AI指导的多组学微生物组调控改善难治性炎症性肠病的临床与炎症指标:一项真实世界研究AI-Guided Multi-Omic Microbiome Modulation Improves Clinical and Inflammatory Outcomes in Refractory IDB: A Real-World Study

环球医讯 / 硒与微生态来源:www.mdpi.com罗马尼亚 - 英语2026-01-01 22:41:13 - 阅读时长21分钟 - 10293字
本研究评估了AI指导的多组学微生物组调控方案对358名难治性炎症性肠病患者的疗效,结果显示三个月干预后患者排便频率显著降低,紧迫感和直肠出血在91.3%的患者中得到解决,超70%患者自评"明显改善";炎症标志物高敏C反应蛋白和粪便钙卫蛋白在85%以上病例中正常化,铁和锌等微量营养素缺乏得到改善,普氏粪杆菌、长双歧杆菌和嗜粘蛋白阿克曼菌等有益菌群显著增加,证明了基于人工智能的个性化微生物组调控可通过靶向微生物、代谢和免疫失衡实现临床改善,为难治性炎症性肠病提供了一种安全有效的非药物辅助治疗新策略,其效果甚至优于传统生物制剂治疗的历史数据,值得在随机对照试验中进一步验证。
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AI指导的多组学微生物组调控改善难治性炎症性肠病的临床与炎症指标:一项真实世界研究

摘要

炎症性肠病(IBD)在经历多线治疗失败的患者中仍然难以管理,越来越多的证据表明肠道微生物组的改变导致了持续症状和炎症活动。本研究评估了一项为期三个月的、AI指导的、个性化的多组学微生物组调控方案在成人难治性IBD患者中的应用。通过人工智能平台整合基线粪便宏基因组测序、血液生物标志物、微量营养素检测和临床数据,生成个性化的方案,包括饮食调整、靶向合生元、选择性抗菌药物和微量营养素纠正。三个月后重新评估临床结果、炎症标志物和微生物特征。在358名参与者中,排便频率从基线的每天8.87±2.05次显著降低至第3个月的2.76±1.11次,平均减少6.11次/天(p<0.001);紧迫感和直肠出血在327名患者(91.3%)中得到解决;超过70%的患者报告"明显改善"的整体状况。炎症生物标志物显示显著正常化,超过85%的病例观察到高敏C反应蛋白(hs-CRP)和粪便钙卫蛋白的降低。微量营养素缺乏,特别是铁和锌,也得到改善,有益的微生物类群如普氏粪杆菌(Faecalibacterium prausnitzii)、长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)和嗜粘蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila)显著增加。这些发现表明,个性化的多组学微生物组调控可能通过靶向微生物、代谢和免疫失衡而非仅针对症状,支持具有临床意义的改善。虽然结果令人鼓舞,但仍需在随机对照研究中确认。

关键词:

炎症性肠病(IBD);多组学;肠道微生物组调控;人工智能指导治疗;免疫代谢;微生物组-免疫相互作用;个性化医疗;短链脂肪酸产生菌

1. 引言

炎症性肠病(IBD),包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD),仍然是一种复杂的慢性疾病,其特征是不可预测的复发、进行性肠道损伤和生活质量显著下降。在过去几十年中,其全球患病率稳步上升,将IBD从区域性问题转变为全球公共卫生问题。患者通常面临终身治疗、反复住院和沉重的心理社会负担,而医疗系统则必须承担与慢性管理相关的日益增长的经济成本。

尽管治疗选择已从皮质类固醇和免疫调节剂发展到生物制剂,再到最近的小分子抑制剂,但长期疾病控制对许多人来说仍然难以实现。相当比例的患者对生物制剂表现出原发性无应答,而其他患者则随时间逐渐失去疗效。即使达到临床缓解,残留的黏膜炎症或亚临床活动也经常持续存在。此外,慢性免疫通路抑制伴随着记录在案的风险,包括感染和全身并发症。这些现实凸显了当前治疗范式的局限性:大多数可用疗法作用于下游,针对炎症而非其根本生物学驱动因素。

