血液能否揭示粪便样本遗漏的肠道相关疾病的迹象？研究人员比较了血液和粪便中的微生物代谢物，以调查哪些测量结果可以为结直肠癌、乳糜泻和肥胖提供更清晰的线索。
研究：超越粪便：循环短链脂肪酸可以更好地预测人类肠道相关疾病。图片来源： 新非洲 / Shutterstock
在最近发表的一项研究中 QJM：国际医学杂志研究人员比较了血清和粪便短链脂肪酸的诊断性能（短链脂肪酸）用于区分结直肠癌、乳糜泻、肥胖和健康对照的概况。
肠道微生物群在维持宿主健康方面发挥着关键作用。微生物代谢物的产生是肠道微生物群影响宿主生理的核心机制之一。 SCFA，例如乙酸盐、丁酸盐和丙酸盐，以及支链脂肪酸异戊酸盐、2-甲基丁酸盐和异丁酸盐，是研究最多的微生物代谢物。
粪便 SCFA 作为非侵入性生物标志物已被广泛研究；据报道，代谢和胃肠道疾病（包括结直肠癌）中粪便 SCFA 谱发生改变。CRC）、乳糜泻（光盘）、炎症性肠病和肥胖（产科）。 SCFA 的系统层面的研究相对较少。这很重要，因为大部分短链脂肪酸在结肠吸收后进入体循环。
关于该研究
在本研究中，研究人员比较了血清和粪便 SCFA 谱的诊断性能。该分析使用了之前从 CRC、OB 和 CD 患者以及健康对照中收集的临床数据和样本（碳氢化合物）在意大利佛罗伦萨。如果受试者怀孕或最近产后，在入组前两个月内接受过营养干预或影响食物摄入、体重或能量消耗的药物，或使用过抗生素、合生元、益生菌或益生元，则被排除在外。
进行问卷调查以了解饮食习惯。在诊断时、治疗前收集全血和粪便样本，并使用气相色谱-质谱法对血清和粪便 SCFA 进行定量。进行 Kruskal-Wallis 检验以评估血清和粪便 SCFA 的组间差异，并使用 Dunn 检验进行配对比较。主成分分析（主成分分析）旨在探索 SCFA 数据集的多元结构。
研究人员使用多类机器学习模型来评估血清 SCFA 数据集、粪便 SCFA 数据集或组合数据集区分 OB、CRC、CD 和 HC 组的能力。模型根据 80% 的数据进行训练，并使用剩余 20% 的数据以及内部验证程序进行评估。研究人员使用 夏普 和 酸橙 分析以确定哪些脂肪酸对模型的预测影响最大。最后，使用回归模型评估血清和粪便 SCFA 之间的关系。
发现
该研究包括 35 名 CD 患者、30 名 CRC 患者、33 名 OB 患者以及 95 名 HC 患者。所有CRC患者均患有非转移性结肠癌，所有OB患者的体重指数≥30 kg/m²，所有CD患者均患有绒毛萎缩。对血清和粪便样本中的七种 SCFA 进行了定量：乙酸、丁酸、异戊酸、异丁酸、丙酸、戊酸和 2-甲基丁酸。 PCA 显示血清和粪便 SCFA 的群体分离，在血清中更为明显；多变量测试证实了两个数据集的显着差异。
粪便 SCFA 模型在保留测试集中的总体分类准确率为 59%；它正确识别了大约 63% 的 HC、57% 的 OB 或 CD 患者以及 50% 的 CRC 患者。血清 SCFA 模型达到了非常高的准确度 (95%)，一些 CD 测试样本被错误分类为 CRC。血清-粪便 SCFA 组合模型的准确度略微提高至 97%。研究人员随后检查了哪些循环脂肪酸对模型对每个诊断组的预测贡献最大。对血清 SCFA 数据集的 SHAP 分析确定戊酸、丙酸、2-甲基丁酸和异戊酸是对 CD 预测最有影响力的 SCFA。
对于 CRC 预测，2-甲基丁酸、异戊酸、异丁酸和戊酸是最有影响力的特征。 OB 分类的主要贡献者是 2-甲基丁酸、丙酸、戊酸和乙酸。对于 HC，最强的贡献者是戊酸和丙酸。血清数据集的 LIME 分析提供了对单个 SCFA 的方向贡献的补充见解。
异丁酸对 CRC 预测有正向贡献，而戊酸、异戊酸和 2-甲基丁酸有负向贡献。在 CD 分类中，异丁酸、戊酸、丙酸和丁酸的贡献均为负。对于OB，丙酸有负贡献，而异丁酸、异戊酸和2-甲基丁酸有正贡献。
在HC分类中，戊酸具有负贡献，而丙酸、2-甲基丁酸和异丁酸具有正贡献。这些贡献描述了模型如何对样本进行分类；他们没有确定这些酸的因果影响。还对粪便和组合数据集进行了 SHAP 和 LIME 分析，得到了较低的特征重要性值。这些特征归因的差异并没有改变组合模型稍高的分类精度。
最后，观察到血清和粪便 SCFA 之间的弱预测关系，并且粪便特征无法预测研究预定义的性能阈值下的血清浓度，这表明这两个生物区室提供了互补的、非冗余的信息。
结论
在区分 HC 和 CD、OB 和 CRC 患者方面，血清 SCFA 谱优于粪便 SCFA。将粪便 SCFA 添加到基于血清的模型中，准确性略有提高，表明血清 SCFA 捕获了该队列中的大部分分类信息。戊酸、丙酸、异戊酸和 2-甲基丁酸是基于血清 SCFA 分类的最有信息贡献者。这些结果表明，血清 SCFA 可能比粪便 SCFA 更好地反映疾病相关的变化。粪便测量对于研究肠道微生物活动仍然有用，并且两种样本类型提供了不同的生物信息。
该研究规模较小，血清模型的准确性是根据大约 39 名参与者的测试样本来估计的。各组之间年龄、体重指数和其他特征的显着差异可能会影响结果。在将血清 SCFA 分析视为临床诊断测试之前，需要更大的、独立招募的队列。
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