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目的:
本研究采用二代宏基因组技术分析对比妊娠糖尿病患者与健康孕妇的肠道菌群差异，探讨妊娠糖尿病肠道菌群的组成及功能特点，并基于妊娠糖尿病肠道菌群组成与通路结合最新的机器学习算法，建立多种经典与组合模型评估肠道菌群组成对妊娠糖尿病的预测效果，试图建立基于肠道菌群组成的有效的妊娠糖尿病无创性早期诊断模型，提高妊娠糖尿病早期诊断水平。
方法:
1.选取2016年2月至2017年2月在广东药科大学附属第一医院妇产科规范产检而且资料完整的妊娠糖尿病孕妇大便样本50例作为妊娠糖尿病肠道菌群研究阳性组，健康孕妇大便样品55例作为对照组，同时收集她们相应的临床资料比较妊娠糖尿病患者和非妊娠糖尿病患者的临床基本信息。此外，根据标准的DNA提取方案和宏基因组数据建库流程，建立妊娠糖尿病肠道菌群的宏基因组数据库。
2.通过基因序列的分类注释以及与公共数据的比较，研究整体研究对象的肠道菌群分布，同时比较在整体分布上，GDM组与NGT的肠道菌群差异。
3.通过Wilcoxon秩和分析以及建立随机森林模型比较GDM组与NGT组肠道菌群的差异，试图寻找GDM的特征性肠道菌群。
4.基于肠道菌群分类和临床表型作稀疏偏最小二乘判别分析(sPLS-DA)，试图探讨肠道菌群与临床表型的相关性。
5.通过京都基因和基因组百科全书(KEGG)数据库和MetaCyc代谢通路数据库，比较GDM孕妇与NGT孕妇的肠道菌群的KEGG代谢途径差异，分析GDM肠道菌群的功能特点，并且结合GDM特征性肠道菌群改变，探讨肠道菌群可能涉及的GDM病理机制。
6.基于妊娠糖尿病肠道菌群组成和通路结合最新的机器学习算法建立多种模型对妊娠糖尿病进行预测，并利用受试者工作特征曲线(ROC)分析评估模型的性能，同时找出有效模型中两组间具有显著性差异的重要的肠道菌群组成。
成果:
1.妊娠糖尿病患者与非妊娠糖尿病孕妇相比，妊娠糖尿病患者除OGTT试验血糖值的指标显著性升高，与糖代谢相关的胰岛素、HOMA、Hb1Ac的值均显著性升高，与脂代谢相关的甘油三脂、极低密度脂蛋白、游离脂肪酸均显著升高。同时妊娠糖尿病患者的年龄与体重与健康孕妇间均有显著差异。
2.妊娠糖尿病肠道菌群与非妊娠糖尿病肠道菌群在门、纲、目的水平上大体相同但是在属的水平上，妊娠糖尿病患者的益生菌(SubdoligranuLum、Faecalibacterium、Streptococcus、Prevotella、Bacteroidales noname)丰度与非妊娠糖尿病相比显著减少，在种的水平上妊娠糖尿病患者的肠道益生菌(Bacteroides coprophilus、Prevotella stercorea、Eubacterium siraeu、Faecalibacterium prausnitzii)丰度也显著减少。
3.Megamonassp.和Megamonasrupellensis与餐后1小时血糖、餐后2小时、胰岛素和HOMA-IR呈正相关，其可在肠道中产生乙酸和丙酸，但其具体调节血糖的相关机制尚未清楚。
4.妊娠糖尿病孕妇的肠道菌群在能量代谢、氨基酸代谢和辅助因子、维生素代谢方面富集，而健康孕妇的肠道菌群在遗传信息处理(遗传和修复)相关途径中更加富集(P＜0.05)。值得一提的是，GDM组肠道菌群在脂多糖生物合成的炎症相关代谢途径和β-丙氨酸、组氨酸、谷胱甘肽、苯丙氨酸等氨基酸相关的代谢途径中富集而NGT组肠道菌群在色氨酸代谢途径中富集(p＜0.05)，通过但是经过FDR和Bonferroni校正后在所有KEGG代谢途径类别的P值均没有显著差异。结合GDM特征性肠道菌群改变，推测GDM肠道菌群可能通过炎症(LPS)、短链脂肪酸(SCFAs)和芳香族氨基酸(AAA)多条通路共同诱发GDM。
5.基于肠道菌群组成的渐进梯度回归树模型(GBRT)、Adabosting模型的AUC值分别达到0.91和0.88，可能是妊娠糖尿病无创性诊断模型，并且经过Wilcoxon秩和检验得出在诊断模型中妊娠糖尿病组与非妊娠糖尿病组肠道菌群组成之间具有显著性差异的重要菌群:粪普雷沃菌(Prevo tella stercorea)、普拉梭菌(Faecalibacterium prausinistizii)和未分类的巨单胞菌(Megamonas sp.)。
结论:
1.妊娠糖尿病患者的肠道菌群改变是未来GDM早期诊断的潜在生物标志物，其可能通过多条分子机制共同参与妊娠期糖尿病的病理机制。
2.基于肠道微生物的GBRT模型和Adabosting模型对妊娠糖尿病具有良好的预测效果，有可能成为未来无创性诊断GDM的方法。