近年来,关注点 increasingly转向肠道微生物组——一个由细菌、真菌、病毒和古菌组成的动态生态系统——作为IBD发病机制的核心参与者。微生物多样性和代谢功能的改变,统称为菌群失调,导致免疫激活、上皮屏障破坏和慢性黏膜损伤。肠道微生物组失调通过多种相互关联的机制促成IBD炎症的启动和持续。微生物多样性的减少和有益共生菌的耗竭,损害了短链脂肪酸(特别是丁酸盐)的产生,而丁酸盐对上皮能量代谢、紧密连接完整性的维持和抗炎免疫信号传导至关重要。同时,促炎病原体的扩增增加了管腔抗原负荷,促进上皮黏附和易位,并放大先天性和适应性免疫激活。这种失调的宿主-微生物组相互作用建立了一个自我延续的循环,导致屏障功能障碍、免疫刺激和持续的黏膜炎症,即使在没有明显临床疾病活动的情况下也是如此。

多项研究表明,IBD患者体内有益细菌物种如普氏粪杆菌和双歧杆菌属水平降低,而肠杆菌科等促炎物种则扩增。这些改变不仅仅是描述性的,而且具有功能相关性,因为如普氏粪杆菌等短链脂肪酸产生共生菌的耗竭与上皮屏障完整性受损、抗炎信号减少和黏膜免疫激活增加相关。相反,肠杆菌科的扩增与IBD中增强的氧化应激、上皮黏附和炎症级联持续存在相关联。虽然这些发现加深了我们对疾病机制的理解,但将其转化为有效的、患者特异性的治疗仍然具有挑战性。

饮食干预、益生菌或粪便微生物群移植等传统方法产生了不同的结果,主要归因于微生物组成和宿主反应的个体间巨大变异性。具体而言,这些研究表明,标准化的饮食模式、益生菌配方或依赖供体的微生物群转移方案通常无法考虑基线微生物异质性、功能性代谢差异和宿主免疫背景。因此,相同的干预可能在某些个体中诱导有益的微生物变化,而在其他人中保持中性甚至加剧菌群失调。这种变异性凸显了非个性化微生物组干预的局限性,并强调了需要基于基线微生物组和宿主特异性特征的个性化策略。对一名患者有益的相同干预可能对另一患者无效甚至有害。因此,微生物组中心治疗的未来不在于标准化方案,而在于由精确生物数据指导的个性化调节。

宏基因组测序和多组学分析(包括血液代谢组学、细胞因子分析和微量营养素绘图)的进步现在允许对每位患者的微生物和宿主景观进行高分辨率视图。然而,整合和解释这些大型数据集需要能够揭示可操作模式的高级计算方法。人工智能(AI)恰恰提供了这种能力,能够将不同的组学层与临床和生活方式数据融合,设计量身定制的干预措施。

本研究通过采用AI驱动的多组学个性化框架来构建这一概念,用于IBD中的微生物组调节。使用NostraBiome平台,将基线粪便宏基因组和血液生物标志物与患者病史整合,生成个性化的方案,包括饮食调整、靶向合生元、选择性抗菌药物和微量营养素纠正。

该研究旨在量化三个月干预后的临床改善、炎症活动变化和生活质量提升。除了验证这种整合模型的有效性外,我们的发现还提供了早期证据,表明个性化的微生物组调节(当由多组学数据和AI指导时)可能代表一种可行且可扩展的常规IBD管理辅助手段。

2. 结果

所有预先设定的研究目标均已实现,在三个月的个性化、AI指导的微生物组调节后,临床、生化和微生物组领域的改善一致。这些发现证实了一致的治疗效益,超出了症状控制的范围,反映了更深层次的代谢和免疫平衡。研究期间未记录到任何不良事件。

该研究纳入了一个患有中重度难治性IBD的成年队列。该队列在年龄、性别和身体质量指数方面代表了均衡的人群,大多数患者有接触多种先前治疗方案的历史,包括生物制剂和皮质类固醇。研究人群的基线人口统计学和临床特征总结在表1中。

