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炎症性肠病（IBD）与肠道微生物群组成变化及预测的微生物功能变化相关，这些变化可能与肠道免疫过程有关。本研究比较了 IBD 患者与健康对照者的肠道微生物群特征，并考察了预测的微生物通路及其与细菌属的关联。研究分析了公开的 16S rRNA 扩增子测序数据，共涉及 22 份粪便样本（11 份来自 IBD 患者，11 份来自健康对照者）。研究开展了分类学分析、多样性分析、差异丰度检验及基于 PICRUSt2 的功能预测。采用 Spearman 相关分析和 Cytoscape 软件考察微生物与通路之间的关联。扩展分析将差异丰度与机器学习特征重要性相结合，以筛选优先候选菌属；评估了由三个菌属构成的特征组合；在独立数据集中验证了部分研究结果；并比较了预测的发酵相关通路和乙酸相关通路。IBD 组的 α 多样性显著较低（Shannon 指数，p = 0.003）；Bray–Curtis 主坐标分析（PCoA）显示两组主要沿 PC1 分离（PERMANOVA 伪 F = 6.125，p < 0.001），但这种分离可能部分反映了数据来源队列之间的差异。在检测的 186 个菌属中，DESeq2 鉴定出 44 个丰度显著差异的菌属（FDR 校正后 p < 0.05）；与健康对照组相比，其中 32 个菌属在 IBD 组中丰度较低，12 个丰度较高；这 44 个菌属中有 27 个仅在其中一个组中检出。PICRUSt2 预测了脂多糖和肽聚糖生物合成通路；对通路丰度按测序深度进行标准化后，Spearman 分析鉴定出 84 个显著的微生物—通路关联，其中 47 个与脂多糖生物合成相关（44 个为正相关；rho 最高达 0.90）另有37个属与肽聚糖生物合成相关（33个呈负相关；rho最低为−0.82）。通过整合生物标志物分析，优先筛选出5个属。由3个属构成的联合特征集取得了0.959的ROC-AUC。外部验证仅针对双歧杆菌开展，其丰度变化方向与发现阶段的分析结果一致。在考察的两条短链脂肪酸相关通路中，预测的乙酸相关通路（由乙酸进行的产甲烷作用）在IBD组中较低（FDR = 0.002），而预测的发酵通路在组间差异无统计学意义（FDR = 0.076）。这些发现综合呈现了IBD中的微生物组成及其预测的功能潜力。鉴于样本量较小、IBD组与对照组样本在队列特征和测序特征方面存在差异、外部验证有限，且分析依赖预测功能而非直接测量的功能，研究结果仍属探索性发现，需在更大规模的独立队列中进一步验证，并通过直接功能分析或代谢组学分析加以确认。
肠道微生物群、预测通路及炎症性肠病候选生物标志物的 16S rRNA 综合生物信息学分析 | bioRxiv
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肠道微生物群、预测通路及炎症性肠病候选生物标志物的 16S rRNA 综合生物信息学分析
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Natarajan
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摘要
炎症性肠病（IBD）与肠道微生物群组成及预测的微生物功能变化有关，而这些变化可能与肠道免疫过程相关。本研究比较了 IBD 患者与健康对照者的肠道微生物群特征，并考察了预测的微生物通路及其与细菌属的关联。
本研究分析了公开可用的 16S rRNA 扩增子测序数据，共涉及 22 份粪便样本（11 份来自 IBD 患者，11 份来自健康对照者）。研究开展了分类学谱系分析、多样性分析、差异丰度检验以及基于 PICRUSt2 的功能预测。采用 Spearman 相关分析和 Cytoscape 考察微生物与通路之间的关联。扩展分析整合了差异丰度与机器学习特征重要性，以筛选优先候选菌属，并评估了一项
三属特征组合；在独立数据集中评估选定结果，并比较预测的发酵及乙酸相关通路。
IBD组的α多样性显著较低（Shannon指数，p = 0.003）。Bray–Curtis主坐标分析（PCoA）显示两组主要沿PC1分离（PERMANOVA伪F = 6.125，p < 0.001），但这种分离可能部分反映了样本来源队列之间的差异。在测试的186个属中，DESeq2鉴定出44个丰度存在显著差异的属（FDR校正后p < 0.05）；与健康对照组相比，IBD组中有32个属丰度较低，12个属丰度较高，其中27个属仅在两组中的一组检出。PICRUSt2预测了脂多糖和肽聚糖生物合成通路；对通路丰度按测序深度进行标准化后，Spearman分析共鉴定出84个显著的微生物—通路关联，其中47个与脂多糖生物合成相关（44个为正相关；rho最高达0.90），37个与肽聚糖生物合成相关（33个为负相关；rho最低为−0.82）。通过整合生物标志物分析筛选出5个属。由3个属组成的联合特征组合的ROC曲线下面积（AUC）为0.959。外部验证仅涉及双歧杆菌，其丰度变化方向与发现阶段的分析结果一致。在考察的两条短链脂肪酸（SCFA）相关通路中，预测的乙酸相关通路（乙酸产甲烷作用）在IBD组中丰度较低（FDR = 0.002），而预测的发酵通路在两组间无显著差异（FDR = 0.076）。
这些发现综合展示了IBD中的微生物组成及其预测的功能潜力。样本量较小、IBD组与对照组样本在队列来源和测序特征方面存在差异，以及外部验证范围有限，
验证不足，以及依赖预测而非直接测量的功能，意味着这些结果仍属于探索性发现，需要在更大规模的独立队列中进行验证，并通过直接的功能分析或代谢组学分析加以确认。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
脚注
https://github.com/amanzehra18-oss/ibd-16s-microbiome
https://doi.org/10.5281/zenodo.23359812
版权
本预印本的版权所有者为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
该文依据
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发布于2026年10月19日。
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炎症性肠病中肠道微生物群、预测通路及候选生物标志物的整合性16S rRNA生物信息学分析
Aman
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2026.10.16.759573；
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炎症性肠病中肠道微生物群、预测通路及候选生物标志物的整合性16S rRNA生物信息学分析
炎症性肠病中的肠道微生物群、预测通路及候选生物标志物
Aman Zehra，Elamathi Natarajan
bioRxiv
2026.10.16.759573；
doi：https://doi.org/10.64898/2026.10.16.759573
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关键词：炎症性肠病 · 肠道微生物群 · 16S rRNA测序 · 微生物功能预测 · 生物标志物
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.16.759573v1?rss=1