Combination of gut microbiota and plasma amyloid-β as a potential index for identifying
preclinical Alzheimer’s disease: a cross-sectional analysis from the SILCODE study 

肠道菌群和血浆淀粉样蛋白β的组合作为识别临床前阿尔茨海默病的潜在指标：来自SILCODE研究的横断面分析

摘要译文

背景：血浆淀粉样蛋白β(Aβ)可能有助于识别脑淀粉样变性个体。阿尔茨海默病(AD)中的肠道菌群生态失调正日益得到认可。然而，关于临床前AD中肠道菌群改变的知识，以及血浆Aβ和肠道菌群的组合是否可以识别临床前AD，在很大程度上仍然是未知的。

方法：本研究招募了34名Aβ阴性认知正常(CN-)参与者，32名Aβ阳性认知正常(CN+)参与者和22名认知障碍(CI)患者，包括11名轻度认知障碍(MCI)患者和11名AD痴呆患者。通过16S核糖体RNA (rRNA) Illumina Miseq测序技术对所有参与者进行神经心理评估和粪便菌群分析。采用Meso Scale Discovery (MSD)试剂盒对CN -和CN+参与者的血浆Aβ40、Aβ42和Aβ42/Aβ40进行定量分析。使用Spearman的相关性分析，分别评估了全球标准摄取值率(SUVR)与肠道菌群和血浆Aβ标记物改变的关联。此外，还研究了肠道菌群和血浆Aβ标记物组合用于鉴定CN+个体的判别力。

结果：与CN-组相比，CN+组血浆Aβ42(p=0.011)和Aβ42/Aβ40(p=0.003)明显降低。与CN-个体相比，CN+个体的拟杆菌门相对丰度显著富集，而厚壁门和Δ型变形杆菌类的相对丰度显著降低。特别是，厚壁门及其相应的SCFA细菌的相对丰度从CN-到CN+和CI呈递减趋势。此外，在所有CN参与者，大脑总Aβ负荷与血浆Aβ42/Aβ40(r=-0.298，p=0.015)，脱硫弧菌科(r=-0.331，p=0.007)，双翅目(r=-0.247，p=0.046)和粪杆菌属(r=-0.291，p=0.018)呈负相关。最后，血浆Aβ标志物、肠道菌群改变和认知能力的组合在识别CN-中CN+个体方面达到了比较好的鉴别力(AUC=0.869，95%CI: 0.782~0.955)。

结论：本研究提供的证据表明，临床前AD患者的肠道菌群组成发生了改变。血浆Aβ联合肠道菌群可能成为一种无创、经济、有效的早期AD筛查工具。以肠道菌群为靶点可能成为AD治疗的新策略。

原文链接

https://alzres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13195-022-00977-x

Sheng C, Yang K, He B, et al. Alzheimers Res Ther. 2022 Feb 14;14(1):35.

解读人：毕敏  教授

厦门大学附属第一医院主任医师，教授。

国家卫计委脑卒中防治工程中青年专家委员会常务委员，第八届中华医学会核医学分会神经核医学组委员，第九届福建省神经科学会委员，第三届厦门市医学会神经病学分会副主任委员。

美国加州大学洛杉矶分校David Geffen医学院访问学者。

研究解读

2022年2月首都医科大学宣武医院韩璎教授团队在Alzheimer’s Research & Therapy杂志上发表了一篇名为“Combination of gut microbiota and plasma amyloid-β as a potential index for identifying preclinical Alzheimer’s disease: a cross-sectional analysis from the SILCODE study”(肠道菌群和血浆淀粉样蛋白β的组合作为识别临床前阿尔茨海默病的潜在指标：来自SILCODE研究的横断面分析)的文章，发现血浆Aβ和肠道菌群的结合可能作为一种无创、经济、有效的早期AD筛查诊断工具，以肠道菌群为靶点可能是治疗AD的一种新策略。

越来越多的证据表明，AD的病理生理过程开始于临床症状出现前的15-20年。鉴于目前缺乏延缓或预防AD进展的有效策略，针对AD临床前阶段的干预措施可能是治疗成功的最佳机会。目前，临床前AD指的是认知健康个体中出现AD相关病理改变的生物学标志物证据。异常AβPET和CSF Aβ42 、Aβ42/Aβ40比值降低可作为Aβ沉积的证据，但PET检查价格昂贵且有放射性限制，而腰穿检查是一种有创操作难以反复进行，因此，需要探索新的和潜在的替代标志物来识别临床前AD。AD中的肠道菌群生态失调正日益得到认可，改变肠道菌群组成可能有助于延缓AD的病理进展。然而，关于临床前AD中肠道菌群改变的知识，以及血浆Aβ和肠道菌群的组合是否可以识别临床前AD，在很大程度上仍然是未知的。因此，韩英教授团队开展了相关研究，目的在于：(1)测定临床前AD个体肠道菌群的特征；(2)评估临床前AD个体血浆Aβ指数(Aβ40、Aβ42、Aβ42/Aβ40比值)是否发生变化；(3)探讨联合肠道菌群和血浆Aβ指数对临床前AD个体的识别能力。