本研究采用二代宏基因组技术分析对比妊娠糖尿病患者与健康孕妇的肠道菌群差异，探讨妊娠糖尿病肠道菌群的组成及功能特点，并基于妊娠糖尿病肠道菌群组成与通路结合最新的机器学习算法，建立多种经典与组合模型评估肠道菌群组成对妊娠糖尿病的预测效果，试图建立基于肠道菌群组成的有效的妊娠糖尿病无创性早期诊断模型，提高妊娠糖尿病早期诊断水平。
方法:
1.选取2016年2月至2017年2月在广东药科大学附属第一医院妇产科规范产检而且资料完整的妊娠糖尿病孕妇大便样本50例作为妊娠糖尿病肠道菌群研究阳性组，健康孕妇大便样品55例作为对照组，同时收集她们相应的临床资料比较妊娠糖尿病患者和非妊娠糖尿病患者的临床基本信息。此外，根据标准的DNA提取方案和宏基因组数据建库流程，建立妊娠糖尿病肠道菌群的宏基因组数据库。
2.通过基因序列的分类注释以及与公共数据的比较，研究整体研究对象的肠道菌群分布，同时比较在整体分布上，GDM组与NGT的肠道菌群差异。
3.通过Wilcoxon秩和分析以及建立随机森林模型比较GDM组与NGT组肠道菌群的差异，试图寻找GDM的特征性肠道菌群。
4.基于肠道菌群分类和临床表型作稀疏偏最小二乘判别分析(sPLS-DA)，试图探讨肠道菌群与临床表型的相关性。
5.通过京都基因和基因组百科全书(KEGG)数据库和MetaCyc代谢通路数据库，比较GDM孕妇与NGT孕妇的肠道菌群的KEGG代谢途径差异，分析GDM肠道菌群的功能特点，并且结合GDM特征性肠道菌群改变，探讨肠道菌群可能涉及的GDM病理机制。
6.基于妊娠糖尿病肠道菌群组成和通路结合最新的机器学习算法建立多种模型对妊娠糖尿病进行预测，并利用受试者工作特征曲线(ROC)分析评估模型的性能，同时找出有效模型中两组间具有显著性差异的重要的肠道菌群组成。
成果:
1.妊娠糖尿病患者与非妊娠糖尿病孕妇相比，妊娠糖尿病患者除OGTT试验血糖值的指标显著性升高，与糖代谢相关的胰岛素、HOMA、Hb1Ac的值均显著性升高，与脂代谢相关的甘油三脂、极低密度脂蛋白、游离脂肪酸均显著升高。同时妊娠糖尿病患者的年龄与体重与健康孕妇间均有显著差异。
2.妊娠糖尿病肠道菌群与非妊娠糖尿病肠道菌群在门、纲、目的水平上大体相同但是在属的水平上，妊娠糖尿病患者的益生菌(SubdoligranuLum、Faecalibacterium、Streptococcus、Prevotella、Bacteroidales noname)丰度与非妊娠糖尿病相比显著减少，在种的水平上妊娠糖尿病患者的肠道益生菌(Bacteroides coprophilus、Prevotella stercorea、Eubacterium siraeu、Faecalibacterium prausnitzii)丰度也显著减少。
3.Megamonassp.和Megamonasrupellensis与餐后1小时血糖、餐后2小时、胰岛素和HOMA-IR呈正相关，其可在肠道中产生乙酸和丙酸，但其具体调节血糖的相关机制尚未清楚。
4.妊娠糖尿病孕妇的肠道菌群在能量代谢、氨基酸代谢和辅助因子、维生素代谢方面富集，而健康孕妇的肠道菌群在遗传信息处理(遗传和修复)相关途径中更加富集(P＜0.05)。值得一提的是，GDM组肠道菌群在脂多糖生物合成的炎症相关代谢途径和β-丙氨酸、组氨酸、谷胱甘肽、苯丙氨酸等氨基酸相关的代谢途径中富集而NGT组肠道菌群在色氨酸代谢途径中富集(p＜0.05)，通过但是经过FDR和Bonferroni校正后在所有KEGG代谢途径类别的P值均没有显著差异。结合GDM特征性肠道菌群改变，推测GDM肠道菌群可能通过炎症(LPS)、短链脂肪酸(SCFAs)和芳香族氨基酸(AAA)多条通路共同诱发GDM。
5.基于肠道菌群组成的渐进梯度回归树模型(GBRT)、Adabosting模型的AUC值分别达到0.91和0.88，可能是妊娠糖尿病无创性诊断模型，并且经过Wilcoxon秩和检验得出在诊断模型中妊娠糖尿病组与非妊娠糖尿病组肠道菌群组成之间具有显著性差异的重要菌群:粪普雷沃菌(Prevo tella stercorea)、普拉梭菌(Faecalibacterium prausinistizii)和未分类的巨单胞菌(Megamonas sp.)。
结论:
1.妊娠糖尿病患者的肠道菌群改变是未来GDM早期诊断的潜在生物标志物，其可能通过多条分子机制共同参与妊娠期糖尿病的病理机制。
2.基于肠道微生物的GBRT模型和Adabosting模型对妊娠糖尿病具有良好的预测效果，有可能成为未来无创性诊断GDM的方法。