收和羟化[25]。研究发现,肠道微生物通过成纤维细胞生长因子23调节维生素D代谢[26]。因此,维生素D与肠道菌群关系密切,二者相互影响。

    本研究为回顾性分析,并非所有患者在采集粪便样本时,同步采集血样本检测血清T- 25(OH)D。考虑肠道清洗期大约2周左右[27],故从148例就诊患儿中,排除了血、便采样时间间隔超过14 d的患儿85例。本研究聚焦于ASD患儿不同基线T- 25(OH)D水平下的菌群构成,故排除了血样本采集前3个月内补充维生素D的患儿。

    有研究表明,维生素D缺乏的ASD患儿症状更重,而补充维生素D可改善部分症状[28-29]。由于本研究纳入的患儿中,重度ASD占大多数(69.6%),且无补充维生素D相关病史,故未显现这一结果。在共患病评估方面,由于共患病在ASD患儿中较常见,尚无法从症状出现比例上发现差异。在未来研究中,建议采用量化共患病严重程度的问卷对患儿进行评估,如采用儿科胃肠道症状问卷评估ASD患儿的胃肠道症状等[30-31]

    α多样性和β多样性分析提示,维生素D正常组、不足组和缺乏组的ASD患儿肠道菌群组内物种多样性和组间物种构成均无显著差异。提示影响ASD患儿的肠道菌种丰度和组成结构改变的因素更为复杂,而维生素D可能影响某些菌种的组成。

    为寻找低维生素D水平的标记性物种,本研究仅对维生素D缺乏组与正常组进行LEfSe分析,结果发现,在维生素D缺乏组中,致病菌沃氏嗜胆菌的相对丰度显著升高,且其所属的进化分支嗜胆菌属(Bilophila)、脱硫弧菌科(Desulfovibrionaceae)、脱硫弧菌目(Desulfovibrionales)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)的相对丰度亦显著升高。δ-变形菌纲是一类硫酸盐还原菌,参与碳硫循环[32]。ASD患儿的肠道脱硫菌科丰度显著高于正常儿童[33-34]。有研究指出,ASD患儿的脱硫弧菌科丰度与粪便中的丙酸(propanoic acid,PPA)呈正相关[35]。进一步研究发现,脱硫弧菌能够产生PPA,PPA可通过血脑屏障,调节多巴胺等神经递质诱导ASD样行为[36]。此外,脱硫弧菌科还可产生有毒的硫化氢(hydrogen sulfide,H2S),H2S可减少肠黏液层的二硫键,从而破坏黏液屏障,导致上皮细胞暴露于细菌和毒素,可能导致肠道炎症[37]。更严重的是,沃氏嗜胆菌在无特定病原体的小鼠中可引起全身炎症[38],证实沃氏嗜胆菌等脱硫弧菌可促发炎症反应。

    此外,维生素D缺乏组中Adlercreutzia equolifaciensAsaccharobacter celatus显著升高。有研究指出,Adlercreutzia equolifaciens与ASD患儿较差的社会行为之间存在关联[39]Adlercreutzia equolifaciensAsaccharobacter celatus能够产生植物激素雌马酚,雌马酚可能干扰正常的小胶质细胞功能[39-40],提示其对神经系统存在潜在致病性。在体外实验中,雌马酚可诱导细胞内游离钙升高,进而使结肠癌细胞VDR表达增强[41]。但这两种细菌丰度升高是否引起肠道内雌马酚升高,进而增强维生素D的作用,或雌马酚通过“肠-脑轴”对中枢神经系统产生影响均尚未可知。维生素D缺乏组的大肠埃希菌亦显著升高,动物实验研究发现,维生素D缺乏易导致粘附侵袭性大肠杆菌诱导的肠上皮损伤[42],提示维生素D缺乏情况下,大肠埃希菌的潜在致病性。

    维生素D缺乏组中脆弱拟杆菌和Hungatella hathewayi显著降低。脆弱拟杆菌具有调节肠道炎症的作用[24],作为一种益生菌在ASD患儿中显著减少[43],给母体免疫激活后代口服脆弱拟杆菌,可改善其ASD相关的胃肠道症状和/或行为异常[44]。既往研究发现,补充维生素D与肠道脆弱拟杆数量增加相关[45],但其与维生素D是否具有协同抗炎作用,目前尚缺乏相关研究支持。Hungatella hathewayi为革兰氏染色阳性、专性厌氧菌[46],目前对其研究较少,益生或致病尚未可知[47-48]