该研究招募了34名Aβ阴性认知正常(CN-)受试者，32名Aβ阳性认知正常(CN+)受试者和22名认知障碍(CI)患者，包括11名轻度认知障碍(MCI)患者和11名AD痴呆患者。对所有受试者进行神经心理学评估，并通过16S核糖体RNA(rRNA)Illumina Miseq测序技术对粪便微生物群进行分析，使用Meso Scale Discovery (MSD)试剂盒定量分析CN−和CN+受试者血浆Aβ40、Aβ42和Aβ42/Aβ40。研究发现，与CN-组相比，CN+组血浆Aβ42(12.97 ± 5.63 vs. 9.84 ± 3.62，p=0.011)和Aβ42/Aβ40都明显降低(0.018 ± 0.007 vs. 0.013 ± 0.004，p=0.003)，但血浆Aβ40无明显改变(721.98 ± 141.44 vs. 750.48 ± 133.91，p=0.461) (图1)。

通过16S核糖体RNA(rRNA)Illumina Miseq测序技术对所有受试者的粪便微生物群进行分析，结果发现，与CN-个体相比，CN+个体的拟杆菌门相对丰度显著富集，而厚壁菌门和δ变形杆菌类的相对丰度显著降低。特别是，厚壁菌门及其相应的SCFA细菌的相对丰度从CN-到CN+和CI呈递减趋势。

SILCODE研究发现，CN-和CN+两组总的扩增子序列变异(ASVs)为2173，共有的ASVs 有1929个，而CN+独有的ASVs有147个(图2A) 。在16种关键的ASVs中，ASV_19和ASV_9s在CN+组明显降低(p=0.0051，p=0.025) (图2B)。尽管四种a多样性指数(Chao1,ACE,Shannon,Simpson)在CN+组中呈现下降趋势，但与CN-组相比没有显著性差异 (p > 0.05) (图2C)。主坐标分析显示两组肠道菌群组成没有显著性差异(F=1.229，p< 0.128) (图2D)。

进一步分析发现，在门水平上，CN-和CN+两组均以拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门为优势菌群，其次为放线菌门。在纲水平上，拟杆菌门、梭状芽胞杆菌门、革兰氏阴性杆菌、丙型变形菌门和β变形杆菌门是优势菌群。在目水平上，主要有拟杆菌目、梭状芽孢杆菌目、月季单胞菌目、肠杆菌目和伯克霍尔德菌目5种优势菌。科水平上，优势菌群为拟杆菌科、毛螺菌科、疣微菌科和普雷沃氏菌科。总体来讲，两组间主要肠道菌群组成成分无明显差异，但在CN+组中，拟杆菌门、纲、目菌群相对丰度显著富集，而厚壁菌门、梭状芽胞杆菌纲、δ变形菌纲、梭菌目、脱硫弧菌目、毛螺菌科、脱硫弧菌科、疣微菌科、嗜胆菌属、普拉梭菌属相对丰度显著降低(图3)。

使用Spearman相关性分析，研究了肠道菌群改变和血浆Aβ标记物改变与大脑Aβ负荷(SUVR)的相关性。结果发现，在所有认知正常的受试者中，大脑总SUVR值与血浆Aβ42/Aβ40呈负相关(r=−0.298，p=0.015) (图 4A)，但与血浆Aβ42、Aβ40无相关性(r=−0.209，p=0.093；r=−0.085，p= 0.499)，脱硫弧菌科(B)、嗜胆菌属(C)和粪杆菌属(D)与总SUVR值呈负相关(r=−0.331，p=0.007；r=−0.247，p=0.046；r=−0.291，p= 0.018)(图4B-D)。

进一步使用ROC分析方法评估血浆Aβ标志物在识别CN+和CN-个体时的鉴别能力，该研究发现血浆Aβ42/ Aβ40的鉴别能力较好，Aβ42次之，AUCs分别为0.715(95%：0.591- 0.838)和0.660(95%：0.528-0.792)。关于灵敏度和特异性平衡的最佳cutoff值(约登指数)，所有单一血浆标志物的敏感性在71.88% -81.25%之间，血浆Aβ42和Aβ42/Aβ40的特异性分别为52.94%和67.65%，而血浆Aβ40仅为32.25%。联合血浆Aβ40、Aβ42和Aβ42/Aβ40的检测可进一步提高对CN+个体的识别能力(AUC=0.730，95%可信区间为0.608-0.852，表1，图5)。

与单一菌群分类相比，联合taxa1, taxa2和 taxa3 (panel 2，各taxa和panel定义见图1备注)检测具有较高的准确度，曲线下面积(AUC)为0.810 (95%可信区间为0.707-0.912)。此外，联合评估各项认知测试也具有较好的识别CN+能力(包括MoCA-B，AVLT-长延时回忆，AVLT-R，STT-A，STT-B，AFT，BNT，panel 3) ，AUC为0.802 (95%可信区间为0.691-0.912)。与panel 1相比，panel 4具有更佳的AUC值(0.869，95% CI 0.782-0.955，p=0.0086)，这表明血浆Aβ标志物、肠道菌群改变和认知能力的组合在CN+个体方面达到了比较好的鉴别力。