经过三个月的AI指导、个性化的微生物组调节后,患者在肠道功能和整体临床状况方面表现出显著改善。

具体而言,平均排便频率从基线的每天8.87±2.05次降至第3个月的2.76±1.11次,平均减少6.11次/天(p<0.001)。紧迫感和直肠出血在358名患者中的327名(91.3%)中得到解决,表明这些关键临床症状近乎完全正常化。总体而言,超过70%的患者将他们的临床状况评定为"明显改善"。排便频率从基线显著下降,伴随粪便一致性正常化,大多数参与者的直肠出血和紧迫感得到解决。总体临床反应被大多数患者评定为"明显改善",表明一致的治疗反应和快速症状稳定。详细的临床结果指标见表2。

炎症活动的减少与整个队列中观察到的临床改善密切相关。系统性和肠道生物标志物均表明到第3个月时炎症负担得到有效抑制和黏膜平衡恢复。同时,相当大比例的患者表现出基线微量营养素缺乏的纠正,反映了吸收和代谢功能的改善。个性化微生物组干预后炎症生物标志物和微量营养素缺乏的详细变化总结在表3中,并在图1和图2中进行了说明。

图1展示了炎症性肠病患者经过三个月AI指导的多组学微生物组调节后在主要领域观察到的多维度改善。每个轴代表一个关键治疗结果——肠道控制、炎症活动(hs-CRP和粪便钙卫蛋白)、微量营养素正常化(维生素和矿物质)以及生活质量(QoL)。值在0到1之间归一化,较大的表面积表示跨领域的整体恢复和平衡改善。

图2展示了关键临床变量、炎症生物标志物和微量营养素参数在3个月个性化微生物组调节计划前后的Pearson相关系数。显著的正相关(黄色)表明跨领域如排便频率减少、钙卫蛋白和hs-CRP正常化以及紧迫感和出血解决的一致改善。负相关(紫色/蓝色)反映了基线异常与干预后恢复之间的反向关系。这种多维模式突显了炎症控制、代谢纠正和临床缓解在难治性IBD中的相互关联性质。

图3展示了根据SIBDQ报告的患者报告结果的分布。经过三个月的干预,大多数参与者报告生活质量"明显改善",只有少数人报告最小或无变化。这些结果表明,生物改善伴随着感知健康和日常功能的增强。

表4总结了与肠道稳态和抗炎活性相关的关键共生细菌物种丰度的分类改善。每个分类群基于三个月AI指导的多组学微生物组调节后的序数变化(低→正常→高)进行评估。观察到长双歧杆菌、普氏粪杆菌和肠道罗斯伯里亚菌的显著增加,这些都是已知的短链脂肪酸产生菌,支持黏膜愈合和免疫调节。

图4显示了基线和三个月AI指导的多组学微生物组调节后关键有益分类群的序数丰度。每个点代表平均序数丰度评分(0=低,1=正常,2=高),气泡大小与平均相对丰度成正比。所有报告的分类群变化在假发现率(FDR)校正后均具有统计学意义(q<0.05),证实了观察到的微生物变化的稳健性。短链脂肪酸产生物种如普氏粪杆菌、长双歧杆菌、肠道罗斯伯里亚菌和嗜粘蛋白阿克曼菌丰度的增加表明微生物组修复和代谢恢复,这与临床和炎症改善一致。

3. 讨论

我们的发现表明,个性化的AI指导微生物组调节与难治性IBD中具有临床意义和生物学连贯性的改善相关。症状缓解、生物标志物正常化和有益分类群变化共同支持一种机制,即跨微生物、免疫和代谢轴的肠道生态系统稳态的上游恢复。

在我们队列中观察到的改善幅度对于一个已经失败多种先前疗法的人群来说是显著的。溃疡性结肠炎的关键英夫利昔单抗试验(ACT 1和ACT 2)在第8周报告了34-39%的临床缓解率,而阿达木单抗诱导研究(ULTRA 2)显示16-21%的患者达到缓解。相比之下,我们队列中超过70%的参与者描述自己在三个月AI指导的微生物组调节后"明显改善"。重要的是,这些结果是在没有系统性免疫抑制的情况下实现的,突显了基于微生物组的疗法作为安全、非药物性标准护理辅助手段的潜力。

