利用肠道微生物基因作为marker来鉴定帕金森

作者：童蒙
编辑：amethyst

越来越多的研究表明，肠道微生物紊乱与帕金森疾病相关。于是，作者做了两步的研究，第一步利用40个病人及正常对照，找到潜在的marker，找到了25个基因作为marker，AUC能达到0.896。在验证人群中，AUC能达到0.9以上。因此，作者找到了一个25基因的组合，作为鉴定帕金森的指标。

01 背景介绍

疾病介绍

• 发病率：60岁以上为1%，65岁以上为1.7%。
• 发病机理：帕金森病 (Parkinson’s disease) 患者的神经退行性变与路易小体 (Lewy bodie) 的形成有关。Lewy bodies是由胞内α-突触核蛋白 (α-synuclein) 无序聚集起来的内含物。
• 目前主要检测手段为临床症状判断，组织和体液检测以及影像学，但是其稳定性却受到质疑。
• 如何在路易小体的形成早期发现疾病也是一个问题。

肠道微生物

• 检测方法：16S rRNA和宏基因组。
• 在2型糖尿病、肝硬化、结直肠癌等疾病中，都有研究。
• MWAS基于宏基因组进行关联分析，也是一个重要的研究手段。

02 材料与方法

入组人群

• 发现人群：59对夫妇，其中一个为发病人群，一个为正常配偶。
• 验证人群：78个帕金森病人，75个正常人，25个阿兹海默症人。

宏基因组分析

• 宏基因组建库，测PE150
• 使用PERMANOVA来分析表型的关联，
• 鉴定MGS（metagenomics species），标准为
  每个MGS中基因数大于50
  可以鉴定到属水平
  注释比率高于90%
• 差异分析：使用MGS进行差异分析
• 使用mRMR找到肠道微生物的marker，使用SVM来构建模型，并且评估ROC分析
• 使用PCR对验证人群中进行二期验证

03 结果

• 样品的相关表型情况，表格证明在表型上两组没有差异。

  
  

• alpha多样性分析，帕金森病人的alpha多样性要高于正常对照。
  【小编：这是为什么呢？病人的微生物菌群更活跃么】

  
  

• beta多样性：来自一个家庭的两个个体，beta距离却很远，证明了虽然在一起生活了20年，但是菌群差异却很大。
  【小编：会不会跟吃药有关】

  
  

• 聚类分析：聚成两类，但这两类却不全是病人和正常人。Bacteroides 在一类中更多，Prevotella在另一类中更多。

  
  
• PERMANOVA分析研究相关表型与微生物组成的关系，发现没有差异。
• 物种分类
  使用MetaPhlAn进行物种鉴定，获得前几的微生物菌落。
  差异分析，得到在科属种层面上不同的微生物菌群。Streptococcus salivarius 同LED负相关，而Enterobacter cloacae 和UPDRS正相关。
• MGS的鉴定
  针对174964个差异表达的gene，聚类成153个MGS。并且对这些MGS进行差异分析。
  构建从co-occurrence network来调查菌群的互作关系。

• 鉴定gene marker
  使用mRMR的方法来鉴定出25个gene作为marker，同时构建SVM的分类器，AUC的值能达到0.896。
  在验证人群中进行验证，AUC能到0.92，敏感度为0.95，特异性为0.75。

  
  

04 展望

建立了25基因的marker集合用于筛选帕金森，可以用于临床的测试，具有较高的检测能力，灵敏度高。并且不受饮食、肥胖等因素的影响。

05 参考文献

Yiwei Q , Xiaodong Y , Shaoqing X , et al. Gut metagenomics-derived genes as potential biomarkers of Parkinson's disease[J]. Brain(8):8.