    有趣的是,将所有水平菌群的相对丰度与血清T- 25(OH)D水平进行相关性分析发现,与血清T- 25(OH)D水平存在相关性的均为LEfSe分析中的标记性物种。沃氏嗜胆菌和Adlercreutzia equolifaciens与血清T- 25(OH)D水平呈负相关;而脆弱拟杆菌与血清T- 25(OH)D水平呈正相关。在既往研究中,不能产生1,25(OH)2D3的基因敲除小鼠肠道脱硫弧菌科的数量较多[49],补充维生素D可增加肠道脆弱拟杆数量[45],与本研究结果一致。因此,推测血清维生素D水平可能影响这些菌群在肠道内的定植。

    本研究发现维生素D缺乏的ASD患儿肠道沃氏嗜胆菌、Adlercreutzia equolifaciensAsaccharobacter celatus、大肠埃希菌丰度显著升高,而脆弱拟杆菌、Hungatella hathewayi丰度显著降低,提示ASD伴维生素D缺乏状态可能加重ASD患儿的肠道菌群紊乱。结合相关性分析结果,血清T-25(OH)D水平降低可使潜在的有害菌定植增加、益生菌定植减少,提示补充维生素D可能改善ASD患儿的肠道菌群紊乱,并治疗相关症状。但本研究样本量较小,未来可扩大样本量进一步验证,并深入挖掘维生素D对ASD患儿肠道菌群功能的潜在影响。

    作者贡献:罗欣负责数据处理和论文撰写;庞琨、陈建雄、王泓哲负责数据处理;徐新杰、李兵负责研究指导;贾鑫淼和尤欣负责研究设计、论文修订与审核。
    利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突
  • 图  1   孤独症谱系障碍患儿肠道菌群物种丰度和香农指数箱线图

    图  2   基于加权UniFrac距离的β多样性分析

    PCoA:主坐标分析

    图  3   孤独症谱系障碍患儿肠道菌群差异分类进化树

    注:由内至外辐射的圆点代表了菌群由界至种的分类水平,不同水平上的每个圆点代表了该水平上的一个分类群,每个圆点的大小与该分类群的相对丰度成正比,红色圆点代表维生素D缺乏组中显著升高的分类群,绿色圆点代表维生素D正常组中显著升高的分类群,黄色圆点为无显著差异的分类群

    图  4   孤独症谱系障碍患儿肠道菌群物种水平的线性判别分析

    注:LDA Score阈值为2

    图  5   血清总25-羟维生素D水平与物种相对丰度关系

    表  1   ASD患儿一般临床资料

    组别 男性[n(%)] 年龄(x±s,岁) CARS评分(x±s) 重度ASD[n(%)]
    维生素D正常组(n=15) 12(80.0) 3.20±1.859 39.00±5.928 10(66.7)
    维生素D不足组(n=16) 11(68.8) 3.44±1.459 41.69±6.681 12(75.0)
    维生素D缺乏组(n=15) 11(73.3) 4.40±1.056 39.67±6.619 10(66.7)
    组别 胃肠道症状[n(%)] 挑食[n(%)] 兴奋[n(%)] 过敏[n(%)] 情绪问题[n(%)]
    维生素D正常组(n=15) 15(100) 12(80.0) 15(100) 14(93.3) 12(80.0)
    维生素D不足组(n=16) 15(93.8) 15(93.8) 16(100) 12(75.0) 14(87.5)
    维生素D缺乏组(n=15) 15(100) 13(86.7) 15(100) 12(80.0) 13(86.7)
    ASD: 孤独症谱系障碍;CARS:儿童孤独症评定量表
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    表  2   孤独症谱系障碍患儿肠道菌群β多样性分析

    分组 置换多元方差分析
    R2 P
    维生素D缺乏组比正常组 0.0387 0.291
    维生素D不足组比正常组 0.0266 0.541
    维生素D不足组比缺乏组 0.0316 0.382
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  • [1] 中华医学会儿科学分会发育行为学组, 中国医师协会儿科分会儿童保健专业委员会, 儿童孤独症诊断与防治技术和标准研究项目专家组. 孤独症谱系障碍儿童早期识别筛查和早期干预专家共识[J]. 中华儿科杂志, 2017, 55: 890-897. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0578-1310.2017.12.004
    [2] 中华医学会儿科学分会发育行为学组, 中国医师协会儿科分会儿童保健专业委员会, 儿童孤独症诊断与防治技术和标准研究项目专家组. 孤独症谱系障碍患儿常见共患问题的识别与处理原则[J]. 中华儿科杂志, 2018, 56: 174-178. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0578-1310.2018.03.004
    [3]