对替代IBD疗法的需求源于当前免疫抑制治疗的关键局限性,包括原发性和继发性无应答、不完全黏膜愈合和长期安全性问题。此外,这些方法没有解决上游贡献因素,如菌群失调、上皮屏障损伤和免疫代谢功能障碍,支持探索针对微生物组的策略。

先前关于IBD中饮食或益生菌干预的研究产生了温和或不一致的效果。标准益生菌(如大肠杆菌)的随机试验主要在轻度溃疡性结肠炎中显示出益处,对克罗恩病或难治性表型影响甚微。相比之下,我们的数据显示在UC和克罗恩病亚组中均表现出相当的改善,支持这样一种观点:基于宏基因组和生化数据的个性化调节可以克服限制通用微生物组疗法的个体间变异性。

临床和生物化学指标的一致改善与涉及免疫再校准和上皮修复的机制一致。短链脂肪酸产生共生菌(如普氏粪杆菌、长双歧杆菌、肠道罗斯伯里亚菌)的扩增以及嗜粘蛋白阿克曼菌的增加支持改善的屏障功能和免疫调节,这与先前与黏膜愈合和降低复发风险相关的研究一致。

炎症正常化(特别是超过85%患者hs-CRP和粪便钙卫蛋白的减少)为这一机制提供了生物化学验证。先前使用粪便微生物群移植(FMT)的研究报告了钙卫蛋白更温和的减少,通常是短暂的并依赖于供体兼容性。我们研究中可重现的生物标志物反应表明个性化调节可能比经验方法实现更一致的生物标志物改善。

我们队列中观察到的炎症生物标志物和临床症状的平行改善与IBD中的治疗目标框架一致,其中生物标志物正常化预期伴随(并经常先于)持续的症状控制和黏膜恢复。粪便钙卫蛋白是肠道中性粒细胞性炎症的敏感标志物,与症状负担和患者报告结果(包括排便频率、紧迫感和直肠出血)反复相关;因此,钙卫蛋白水平的下降为临床上有意义的改善提供了客观支持,而不仅仅是症状波动。同样,由hs-CRP反映的系统性炎症的减少与炎症活动减少和对治疗有反应的患者疾病负担持续风险降低相关。在我们的研究中,粪便钙卫蛋白和hs-CRP的高正常化率与紧迫感和直肠出血的解决以及排便频率的显著减少同时发生,强化了症状恢复和炎症控制之间的生物学连贯性,这在先前的纵向分析和指南驱动的治疗目标方法中有描述。

除了黏膜愈合外,代谢恢复似乎也发挥了作用。维生素和矿物质缺乏的正常化意味着改善的营养吸收和减少的炎症消耗,两者都可能是上皮修复的结果。微生物代谢和宿主微量营养素状态之间的相互作用有充分记录:短链脂肪酸产生菌促进矿物质生物利用度,而双歧杆菌有助于内源性B族维生素的合成。我们研究中这些参数的平行正常化突显了微生物组-代谢组轴在维持黏膜和全身健康方面的综合性质。

本研究的一个独特优势在于其结果的多维连贯性。雷达和相关分析显示,肠道控制、炎症负担、微量营养素平衡和生活质量的改善同时发生,表明该干预实现了系统性而非孤立的效果。这种综合模式将微生物组调节与常规免疫抑制疗法区分开来,后者通常产生生物化学缓解而没有完全的症状或代谢恢复。值得注意的是,客观的炎症改善与患者报告的生活质量提升一致,支持跨领域的临床相关恢复。

这里报告的治疗结果与其他针对IBD的微生物组靶向方法相比更有利。FMT虽然概念上相似,但受限于供体变异性、定植不稳定性以及操作侵入性。饮食排除方案和富含纤维的方案显示出温和的改善,但难以维持且缺乏精确性。相比之下,本研究中采用的AI策划的多组学策略将组学分析的机制深度与个性化设计的适应性相结合。通过不断整合宏基因组、生化和症状数据,这种方法模仿了一种"动态疗法",根据患者反应动态调整,这是对静态营养或益生菌处方的进步。

