【儿科每日一文】Science子刊：揭示儿童大脑发育和功能与肠道菌群的关联

肠道与大脑存在密切的功能联系，但在生命早期阶段，有关“微生物-肠-脑轴”在正常神经认知发育过程中的作用仍缺乏充足的信息。了解健康微生物群发展的正常特征及其与正常神经认知发育的关系，可为早期识别和干预非典型发育提供机会。

为此，一篇发表于《Science Advances》的研究探索了健康儿童中肠道菌群和神经发育之间的关联，发现肠道菌群的发展、儿童的认知能力和大脑结构密切相关，一些微生物类群和基因功能可能预测认知表现和大脑结构。

研究方法

研究纳入381名40天至10岁的健康儿童，收集粪便样本进行鸟枪法宏基因组测序，使用磁共振成像(MRI)评估大脑结构。

认知技能和能力的测量采用与年龄相适应的认知功能心理测量评估，即 Mullen 早期学习量表(MSEL)、韦氏学前和小学智力量表第四版(WPPSI-4)和韦氏儿童智力量表第五版(WISC-V)。

结合经典统计学分析与机器学习，评估儿童肠道菌群发育、认知功能和大脑结构之间的关联。

研究结果

1️⃣微生物种类和神经活性基因与认知功能相关

多变量线性回归模型(LMs)分析发现，一些微生物种类在认知功能评分较高的18个月以上儿童中显著富集（图1）。

几种代谢途径在认知功能评分较高的儿童中显著富集或减少（表1），这表明微生物代谢活动，尤其是神经活性化合物的代谢（合成和降解）可能对认知功能发展有影响。

2️⃣肠道菌群分类学特征预测认知功能

随机森林模型(RF)发现在18个月以上儿童中，存在对同时期测量的认知功能评分具有重要性的物种，如普拉梭菌(Faecalibacterium Prausnitzii)、挑剔真杆菌(Eubacterium eligens)、毛螺旋菌(Parasutterella excrementihominis)和Alistipes obesi（LMs的q<0.2，RFs的累积重要度<60%），这与LMs模型所检测到的重要微生物种类有重叠。

RF模型还确定了其他48个对区分认知功能评分很重要的微生物种类（图2A、3A），并且大部分在预测未来认知功能（收集粪便后至少6个月评估的认知表现）的模型中同样重要（图2B、3B）。

此外，与人口统计学相结合的分类学特征对特定认知功能具有预测潜力，即语言表达、大运动和视觉感知（图4）。

3️⃣肠道菌群分类学特征预测大脑结构差异

通过微生物类群训练的RF模型可预测某些大脑区域，许多在LMs和认知功能RF模型中识别到的重要分类群，同样存在于脑区的RF模型中。一些物种对多个不同的脑区贡献较高，其中Anaerostipes hadrus是平均相对重要性(1.4%)最高的变量（图5）。

综上所述，特定的肠道菌群种类与儿童更高的认知功能有关，一些在预测认知功能方面具有重要性的分类群，同样与个体大脑区域和特定的认知功能（语言表达、大运动和视觉感知）具有重要关联。研究为神经认知发展的潜在生物标志物提供了依据，并可能为早期检测和干预提供靶点。

参考文献

Bonham KS, Fahur Bottino G, McCann SH, et al. Gut-resident microorganisms and their genes are associated with cognition and neuroanatomy in children. Sci Adv. 2023;9(51):eadi0497.

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