癫痫（epilepsy）俗称“羊角风”或“羊癫风”，是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂的大脑功能障碍的一种疾病。近日，湖南省儿童医院仇君课题组研究人员在《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》杂志上成功发表论文。该研究利用天昊生物16S扩增子测序技术，深入探讨了奥卡西平（OXC）药物治疗对局灶性癫痫儿童肠道菌群的影响。

英文题目：Changes and significance of gut microbiota in children with focal epilepsy before and after treatment

中文题目：儿童局灶性癫痫治疗前后肠道菌群的变化及意义

期刊名称：Frontiers in Cellular and Infection Microbiology

影响因子：6.073 (JCR:Q1)

发表日期：2022-11-3

研究概述

为更好地了解局灶性癫痫患儿肠道菌群和代谢途径的改变，进一步研究这些患儿治疗前后相关肠道菌群和代谢途径的变化。本研究选取10例局灶性癫痫患者纳入病例组。病例组进一步分为治疗前亚组和治疗后亚组，以14名同龄健康儿童为对照组。使用16s rDNA扩增子测序分析微生物群落。结果表明，治疗前、治疗后和对照组α多样性存在显著差异。此外，通过主坐标分析（PCoA）确定了3组肠道菌群组成的差异，治疗前和治疗后亚组的组成相似。在门水平上，治疗前亚组放线菌门相对丰度显著高于对照组，治疗3个月后放线菌门相对丰度显著下降，对照组间差异。在属水平，治疗前亚组富集了埃希氏菌/志贺氏菌属、链球菌属、柯林斯菌属和巨单胞菌属，对照组富集了粪杆菌属和厌氧菌属。三个月的治疗后，埃希里氏菌/志贺氏菌属、链球菌属、柯林斯菌属和巨单胞菌属的相对丰度显着降低。尽管治疗后亚组和对照组之间的一些属仍然存在显著差异，但通过处理，显著不同的属的数量从9个减少到4个。值得注意的是，结果发现碳水化合物代谢，尤其是琥珀酸盐，与局灶性癫痫有关。本研究可能为理解肠道微生物群在局灶性癫痫发病机制中的作用和更好的替代疗法提供新的方向。

背景简介

癫痫是一种大脑疾病，儿童患癫痫的风险很高。一般来说，癫痫根据癫痫发作的临床表现和脑电图（EEG）主要分为局灶性、全面性和未知性发作，其中局灶性癫痫发作是儿童癫痫发作常见的类型。目前以口服抗癫痫药物奥卡西平（OXC）为主。尽管研究表明抗癫痫药物可有效治疗局灶性癫痫儿童，但有些儿童对抗癫痫药物耐药并发展为顽固性癫痫。此外，局灶性癫痫发作后可出现其他严重癫痫发作，例如如局灶性继发性双侧强直阵挛性癫痫发作。癫痫发作不受控制可能导致认知缺陷和永久性脑功能障碍，严重影响儿童的正常生长发育。

近，肠道菌群引起了越来越多的研究人员的关注。据报道，脑-肠轴是大脑和胃肠道之间的双向连接，其中肠道微生物群是重要部分。因此，这些细菌可能对肠脑关系背后的神经元、神经和体液、代谢或免疫信号做出反应并产生影响。来自胃肠道不同部位的细菌对中枢神经系统的生长和发育有积极影响，例如神经发生、小胶质细胞成熟和髓鞘化，这与人类的认知，情感和行为功能以及各种神经系统疾病有关。微生物群-肠-脑轴被认为是解释不同神经系统疾病复杂特征的新方向。此外，有证据表明肠道微生物群对癫痫的潜在影响。近的研究假设肠道微生物群可能有助于促炎状态，导致耐药性癫痫发作。总之，肠道微生物群与早期癫痫诊断和临床干预有关。

尽管关于癫痫和肠道微生物群的研究越来越多，但其中大多数都集中在顽固性癫痫上，其对肠道微生物群的影响尚不清楚。特别是，关于新诊断癫痫药物治疗患者肠道微生物群改变的研究很少。抗癫痫药物，以及癫痫类型，也可能对肠道微生物群产生影响。本研究旨在描述局灶性癫痫患儿与健康患儿肠道菌群的改变，以及局灶性癫痫患儿单药治疗前后肠道菌群的变化，为了解局灶性癫痫的发病机制和更好的替代治疗提供新的方向。

研究方法

本研究招募了17例新诊断为局灶性癫痫的儿童。实验在治疗前和治疗后三个月收集受试者粪便样本。排除标准是慢性或急性肠道疾病、特殊饮食以及两个收集时间点前两周内的抗生素或益生菌治疗。后，未定期服用抗癫痫药物、对治疗无反应或失访的儿童被排除在外。在过滤掉1例对治疗无反应和6例失访后，分析了10名局灶性癫痫儿童结果。同时招募了14名健康儿童作为对照组（图1）。

图1、研究流程图。

收集癫痫发作的频率、形式和持续时间临床数据和饮食数据收集，以及使用3个月的OXC单药治疗后治疗效果。采集处理前和OXC单药治疗后3个月采集的儿童粪便样本，送天昊生物进行DNA提取和高通量16S rDNA V4-V5区扩增子测序及生信分析。