我们的发现与最近的整合营养和精准医学研究数据一致,这些研究强调需要根据微生物和代谢特征个性化微生物组干预。例如,Zeevi等人(Cell, 2015)证明,对相同食物的个体血糖和炎症反应高度可变且依赖微生物组。在IBD治疗结果中观察到的显著异质性可能遵循类似的逻辑:对一名患者加剧菌群失调的因素可能在另一名患者中恢复平衡。利用人工智能解释这些复杂相互作用并指导适应性干预代表了慢性炎症疾病管理的范式转变。

这些结果突显了精准微生物组医学作为标准IBD治疗安全有效补充的潜力。在已经耗尽多种药物选择的队列中,没有不良事件和高依从率特别令人鼓舞。在UC和CD亚型中的改善表明该策略针对共同的病理生理途径,即上皮完整性、微生物多样性以及代谢-免疫串扰,而非疾病特异性免疫介质。

重要的是,这种整合模型重新定义了如何概念化IBD中的治疗成功。这种方法与越来越多的文献一致,这些文献提出微生物组不仅是疾病活动的生物标志物,而且是缓解或复发的主动驱动因素。通过利用多组学数据和AI个性化干预,本研究提供了真实世界证据,表明针对生态恢复可能有助于难治性IBD的临床和生化改善。

从更广泛的病理生理学角度来看,这些发现支持IBD从根本上是一种宿主-微生物组共生中断的疾病的假设。菌群失调、上皮损伤、免疫激活和进一步菌群失调的慢性循环形成一个自我维持的循环,使炎症持续存在。这里呈现的结果表明,个性化微生物组调节可以在多个点中断这一循环:通过重新引入有益物种、增强屏障功能、减少管腔抗原负荷以及恢复代谢和谐。这些观察结果共同支持精准微生物组调节作为难治性IBD的一种合理辅助策略,值得在具有内镜终点和更长随访的随机对照试验中确认。

优势、局限性和未来方向

本研究代表了迄今为止对炎症性肠病患者AI指导的多组学微生物组调节计划进行的最大规模真实世界分析之一。其主要优势包括在精准框架内对宏基因组、生化和临床数据的综合整合,以及在独立领域(临床、炎症、营养和微生物)观察到的一致改善,这为研究结果提供了内部有效性和生物学合理性。高分辨率多组学分析和持续AI驱动的适应性允许在难治性IBD人群中实现有意义的个性化水平。此外,没有严重不良事件和高依从率强化了这种精准医学模型在真实世界环境中的安全性和可行性。

然而,必须承认几个重要局限性以确保对结果的透明解释。

首先,这是一项单臂、开放标签研究,没有随机对照组或安慰剂对照。因此,无法建立因果推断,三个月期间观察到的改善可能部分反映非特异性因素,包括回归均值、由于数字监测而增加的患者参与度或期望效应。尽管临床、生化和微生物变化的幅度和连贯性明显表明真正的生物信号,但需要对照研究来确认这一点。

其次,缺乏盲法引入了潜在的绩效和报告偏倚,因为参与者知道正在接受主动干预。虽然数字自我报告工具对于纵向跟踪很有价值,但也可能受到回忆偏倚和社会期望效应的影响。此外,队列可能代表了一个自我选择的、数字素养高的人群,他们有动力追求非药物疗法,这可能限制对更广泛IBD人群的普遍性。

第三,尽管AI平台(NostraBiome)整合了各种组学和临床层,但算法的内部参数、特征权重和决策阈值仍然是专有的,并且在本研究中未经独立审核。这种算法透明度和外部验证的缺乏限制了可重复性,并阻止了对如何得出个体建议的充分机制理解。

第四,虽然炎症和生化生物标志物是客观测量的,但未包括内镜和组织学终点,无法直接评估黏膜愈合。三个月的随访窗口虽然足以进行初步验证,但不能提供对长期持久性、复发预防或微生物重构可持续性的洞察。此外,某些微生物结果被报告为分类的(改善vs未改善)而非定量的,可能低估了微妙的生态变化。

