准确率91％！新方法专挑“星星的孩子”

　　世界上有这样一群人，他们不愿对视、不爱交流、不作回应，仿佛遥远夜空中的星星，沉浸在自己的世界里。他们是孤独症谱系障碍（以下简称孤独症）儿童，也被形象地称作“星星的孩子”。近年来，孤独症进入大众视野，但如何精准诊断孤独症仍是一项挑战。

　　最近，香港中文大学医学院教授黄秀娟团队发现孤独症与儿童肠道微生物组之间存在相关性，可借助多领域的微生物标志物识别孤独症儿童，诊断准确率高达91%。研究成果7月8日发表于《自然-微生物学》。

　　这项成果得到了论文评审人的高度认可：“该研究通过与非孤独症疾病进行阴性对照实验，验证了肠道微生物组的标志物组合在孤独症诊断中的潜在应用，令人印象深刻。”

　　识别“星星的孩子”

　　孤独症是一种广泛性发育障碍，表现为语言发育迟缓、言语交流障碍、兴趣范围障碍和重复刻板行为等。“过去10年里，越来越多的研究表明，肠道微生物组在调节肠脑轴和神经免疫网络方面起着关键作用，可能与孤独症的发展有关。”黄秀娟告诉《中国科学报》。

　　近年来，“微生物组-肠-脑轴”的研究备受关注。肠道中的微生物组通过与免疫系统、神经系统的相互作用，影响神经系统发育。然而，此前大多数相关研究集中在肠道微生物组的细菌成分上，且研究结果常常不一致，而对肠道内其他微生物，如古菌、真菌和病毒的关注不足。

　　2019年，黄秀娟团队将目光投向肠道内包括细菌、古菌、真菌和病毒在内的多领域微生物组，结合其各自的功能特性，探讨微生物组在孤独症中的作用。

　　但孤独症儿童的个体差异极大，如何尽可能涵盖更多类型，让研究结果更准确？黄秀娟团队思索良久，决定采用“人海战术”。2021年至2023年，团队招募了1627名1岁至13岁的儿童，包括患有孤独症和未患有孤独症的儿童，以便更全面地观察肠道微生物组和孤独症之间的关系。

　　功夫不负有心人。黄秀娟团队发现，与未患有孤独症的儿童相比，孤独症儿童肠道中的细菌、古菌、真菌和病毒等微生物，以及其基因和代谢通路存在显著差异。与健康儿童相比，孤独症儿童肠道中的14种古菌、51种细菌、7种真菌、18种病毒、27种微生物基因和12个代谢通路发生了改变。

　　“为了更直观地判断肠道内微生物组能否作为诊断孤独症的依据，我们利用机器学习算法，从数千种肠道微生物组特征标志物中筛选出具有高诊断准确性的31种标志物组合。”论文第一作者、香港中文大学助理教授苏奇告诉《中国科学报》，经过多轮阴性对照实验，他们发现多领域的微生物标志物能准确区分孤独症儿童和非孤独症儿童，且准确率高达91%。这为未来利用肠道微生物标志物进行孤独症的非侵入性诊断提供了新思路。

　　“隐身”的孤独症女孩

　　据国内外流行病学调查显示，孤独症的男女发病率为4：1，男性孤独症患者更为常见。但这一数据引起了诸多质疑。美国麻省理工学院的一项研究发现，大多数孤独症研究只会招募少量女性，甚至完全将其排除在外。女性患者成为孤独症研究中“隐秘的角落”。

　　“缺乏足够的女性样本不仅会造成公众的误解，认为孤独症对女孩的影响更小，还会让女性在孤独症的确诊和治疗上面临更多困难。”黄秀娟说。

　　为解决女性样本过少这一难题，黄秀娟团队尝试了多种办法。

　　团队积极与儿科医生和心理学家展开合作，通过专业人士向家长传达参与研究的重要性。团队还在物质和精神上给予参与研究的家庭较大支持。团队根据招募过程中的反馈不断调整优化研究设计，让研究更具吸引力和可操作性。

　　“最终，该研究中女性参与者占比为24.4%。”苏奇说，“具体而言，研究共招募了127名女性患者，远远超过之前基于宏基因组分析孤独症患者肠道菌群的研究参与者总和。”

　　两种方法之争

　　“研究能够取得突破，除了样本量足够丰富外，还因为我们创新了研究工具。”苏奇说，“借助宏基因组测序技术，高精度分析多种微生物群体，让我们能识别出以前未被注意到的微生物及其基因和功能。”

　　宏基因组，也称微生物环境基因组，是环境中全部微小生物遗传物质的总和。宏基因组测序技术直接从环境样品中提取总DNA（脱氧核糖核酸），包括更丰富的微生物遗传信息、能深入探究微生物群体的功能活性等特质。与此同时，由于宏基因组测序技术收集了海量、复杂的数据，也会给后续分析工作带来较大挑战。

　　黄秀娟回忆称，团队内部曾在数据处理方法上出现分歧。一些成员倾向于使用传统的生物统计方式，认为更稳定、可靠；一些成员则主张采用机器学习方法，能更好地处理复杂的大规模数据，实现精准预测。不同意见的交锋，一度导致研究进度缓慢。

　　如何解决这一分歧？黄秀娟组织了一系列跨学科研讨会，邀请众多生物信息学专家、统计学家、机器学习研究者和临床医生交流讨论，并进行了试点分析，对两种方法的结果进行全方位对比。

　　在反复交流、尝试的基础上，团队最终决定将两种手段结合起来，相辅相成、相互解释，不仅提高了数据分析的准确性和可靠性，还兼顾了结果的临床解释性。

　　“通过这种方式，我们既探索了肠道菌群与孤独症之间的关联，又开发了基于肠道菌群的孤独症预测工具，进一步增进了人们对孤独症的理解。”苏奇告诉《中国科学报》，“尽管研究结果显示了高诊断准确性，但仍需要更多临床验证和优化，并补充对个体的纵向追踪，探讨肠道微生物群与孤独症发展的动态关系。这也是我们今后的研究重点。”

　　相关论文信息：

　　https://doi.org/10.1038/s41564-024-01739-1