    Saurman V, Margolis KG, Luna RA. Autism Spectrum Disorder as a Brain-Gut-Microbiome Axis Disorder[J]. Dig Dis Sci, 2020, 65: 818-828. DOI: 10.1007/s10620-020-06133-5

    [4]

    Cryan JF, O'riordan KJ, Cowan CSM, et al. The Microbiota-Gut-Brain Axis[J]. Physiol Rev, 2019, 99: 1877-2013. DOI: 10.1152/physrev.00018.2018

    [5]

    Li N, Chen H, Cheng Y, et al. Fecal Microbiota Transplantation Relieves Gastrointestinal and Autism Symptoms by Improving the Gut Microbiota in an Open-Label Study[J]. Front Cell Infect Microbiol, 2021, 11: 759435. DOI: 10.3389/fcimb.2021.759435

    [6]

    Murdaca G, Gerosa A, Paladin F, et al. Vitamin D and Microbiota: Is There a Link with Allergies?[J]. Int J Mol Sci, 2021, 22: 4288. DOI: 10.3390/ijms22084288

    [7]

    Malaguarnera L. Vitamin D and microbiota: Two sides of the same coin in the immunomodulatory aspects[J]. Int Immunopharmacol, 2020, 79: 106112. DOI: 10.1016/j.intimp.2019.106112

    [8]

    Wong M. What has happened in the last 50 years in immunology[J]. J Paediatr Child Health, 2015, 51: 135-139. DOI: 10.1111/jpc.12834

    [9]

    Bellerba F, Muzio V, Gnagnarella P, et al. The Associa-tion between Vitamin D and Gut Microbiota: A Systematic Review of Human Studies[J]. Nutrients, 2021, 13: 3378. DOI: 10.3390/nu13103378

    [10]

    Feng J, Shan L, Du L, et al. Clinical improvement following vitamin D3 supplementation in autism spectrum disorder[J]. Nutr Neurosci, 2017, 20: 284-290. DOI: 10.1080/1028415X.2015.1123847

    [11]

    American Psychiatric Association. Diagnostic and statistical manual of mental disorders: DSM-5[M]. 5th ed. Washington DC: American Psychiatric Association, 2013: 50-59.

    [12]

    Holick MF, Binkley NC, Bischoff-Ferrari HA, et al. Evaluation, treatment, and prevention of vitamin D deficiency: an Endocrine Society clinical practice guideline[J]. J Clin Endocrinol Metab, 2011, 96: 1911-1930. DOI: 10.1210/jc.2011-0385

    [13]

    Society for Adolescent Health and Medicine. Recommended vitamin D intake and management of low vitamin D status in adolescents: a position statement of the society for adolescent health and medicine[J]. J Adolesc Health, 2013, 52: 801-803. DOI: 10.1016/j.jadohealth.2013.03.022

    [14]

    Yu S, Zhang R, Zhou W, et al. Is it necessary for all samples to quantify 25OHD2 and 25OHD3 using LC-MS/MS in clinical practice?[J]. Clin Chem Lab Med, 2018, 56: 273-277. DOI: 10.1515/cclm-2017-0520

    [15]

    Krueger F. Trim Galore, V. 0.6.2[EB/OL]. (2019-05-08)[2022-05-10]. http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/trim_galore/.

    [16]

    Langmead B, Salzberg SL. Fast gapped-read alignment with Bowtie 2[J]. Nat Methods, 2012, 9: 357-359. DOI: 10.1038/nmeth.1923

    [17]

    Danecek P, Bonfield JK, Liddle J, et al. Twelve years of SAMtools and BCFtools[J]. Gigascience, 2021, 10: giab008. DOI: 10.1093/gigascience/giab008

    [18]

    Quinlan AR. BEDTools: the Swiss-army tool for genome feature analysis[J]. Curr Protoc Bioinform, 2014, 47: 11.12.1-11.12.34.

