腸菌研究中，我該如何判斷腸道菌群是否健康或其失調(diào)程度？

從腸道微生物組樣本中洞察一個人的健康狀況是當(dāng)前人類微生物組研究的一個重要臨床目標(biāo)。我們往往會通過設(shè)置健康組和疾病組，收集其腸道樣本后展開多樣性或宏基因組測序，以獲得其微生物信息。那在數(shù)據(jù)分析中，有沒有更直接好用的指標(biāo)可以區(qū)分健康與非健康人群？或者表征菌群的紊亂程度？

本期給大家推薦的腸道菌群健康指數(shù)（GMHI）、腸道菌群失調(diào)指數(shù)（MDI）就能夠很好的滿足這些分析需求。

先來看一下這兩個指數(shù)的含義：

腸道微生物組健康指數(shù)（GMHI），一個基于腸道微生物組樣本的物種水平分類特征來評估健康狀況（即診斷疾病的存在程度）的穩(wěn)健指數(shù)，側(cè)重確定患病的可能性，獨(dú)立于臨床診斷。與alpha指數(shù)相比，GMHI對健康和非健康群體的區(qū)分遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于生態(tài)指標(biāo)（如香農(nóng)多樣性和豐富度），且在健康組和非健康組的分層中表現(xiàn)出很強(qiáng)的重現(xiàn)性，通常被認(rèn)為是腸道健康和生態(tài)失調(diào)的標(biāo)記。

腸道菌群健失調(diào)數(shù)（MDI），是確定微生物生態(tài)失調(diào)的程度指數(shù)。值越大說明菌群紊亂的程度越大。但腸菌失調(diào)不是一種明確定義的疾病，并且失調(diào)指數(shù)在不同方法和臨床背景下不同，即來源于不同的群體，描述不同的疾病。

題目：Apredictive index for health status using species level gut microbiomeprofiling

數(shù)據(jù)集：來自34項研究的4347個樣本（分別來自健康和非健康個體的2636和1711個宏基因組）

圖a：健康組和非健康組腸道健康指數(shù)GMHI差異分析；與香農(nóng)多樣性相比(不在此圖中顯示)，GMHI對健康（n= 2636）組和非健康（n= 1711）組的分層程度更強(qiáng)。

圖b：散點(diǎn)圖中的每個點(diǎn)都對應(yīng)于一個宏基因組樣本（總共4347個）。直方圖顯示了基于每個軸的參數(shù)的健康（藍(lán)色）和非健康（橙色）樣本的分布。

結(jié)果：與非健康人群的腸道微生物群相比，健康人群的腸道微生物群具有顯著更高的GMHIs(圖a）。比較每個樣本的GMHI和Shannon多樣性，以檢驗(yàn)其總體一致性。如圖b所示，與香農(nóng)多樣性相比，GMHI在健康和非健康組分層方面明顯表現(xiàn)更好。

題目：Globalbranches and local states of the human gut microbiome defineassociations with environmental and intrinsic factors

數(shù)據(jù)集：5個curatedMetagenomicData(CMD)下采樣的3233個宏基因組訓(xùn)練集

基于公開宏基因組學(xué)數(shù)據(jù)的PHATE散點(diǎn)圖的成年人腸道菌群健康指數(shù)(GMHI)

結(jié)果：研究對>35,000個樣本應(yīng)用分區(qū)、擬時間和排序方法，探索了不同時期人類腸道微生物組的潛在結(jié)構(gòu)。確定了3個主要的腸道菌群分支，在成年期，這些分支中觀察到多個分區(qū)，且各分支的物種豐度存在差異。并進(jìn)一步使用腸道微生物組健康指數(shù)(GMHI)作為健康狀況的代表。發(fā)現(xiàn)普雷沃菌屬的整個分支的GMHI總體較高(上圖)，這表明，雖然普雷沃菌屬分支的頂端可能出現(xiàn)腸道微生物組的組成和功能改變(反映為多樣性喪失和功能轉(zhuǎn)移)，但總體患病可能性未必受到影響。

題目：Alteredgut microbiota and mucosal immunity in patients with schizophrenia

期刊：Brain,Behavior, and Immunity

圖c：通過Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，精神分裂癥患者的腸道微生物失調(diào)指數(shù)(MD指數(shù))顯著高于健康對照者，“***”，p< 0.001;

圖d：精神分裂癥患者腸道菌群豐富度(Chao1)的降低與MD指數(shù)的增加相關(guān)。

結(jié)果：本研究主要探索腸道菌群可能通過"腸-腦"軸在精神分裂癥發(fā)病中發(fā)揮重要作用的機(jī)理機(jī)制。結(jié)果表明19種腸道菌群與精神分裂癥相關(guān)，并基于差異分類豐度計算微生物失調(diào)(MD)指數(shù)。發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者的MD指數(shù)明顯高于健康對照組（圖c）。MD指數(shù)與Chao1也呈顯著負(fù)相關(guān)（圖d）。另外研究結(jié)果顯示，精神分裂癥患者的腸道IgA水平高于健康對照者，且IgA水平與MD指數(shù)呈正相關(guān)，表明腸道菌群相關(guān)的黏膜免疫的改變與腸道菌群組成的改變相關(guān)。

總結(jié)來看，GMHI指數(shù)可基于腸道微生物種類的分布來預(yù)測疾病發(fā)生的可能性，MDI指數(shù)可反應(yīng)腸道菌群生態(tài)失調(diào)的程度。是除了α、β多樣性指數(shù)外，又一好用的評估疾病與健康人群菌群整體差異的指標(biāo)。

目前在美吉醫(yī)學(xué)微生物多樣性云平臺中已搭建好這兩個指數(shù)分析模塊，可以直接獲得健康組or疾病組的GMHI、MDI指數(shù)值，以及相較于基線組（健康組）物種的變化情況。趕快登錄美吉云平臺體驗(yàn)吧~

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