《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：Sex-specific associations between gut microbiota and myopia in adolescents: a clinical predictive modeling study
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摘要: 引言: 近视是青少年中常见的屈光不正，其与肠道菌群的关联尚未完全明确。方法: 研究人员对102名青少年（近视49名，非近视53名；年龄6-18岁）的粪便样本进行了16S rRNA测序，并按性别分层分析了微生物多样性、分类学组成、功能预测以及基于随机森林
摘要: 引言: 近视是青少年中常见的屈光不正，其与肠道菌群的关联尚未完全明确。方法: 研究人员对102名青少年（近视49名，非近视53名；年龄6-18岁）的粪便样本进行了16S rRNA测序，并按性别分层分析了微生物多样性、分类学组成、功能预测以及基于随机森林的分类。结果: 近视青少年表现出较低的肠道菌群丰富度（观测值和Chao1指数，均P < 0.05），但整体群落结构无差异。性别分层分析显示，这种多样性降低仅发生在近视男性中（所有α-多样性(alpha diversity)指数，P < 0.01），而女性中未发现。男性中，近视与非近视组之间存在多个属的差异（例如，Akkermansia, Alistipes, Oscillibacter丰度较低；Veillonella, Sutterella丰度较高），而女性中差异较少。功能预测提示代谢和免疫通路发生改变。随机森林模型总体准确性中等（AUC = 76.84%），在男性（89.13%）中表现优于女性（69.21%）。讨论: 青少年近视与肠道菌群丰富度降低及性别特异性的组成变化相关，尤其是在男性中，这强调了性别在肠道-眼轴(gut-eye axis)研究中的重要性。
本研究旨在探讨青少年近视与肠道菌群之间的关联，并特别关注性别差异。近视作为一种主要导致远视力下降和视觉质量受损的屈光不正，其发病率在全球范围内持续上升，已成为重大的公共卫生问题。虽然遗传和环境因素被认为是近视的主要风险因素，但它们无法完全解释疾病发生和进展的个体差异。新兴证据表明，眼部参数之外的系统性因素也可能参与近视的病理生理学。肠道菌群作为人体内最大、最复杂的微生物生态系统，在宿主免疫调节、代谢稳态和炎症反应中发挥着深远影响。随着微生物组研究的快速进展，肠道-脑轴以及近年兴起的肠道-眼轴已成为备受关注的研究领域。越来越多的研究表明，肠道菌群失调与多种眼部疾病相关。然而，已有的使用16S rRNA测序的研究报告了肠道菌群组成与近视之间存在关联，但所提出的微生物特征及其预测性能在不同研究中仍不一致。
研究人员在天津市第五中心医院生态城分支眼科门诊招募了102名6至18岁的参与者，包括49名近视青少年和53名非近视对照组。所有参与者均接受了全面的眼科检查。根据屈光状态和性别，参与者被分为四个亚组：近视男性（MM）26例，近视女性（FM）27例，非近视男性（ME）27例，非近视女性（FE）22例。研究获得了伦理委员会批准并获得了书面知情同意。
本研究采用的关键技术方法包括：对102名青少年（来自天津市第五中心医院眼科门诊）的粪便样本进行16S rRNA基因V4区高通量测序。利用QIIME2和DADA2进行生物信息学处理，SILVA数据库进行物种注释。通过Wilcoxon秩和检验评估α-多样性和β-多样性。使用metagenomeSeq和LEfSe分析差异丰度菌群。采用Tax4Fun预测菌群功能通路。最后，基于属水平相对丰度数据，构建随机森林分类模型来评估菌群特征对近视的预测能力。
研究结果部分如下：
研究首先报告了参与者的临床特征。问卷调查结果显示，挑食和偏食行为、父母视力状况以及每日电子设备使用时间在近视和非近视组间存在显著差异。
肠道菌群多样性分析表明，在整体青少年队列中，近视青少年的肠道菌群α-多样性（观测值和Chao1指数）显著低于非近视对照组，但Shannon和Simpson指数无显著差异。值得注意的是，性别分层分析发现，这种α-多样性的显著降低仅存在于近视男性中（所有指数P < 0.01），而在女性中未观察到显著差异。β-多样性（基于加权UniFrac距离）分析显示，无论是整体还是按性别分层，近视组与非近视组之间均无显著差异。主坐标分析（PCoA）图显示，无论近视状态如何，男性和女性青少年样本均聚集在一起，表明其菌群整体结构高度相似。
在群落组成与差异丰度分析方面，在门水平，四个最丰富的门是拟杆菌门、厚壁菌门、假单胞菌门和放线菌门。在男性受试者中，非近视个体的疣微菌门丰度显著高于近视个体。在属水平，非近视受试者的[Eubacterium]_ruminantium_group属丰度显著高于近视受试者。在男性中，非近视个体显示出更高丰度的Akkermansia, Alistipes, Oscillibacter以及未分类的Clostridia_UCG-014和UCG-010等属；而近视个体表现出显著更低的Veillonella和Sutterella丰度。在女性中，非近视个体的Paraprevotella丰度显著高于近视个体；相反，近视个体的Erysipelotrichaceae_UCG-003丰度显著高于非近视个体。线性判别分析效应大小（LEfSe）分析进一步识别了各组间具有显著差异的生物标志物。
功能通路预测研究使用了Tax4Fun工具。基于KEGG数据库的预测结果显示，近视与非近视青少年之间在代谢和免疫相关通路上存在差异。性别分层分析同样揭示了男性和女性群体中存在的差异功能通路。
随机森林预测模型研究基于属水平相对丰度数据构建了分类器。整体模型在测试集上表现出中等分类准确性（AUC = 76.84%）。性别特异性分析显示，该模型在男性中的预测准确性（AUC = 89.13%）显著高于女性（AUC = 69.21%）。
讨论部分总结了本研究的主要发现：尽管近视与非近视青少年之间的整体肠道菌群多样性或群落结构未见显著差异，但更细致的分析揭示，近视男性受试者的α-多样性较其非近视对照显著降低，而女性中未见此差异。这种性别特异性的差异表明，性别可能在塑造肠道菌群-近视关系中起着关键作用。在特定菌属方面，近视男性中富集的Veillonella和Sutterella等属与炎症相关，提示其肠道菌群可能呈现轻度促炎特征。而非近视男性中富集的Akkermansia, Alistipes, Oscillibacter等属则具有潜在的代谢调节和免疫保护功能。随机森林模型在男性中表现出更高的预测效能，进一步支持了男性肠道菌群与近视之间可能存在更显著且特异的关联。研究也明确指出，本研究的预测模型旨在探索潜在机制，而非作为临床诊断工具，因为屈光检测远比菌群检测更简单、经济和准确。本研究存在局限性，包括横断面设计只能揭示关联而非因果关系、未对差异菌群进行培养和功能验证、单中心样本量（尤其是性别分层后）较小，以及未将已识别的混杂因素（如挑食行为）纳入多变量模型评估。未来研究应扩大样本量，并通过动物实验或粪便菌群移植来验证特定菌群在近视发展中的因果作用。
研究结论部分翻译：研究人员基于16S rRNA测序的本研究旨在探究近视与非近视青少年的肠道菌群组成差异，并重点考察性别特异性差异。结果表明，近视青少年，特别是男性，表现出肠道菌群丰富度降低和特定菌属组成的性别特异性变化，这强调了在肠道-眼轴研究中考虑性别的关键重要性。