最后,尽管有密切的数字监测,但不能完全排除处方计划外的轻微饮食或生活方式变化、未报告的补充剂使用或环境暴露等混杂影响。

基于这些发现,下一步是启动一项随机、双盲、对照临床试验,以验证AI指导的多组学微生物组调节在IBD中的有效性和机制基础。这样的研究应将这种个性化方法与标准护理药物方案和非个性化微生物组干预(如固定益生菌或饮食方案)进行比较。除了临床结果外,该试验将旨在评估客观的内镜和组织学愈合、免疫和代谢通路调节以及在延长的12-24个月随访期内缓解的持久性。

这一未来的验证工作将提供必要的因果证据,以建立个性化微生物组调节作为精准IBD管理中科学合理且临床可行的组成部分。

未来的研究应通过精心设计的随机对照试验建立在这些发现的基础上,这些试验将机制调查与临床终点并行整合。此类研究应旨在阐明将微生物组调节与免疫、代谢和上皮反应联系起来的因果通路,而不仅仅是依赖关联性临床结果。纵向多组学取样(包括宏基因组学、代谢组学、转录组学和宿主免疫分析)的整合将至关重要,以识别个性化微生物组干预反应的预测性、预后性和潜在靶向生物标志物。

重要的是,未来的研究应超越物种水平的分类分辨率,研究菌株水平的微生物变化。有益和潜在促炎菌株的全基因组测序和功能注释将至关重要,因为同一物种内的不同菌株可能对宿主免疫、上皮完整性和代谢信号传导产生明显不同的生物学影响。菌株水平的表征将能够更精确地识别功能相关的微生物,并可能促进针对个体宿主-微生物组相互作用的下一代微生物组治疗的开发。

4. 材料和方法

4.1. 研究设计和研究人群

这是一项真实世界、非随机探索性研究,旨在生成初步临床和生物学见解,而非建立因果关系。

这项工作是一项前瞻性、单臂、开放标签验证研究,旨在评估AI指导的多组学个性化微生物组调节计划对IBD患者的临床和生化影响。

研究包括3个月的主动干预期,随后是1个月的安全随访。

详细的纳入(表5)和排除标准(表6)旨在确保临床同质的难治性IBD队列,避免混杂的炎症或感染过程。它们还保证了多组学和数字数据集的方法学一致性和数据完整性,同时保护参与者安全和符合伦理。

4.2. 基线多组学评估

在基线时,每位参与者接受了包括以下内容的综合生物学和数字评估:

  • 使用Illumina NovaSeq技术进行粪便宏基因组测序,包括全面的分类学、功能和耐药组注释。
  • 血液生物标志物分析,包括高敏C反应蛋白(hs-CRP)和靶向微量营养素面板(维生素B12、维生素D、铁、锌、钙)。
  • 通过结构化在线问卷进行的数字生活方式和症状评估,捕获病史、饮食习惯、药物暴露和先前发作模式。

4.3. AI驱动的个性化干预

个性化干预由NostraBiome微生物组智能技术平台指导,这是一个基于人工智能的多组学分析系统,为综合微生物组解释而开发。该平台结合宏基因组测序、代谢组学和转录组学分析以及临床生物标志物数据,为每位患者生成个性化治疗建议。

NostraBiome算法采用监督机器学习模型(具有集成特征选择的梯度提升决策树),在大规模、策划的知识库上训练,该知识库包含超过一百万个科学来源、临床出版物和验证的医学输入,先前与微生物组相关临床结果相关联。该模型能够识别炎症微生物组特征,如病原体(脆弱拟杆菌、艰难梭菌、大肠杆菌)的过度表达和有益类群(普氏粪杆菌、嗜粘蛋白阿克曼菌)的耗竭。

4.4. 数据收集和监测

参与者通过集成在移动应用程序中的安全数字日记记录每日肠道习惯。条目包括排便频率、布里斯托尔粪便量表分类、可见血液的存在和紧迫感。

在3个月访视时,重新收集粪便和血液样本进行再分析,并重新评估所有患者报告的结果和生活质量评分。在整个研究期间积极监测不良事件。

最终干预计划通常包括:

