引文越来越多的证据表明肠道是帕金森病(Parkinson’s disease，PD)的起源，人们对解码肠道微生物组与帕金森病之间的联系越来越感兴趣。2022年11月15日，美国阿拉巴马大学伯明翰分校神经病学系Zachary D. Wallen博士和帕金森综合征科学联盟（ASAP）Haydeh Payami教授团队合作，在《Nature communications》发表了题为“Metagenomics of Parkinson’s disease implicates the gut microbiome in multiple disease mechanisms”的研究。

该研究纳入490名PD患者和234名对照，研究人员从每个受试者的粪便样本中提取DNA，进行深度鸟枪法测序（Deep shotgun sequencing），通过大规模宏基因组学(Large scale metagenome-wide association studies，MWAS)分析，发现PD患者中存在广泛的菌群失调，并确定了失调的菌群种属。此外，研究人员通过功能分析确定了肠道中可能导致PD的微生物基因和信号通路。

图1.微生物组研究组织和报告（增强版）（Strengthening The Organization and Reporting of Microbiome Studies,STORMS）流程图 PD组(a)、神经学健康对照组(b)、测序和生物信息学技术路线(c)以及统计分析(d、e)

PD患者和NHC的元基因组的整体组成和种属均有差异

PD组和NHC组肠道元基因组整体组成的个体间差异，即β-多样性与离散度检验均有显著不同，表明帕金森病与非帕金森病患者肠道微生物基因的总体构成存在明显差异。主成分分析（PCA）也显示PD元基因组比NHC分散性更显著，可能反映了PD的异质性。与NHC不同，PD的整体肠道菌群分布主要归为三类：普雷沃氏菌、厚壁菌门和拟杆菌。测序结果表明，厚壁菌门是首要驱动因素，其次是普雷沃氏菌属。

为锁定与疾病相关微生物的物种，如细菌、古细菌和真核生物，研究者鉴定了2270种微生物，其中719种通过了严格的生物信息学质控门槛。用两种统计方法（MaAsLin2和ANCOM-BC）进行一项无偏倚的全基因组关联研究(MWAS)，测试 PD患者与NHC的物种丰度差异。结果显示，无论是在物种或属水平上测试，PD肠道微生物菌群失调涉及约30%的菌群。

为了对PD肠道微生物组中的菌群失调形成一个全面可靠的观点，研究人员通过MWAS和下游分析对技术变量(即每个样本的总序列数以及粪便采集工具）、内在变量（如便秘）、外部变量（如酒精、泻药、益生菌、抗组胺药、抑郁/焦虑/情绪药物、止痛药和助眠药物的摄入频率和用量，见表1）、年龄和性别等因素进行了调整，防止其在整体分析中掩盖真实性。在研究模型中最终确认了32种只与PD相关，另外30种与PD的一个或多个变量（如酒精或泻药）相关。

表1 研究对象（PD与NHC）特征和元数据（诠释资料）网络分析揭示了共生和竞争的菌群

根据在PD患者中检测到的697种微生物和NHC组中检测到的499种微生物，研究者计算了物种丰度的成对相关性 (r)，并以成对相关性|r |>0.2和P<0.05创建了相关网络和算法定义的相关物种簇，将PD相关物种映射到网络（图4a/b）。分析结果显示PD患者增加最多的物种，包括齿双歧杆菌、口腔放线菌、变形链球菌、发酵乳杆菌和其他乳杆菌、放线菌和链球菌属，彼此呈正相关，并映射到PD网络的簇#2。大多数在PD中耗尽的物种，包括产短链脂肪酸(SCFA)的罗氏菌属、真杆菌属、瘤胃球菌属和普拉梭菌彼此呈正相关，并映射到PD网络的簇#13。

此外，产生SCFA的物种丰度下降与双歧杆菌物种丰度增加相关。这些发现表明在失调的PD微生物组中发生了竞争性相互作用，既包括大规模群落（双歧杆菌属vs产SCFA菌群），也包括属规模（链球菌A12 vs突变链球菌）。

图4 网络分析揭示了PD宏基因组中相关物种的多微生物簇

a.在PD肠道元基因组中进行SparCC相关性测试;b.MWAS鉴定出与PD相关的物种被映射到网络; (c-e).表示(a)所示的算法定义的簇,其中（c）示簇#17（d）示簇#2（e）示簇#8

重复验证

基于研究组之前16S测序数据，与本文鸟枪测序结果比较，研究者捕获并复制了先前定义的机会病原体簇(簇#17)、产生SCFA的细菌(簇#13)以及双歧杆菌和乳杆菌(簇#2)。因此，利用元基因组学，研究者在一个独立的数据集中复制了MWAS和网络分析的16S研究结果，并从物种水平对它们进行了解析。

回顾既往文献，与本研究存在最显著差异的因素是种族（黄种人与白种人）和研究设计（基于基因的机器学习分类器，用于预测与描述整体、物种、基因和通路水平的变化以及功能推定）。尽管存在差异，但本研究证实了他们的研究结果，即PD患者中富含的大多数微生物物种属于厚壁菌门。此外，拟杆菌门的另歧菌属在PD患者中也显著升高。

最后，研究者展望使用宏基因组学作为一种新的分析方法，分析PD的异质性寻找生物标志物，深入研究PD亚型的起源和进展，进而通过调整微生物菌群的方式达到预防、治疗和阻止PD进展的目的。