研究结果

研究样本特征

受试者年龄、性别、BMI、膳食数据如表1所示，病例组与对照组无统计学差异（表1）。

表1、病例组与对照组临床资料比较。

肠道微生物多样性和粪便细菌群落相对丰度

治疗前亚组和对照组在α多样性方面存在显著差异。具体而言，治疗前亚组中Chao1、ACE和香农指数较高，辛普森指数较低（图2A）。PCoA还发现这两个群体之间存在不同的微生物群落（ADONIS，R2 =0.094，P=0.003，图2B）。Metastats分析发现，在门水平上，治疗前亚组放线菌门的相对丰度明显高于对照组。在属水平上，治疗前亚组中的埃希氏菌/志贺氏菌属、链球菌属、柯林斯菌属和巨单胞菌属富集，而对照组的粪杆菌属富集。此外，LEfSe还显示粪杆菌属减少，以及治疗前亚组中埃希氏菌/志贺氏菌属和柯林斯菌属的生长（图2D）。

图2、治疗前亚组与对照组之间肠道微生物群的多样性和相对丰度。（A）两组α多样性指数的比较。（B）基于Bray-Curtis距离的两组PCoA分析。（C）直方图显示了丰度排名前 4 的门（左）和前15的属（右）。（D）LEfSe分析。D：治疗前亚组，J：对照组。

单药治疗3个月后，与治疗前亚组和治疗后亚组相比，α多样性没有显著差异（图3A）。PCoA未能揭示两个亚组之间的不同组成（ADONIS，R2 =0.039，P=0.790，图3B）。Metastats分析发现，在门水平上，与治疗前亚组相比，治疗后放线菌的相对丰度明显下降。在属水平上，一些属的比例显著下降（图3C）。LEfSe还显示治疗后亚组中的埃希氏菌/志贺氏菌和链球菌减少（图3D）。

图3、治疗前后各组肠道微生物群的多样性和相对丰度。（A）两组α多样性指数的比较。（B）基于Bray-Curtis距离的两组之间的PCoA。（C）直方图显示了丰度排名前4的门（左）和前15的属（右）。（D）LEfSe分析。D：治疗前亚组，S：治疗后亚组。

尽管α多样性存在显著差异（图4A），但治疗后亚组和对照组之间的细菌组成差异并不显着（图4B）。此外，Metastats分析表明，治疗后亚组和对照组之间比较的显着不同属的数量减少（图4C）。重要的是，埃希氏菌/志贺氏菌和链球菌的相对丰度差异不显著。然而，与对照组相比，治疗后亚组的厌氧菌相对丰度较低。两组之间的LEfSe发现了相同的结果（图4D）。

图4、治疗后组与对照组之间肠道微生物群的多样性和相对丰度。（A）两组α多样性指数的比较。（B）基于Bray-Curtis距离的两组之间的PCoA。（C）直方图显示了丰度排名前4的门（左）和前15个属（右）。罗斯福<0.001。（D）关于丰度的LEfSe。S：治疗后组，J：对照组。

尽管三组之间的α多样性存在显著差异，但仍观察到α多样性随治疗而降低的趋势（图5A）。PCoA显示，3组之间的微生物群落存在显著差异（ADONIS，R2 =0.091，P=0.023，图5B）。在门水平上，三组的肠道微生物群主要由拟杆菌门和厚壁菌门组成。在属水平上，肠道微生物群以拟杆菌属为主（图5C）。3组LEfSe显示，治疗前亚组肠道菌群主要以链球菌属和柯林斯菌属为主，治疗后亚组以粪副拟杆菌为主，对照组以粪杆菌和厌氧菌为主（图5D）。

图5、治疗前亚组、治疗后亚组和对照组肠道微生物群的多样性和相对丰度。（A）三组α多样性指数的比较。（B）基于Bray-Curtis距离的三组之间的PCoA。（C）直方图显示了丰度排名  的门（左）和 15的属（右）。（D）LEfSe分析。D：治疗前亚组，S：治疗后亚组，J：对照组。

基于KEGG的三组代谢途径比较

使用方差分析确定了第3级水平的KEGG途径，共有21个显著不同的途径。t检验显示治疗前亚组和对照组之间的19条途径差异，治疗前亚组和治疗后亚组之间的16条途径以及治疗后亚组和对照组之间的6条途径存在显著差异（图6A-C）。分析发现，与丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢和柠檬酸盐循环（TCA循环）相关的途径主要导致三组之间的差异。治疗前亚组的儿童表现出某些基因的上调（图6D，E）。

图6、基于三组成对比较的第3级代谢途径分析。（A）治疗前亚组与对照组的比较。（B）治疗前亚组和治疗后亚组之间的比较。（C）治疗后亚组与对照亚组之间的比较。（D、E）分别是丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢和柠檬酸盐循环（TCA循环）的差异。D：治疗前亚组，S：治疗后亚组，J：对照组。

研究结论

与对照组相比，粪杆菌、柯林斯菌、志贺氏菌、链球菌和巨单胞菌的相对丰度与局灶性癫痫患者存在着显著差异。治疗前后微生物群落差异显著，有效治疗者肠道菌群变为健康儿童，说明治疗效果可能与肠道菌群变化有关。有效单药治疗后，差异减少，碳水化合物代谢改善。

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