  • 精准饮食指导,调整宏量营养素比例并排除患者特异性促炎食物。
  • 定制合生元配方,由针对增强有益微生物功能选择的菌株水平益生菌和益生元纤维组成。
  • 仅在病原体特征超过定义阈值时应用的靶向抗菌药物或噬菌体疗法。
  • 通过基线多组学评估确定的微量营养素缺乏的纠正。

4.5. 结局测量

主要终点是从基线到第3个月的复合肠道控制指数的变化,该指数结合了排便频率、粪便一致性和可见血液的存在或不存在。

次要终点集中在更广泛的临床和生理改善标志上。具体而言,研究评估了炎症生物标志物的动态变化,包括高敏C反应蛋白(hs-CRP)和粪便钙卫蛋白,作为炎症负担的客观测量。此外,我们评估了基线确定的微量营养素缺乏的正常化,反映了改善的代谢和吸收平衡。最后,通过短炎症性肠病问卷(SIBDQ)和胃肠道症状群集(如腹胀、腹痛和过多气体)的变化捕获以患者为中心的结果,提供了干预期间生物和生活质量改善的综合视图。

探索性目标涉及通过机器学习模型整合多组学数据集,以识别反应的分子预测因子和机制微生物特征。

4.6. 统计分析

使用GraphPad Prism 10.0版(GraphPad Software, San Diego, CA, USA)和MedCalc统计软件22.015版(MedCalc Software Ltd., Ostend, Belgium)进行统计分析。

连续变量总结为均值±标准差(SD)(用于正态分布数据)或中位数和四分位距(IQR)(用于非正态分布变量)。

使用Shapiro-Wilk检验评估正态性。对于基线和3个月随访之间的成对比较,对正态分布变量应用配对t检验,而对非参数数据使用Wilcoxon符号秩检验。使用卡方检验或Fisher精确检验(视情况而定)分析分类变量。使用Pearson或Spearman相关系数评估临床、生化和微量营养素参数之间的相关性,并在GraphPad Prism中可视化相关矩阵。使用MedCalc中的重复测量ANOVA和线性回归模型进一步评估炎症和生化标志物的变化,以考虑个体内变异性。

在R 4.3.1版中使用专用包(vegan, ALDEx2)分别进行差异微生物组丰度和群落结构分析(PERMANOVA, ALDEx2)。

所有统计检验均为双尾,p值<0.05(或多组学分析的FDR校正q<0.05)被认为具有统计学显著性。

4.7. 伦理考量

该研究根据《赫尔辛基宣言》的原则进行,并获得蒂米什瓦拉"皮乌斯布林泽乌"县急诊临床医院伦理委员会的批准(批准号43/2024年12月17日)。所有参与者在纳入前提供知情同意。由独立医师每月进行安全监测,所有患者数据均完全匿名化,并使用AES-256加密云基础设施存储。

5. 结论

本研究表明,AI指导的多组学微生物组调节与治疗难治性炎症性肠病患者的一致且具有临床意义的改善相关。在为期三个月的干预期间,患者经历了肠道功能的显著正常化、炎症生物标志物的显著减少和微量营养素谱的改善,伴随着生活质量的提高和有益微生物类群的恢复。

症状恢复、生物化学正常化和微生物恢复之间的一致性表明,这种个性化干预通过上皮修复、免疫调节和代谢再平衡的综合机制发挥作用,而不仅仅是症状控制。UC和CD亚组之间的平行改善进一步支持了该方法的稳健性和普遍性。

这些发现提供了真实世界证据,表明精准微生物组调节可以在不使用系统性免疫抑制的情况下,在难治性IBD中实现可测量的临床、生化和微生物学缓解。通过恢复宿主-微生物组平衡,该策略为补充并可能增强常规IBD管理的新数据驱动治疗范式奠定了基础。

该干预导致关键有益类群的显著增加,包括普氏粪杆菌、长双歧杆菌、嗜粘蛋白阿克曼菌和肠道罗斯伯里亚菌,它们通过在上皮屏障维持、免疫调节和短链脂肪酸产生中的作用而在IBD病理生理学中处于核心地位。这些微生物组变化为观察到的临床和炎症改善提供了机制支持。

【全文结束】

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