（图据Alzheimer’s Research & Therapy）

图1 CN -和CN+组血浆Aβ水平比较。散点图显示平均值和范围。血浆Aβ40(A)在两组间无显著差异，而血浆Aβ42 (B)和Aβ42/Aβ40 (C)在两组间有显著差异(*p<0.05；**p<0.01)。Aβ，β淀粉样蛋白；CN−，Aβ阴性认知正常受试者；CN+，Aβ阳性认知正常受试者。

（图据Alzheimer’s Research & Therapy）

图2  CN -和CN+组的肠道菌群总体群落结构。A：维恩图显示了CN−和CN+两组之间的ASVs重叠，两组共有的ASVs有1929个，CN+特有的ASVs有147个。B：两组的关键ASVs。与CN−相比，CN+显著降低了ASV_19和ASV_9的丰度。C：CN -和CN+组间肠道菌群α多样性。每个柱状图表示平均值和标准差，Chao1、ACE、Simpson和Shannon指数在两组间无显著性差异。D：基于ASVs分布的主坐标分析。CN+组与CN−组的肠道菌群结构无显著差异。*p<0.05，**p<0.01，CN -β淀粉样蛋白阴性认知正常受试者，CN+β淀粉样蛋白阳性认知正常受试者，ASV扩增子序列变异，PCoA主坐标分析，PERMANOVA变异多变量方差分析。

（图据Alzheimer’s Research & Therapy）

图3  CN -和CN+两组的肠道菌群组成。A：两组在不同分类水平上的菌群相对丰度，柱状图显示了门、纲、目、科级分类水平上的菌群相对丰度。B：CN−和CN+之间的线性判别分析效应量。从不同菌群丰度的线性判别分析(LDA)直方图中可以看出，LDA得分为正的菌群在CN+组中富集(绿色)，LDA得分为负的菌群在CN−组中富集(红色)(列出的菌群LDA分值(log10) > 2，p<0.05)，进化分枝图显示肠道菌群的系统发育分布。颜色代表不同的组(CN−，红色；CN+绿色)，不同颜色的结节代表不同菌群中的重要类群，黄色结节表明两组之间没有明显的类群差异。C：热点图显示的是用LEfSe方法鉴定的不同菌群的相对丰度和分布。CN−，β淀粉样蛋白阴性认知正常受试者，CN+，β淀粉样蛋白阳性认知正常受试者，LEfSe,线性判别分析(LDA)效应量。

（图据Alzheimer’s Research & Therapy）

图4 血浆Aβ标志物及肠道菌群与全脑Aβ负荷的关系。A：整体SUVR值与血浆Aβ42/Aβ40呈负相关。脱硫弧菌科(B)、嗜胆菌属(C)和粪杆菌属(D)与整体SUVR呈负相关。Aβ，β淀粉样蛋白；SUVR，标准摄取值率。

（图据Alzheimer’s Research & Therapy）

图5 CN+受试者的ROC曲线。A：单个血浆Aβ标志物和联合血浆Aβ标志物检测对CN+和CN -的鉴别能力；B：各肠道菌群分类检测和联合检测对CN+和CN -的鉴别能力；C：从CN−中识别出CN+的各联合检测预测值。Aβ，β淀粉样蛋白；CN−，β淀粉样蛋白阴性认知正常受试者；CN+，β淀粉样蛋白阳性认知正常受试者；panel 1，联合血浆Aβ40、Aβ42和Aβ42/ Aβ40检测；panel 2，taxa 1、taxa 2和taxa 3联合检测；panel 3，联合各临床认知测试(包括MoCA-B、AVLT-长延迟回忆、AVLT-R、STT-A、STT-B、AFT、BNT)；panel 4，联合血浆Aβ标志物、肠道菌群分类和认知测试。

表1 鉴别CN+的AUC和约登指数的敏感性和特异性

（图据Alzheimer’s Research & Therapy）

Taxa 1，联合拟杆菌门、纲、目；Taxa 2，联合厚壁菌门，梭状芽胞杆菌纲，梭菌目，毛螺菌科，疣微菌科和粪杆菌属；Taxa 3，联合δ变形菌纲，脱硫弧菌目，脱硫弧菌科和嗜胆菌属；Panel 1，联合血浆Aβ40，Aβ42和Aβ42/Aβ40；Panel 2，联合taxa 1，taxa 2和taxa 3；Panel 3，联合各项认知测评 (MoCA-B，AVLT-长延迟回忆，AVLT-R，STT-A，STT-B，AFT，BNT) ；Panel 4, 联合血浆Aβ标志物、肠道菌群分类和认知测评。

缩写：AUC，曲线下面积；Aβ，β淀粉样蛋白；CN+，β淀粉样蛋白阳性认知正常受试者。