    [19]

    Casper J, Zweig AS, Villarreal C, et al. The UCSC genome browser database: 2018 update[J]. Nucleic Acids Res, 2018, 46: D762-D769. DOI: 10.1093/nar/gkx1020

    [20]

    Beghini F, Mciver LJ, Blanco-Míguez A, et al. Integrat-ing taxonomic, functional, and strain-level profiling of diverse microbial communities with bioBakery 3[J]. Elife, 2021, 10: e65088. DOI: 10.7554/eLife.65088

    [21]

    Segata N, Izard J, Waldron L, et al. Metagenomic biomarker discovery and explanation[J]. Genome Biol, 2011, 12: R60. DOI: 10.1186/gb-2011-12-6-r60

    [22]

    Singh P, Kumar M, Al Khodor S. Vitamin D Deficiency in the Gulf Cooperation Council: Exploring the Triad of Genetic Predisposition, the Gut Microbiome and the Immune System[J]. Front Immunol, 2019, 10: 1042. DOI: 10.3389/fimmu.2019.01042

    [23]

    Yamamoto E, Jørgensen TN. Immunological effects of vitamin D and their relations to autoimmunity[J]. J Autoimmun, 2019, 100: 7-16. DOI: 10.1016/j.jaut.2019.03.002

    [24]

    Yamamoto EA, Jørgensen TN. Relationships between vitamin D, gut microbiome, and systemic autoimmunity[J]. Front Immunol, 2020, 10: 3141. DOI: 10.3389/fimmu.2019.03141

    [25]

    Reboul E. Intestinal absorption of vitamin D: from the meal to the enterocyte[J]. Food Funct, 2015, 6: 356-362. DOI: 10.1039/C4FO00579A

    [26]

    Bora SA, Kennett MJ, Smith PB, et al. The Gut Microbiota Regulates Endocrine Vitamin D Metabolism through Fibroblast Growth Factor 23[J]. Front Immunol, 2018, 9: 408. DOI: 10.3389/fimmu.2018.00408

    [27]

    Leeming ER, Johnson AJ, Spector TD, et al. Effect of Diet on the Gut Microbiota: Rethinking Intervention Duration[J]. Nutrients, 2019, 11: 2862. DOI: 10.3390/nu11122862

    [28]

    Saad K, Abdel-Rahman AA, Elserogy YM, et al. Vitamin D status in autism spectrum disorders and the efficacy of vitamin D supplementation in autistic children[J]. Nutr Neurosci, 2016, 19: 346-351. DOI: 10.1179/1476830515Y.0000000019

    [29]

    Mazahery H, Conlon CA, Beck KL, et al. A randomised controlled trial of vitamin D and omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids in the treatment of irritability and hyperactivity among children with autism spectrum disorder[J]. J Steroid Biochem Mol Biol, 2019, 187: 9-16. DOI: 10.1016/j.jsbmb.2018.10.017

    [30]

    Caplan A, Walker L, Rasquin A. Development and Preliminary Validation of the Questionnaire on Pediatric Gastrointestinal Symptoms to Assess Functional Gastrointestinal Disorders in Children and Adolescents[J]. J Pediatr Gastroenterol Nutr, 2005, 41: 296-304. DOI: 10.1097/01.mpg.0000172748.64103.33

    [31]

    Munk DD, Repp AC. Behavioral assessment of feeding problems of individuals with severe disabilities[J]. J Appl Behav Anal, 1994, 27: 241-250. DOI: 10.1901/jaba.1994.27-241

    [32]

    Waite DW, Chuvochina M, Pelikan C, et al. Proposal to reclassify the proteobacterial classes Deltaproteobacteria and Oligoflexia, and the phylum Thermodesulfobacteria into four phyla reflecting major functional capabilities[J]. Int J Syst Evol Microbiol, 2020, 70: 5972-6016. DOI: 10.1099/ijsem.0.004213

    [33]

    Pulikkan J, Maji A, Dhakan DB, et al. Gut microbial dysbiosis in Indian children with autism spectrum disorders[J]. Microb Ecol, 2018, 76: 1102-1114. DOI: 10.1007/s00248-018-1176-2

    [34]

    Tomova A, Husarova V, Lakatosova S, et al. Gastrointestinal microbiota in children with autism in Slovakia[J]. Physiol Behav, 2015, 138: 179-187. DOI: 10.1016/j.physbeh.2014.10.033

    [35]

    Liu S, Li E, Sun Z, et al. Altered gut microbiota and short chain fatty acids in Chinese children with autism spectrum disorder[J]. Sci Rep, 2019, 9: 287. DOI: 10.1038/s41598-018-36430-z

    [36]

    Mitsui R, Ono S, Karaki S, et al. Neural and non-neural mediation of propionate-induced contractile responses in the rat distal colon[J]. Neurogastroenterol Motil, 2005, 17: 585-594. DOI: 10.1111/j.1365-2982.2005.00669.x

    [37]

    Murros KE. Hydrogen Sulfide Produced by Gut Bacteria May Induce Parkinson's Disease[J]. Cells, 2022, 11: 978. DOI: 10.3390/cells11060978

    [38]

    Feng Z, Long W, Hao B, et al. A human stool-derived Bilophila wadsworthia strain caused systemic inflammation in specific-pathogen-free mice[J]. Gut Pathogens, 2017, 9: 59. DOI: 10.1186/s13099-017-0208-7

    [39]

    Laue HE, Korrick SA, Baker ER, et al. Prospective associations of the infant gut microbiome and microbial function with social behaviors related to autism at age 3 years[J]. Sci Rep, 2020, 10: 15515. DOI: 10.1038/s41598-020-72386-9

    [40]

    Rosenfeld CS. Effects of phytoestrogens on the developing brain, gut microbiota, and risk for neurobehavioral disorders[J]. Front Nutr, 2019, 6: 142. DOI: 10.3389/fnut.2019.00142

    [41]

    Gilad LA, Tirosh O, Schwartz B. Phytoestrogens regulate transcription and translation of vitamin D receptor in colon cancer cells[J]. J Endocrinol, 2006, 191: 387-398. DOI: 10.1677/joe.1.06930

    [42]

    Assa A, Vong L, Pinnell LJ, et al. Vitamin D Deficiency Predisposes to Adherent-invasive Escherichia coli-induced Barrier Dysfunction and Experimental Colonic Injury[J]. Inflamm Bowel Dis, 2015, 21: 297-306. DOI: 10.1097/MIB.0000000000000282

    [43]

    Zou R, Xu F, Wang Y, et al. Changes in the gut microbiota of children with autism spectrum disorder[J]. Autism Res, 2020, 13: 1614-1625. DOI: 10.1002/aur.2358

    [44]

    Hsiao EY, Mcbride SW, Hsien S, et al. Microbiota modulate behavioral and physiological abnormalities associated with neurodevelopmental disorders[J]. Cell, 2013, 155: 1451-1463. DOI: 10.1016/j.cell.2013.11.024

    [45]

    Sun J. Dietary vitamin D, vitamin D receptor, and microbiome[J]. Curr Opin Clin Nutr Metab Care, 2018, 21: 471-474. DOI: 10.1097/MCO.0000000000000516

    [46]

    Kaur S, Yawar M, Kumar PA, et al. Hungatella effluvii gen. nov., sp. nov., an obligately anaerobic bacterium isolated from an effluent treatment plant, and reclassification of Clostridium hathewayi as Hungatella hathewayi gen. nov., comb. nov[J]. Int J Syst Evol Microbiol, 2014, 64: 710-718. DOI: 10.1099/ijs.0.056986-0

    [47]

    Ohara T. Identification of the microbial diversity after fecal microbiota transplantation therapy for chronic intractable constipation using 16s rRNA amplicon sequencing[J]. PLoS One, 2019, 14: e0214085. DOI: 10.1371/journal.pone.0214085

    [48]

    Chan CWH, Leung TF, Choi KC, et al. Association of early-life gut microbiome and lifestyle factors in the development of eczema in Hong Kong infants[J]. Exp Dermatol, 2021, 30: 859-864. DOI: 10.1111/exd.14280

    [49]

    Ooi JH, Li Y, Rogers CJ, et al. Vitamin D regulates the gut microbiome and protects mice from dextran sodium sulfate-induced colitis[J]. J Nutr, 2013, 143: 1679-1686. DOI: 10.3945/jn.113.180794

  • 期刊类型引用(1)

    1. 任姣姣,张茜,高红,齐晶,白瑞北,李红娟,王朝晖. 维生素D调节肠道菌群改善孤独症谱系障碍儿童临床症状. 中国妇幼健康研究. 2025(01): 74-80 . 百度学术

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-12
  • 录用日期:  2022-06-26
  • 网络出版日期:  2022-08-01
  • 刊出日期:  2022-09-29

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