华南理工大学生物医学科学与工程学院吴凯教授团队与广州医科大学附属脑科医院吴逢春主任团队合作，在精神分裂症研究领域取得重要进展。2025年4月13日，相关成果以题为“Exploring the relationship between the gut microbiota and cognitive function in schizophrenia patients with distinct weights”的研究论文，在线发表于精神分裂症国际研究学会官方期刊《Schizophrenia Research》。研究首次深入探究了精神分裂症患者在肥胖特异性下的菌群微生态及其代谢途径的变化，并进一步探究了特异性菌群与临床特征之间的关联特性，为揭示肠道菌群如何影响肥胖精神分裂症患者认知障碍的机制提供了新见解。

精神分裂症（Schizophrenia，SZ）是一种严重的精神障碍，通常伴随认知和社会功能的损害。课题组前期研究表明，SZ患者的肠道微生物组成及代谢途径与正常对照（Normal control，NC）存在显著差异，并与精神疾病症状严重程度及认知功能密切相关。此外，SZ患者中肥胖人群的比例较高，且体重指数（Body mass index，BMI）升高可能加剧认知缺陷。然而，SZ患者肠道微生物的变化是否具有肥胖特异性，以及这些变化与临床特征之间是否存在潜在关联，仍未得到明确阐明。

研究招募了156名SZ患者和156名NC，收集了粪便菌群及临床特征包括人口学信息、阳性与阴性症状量表（Positive and Negative Syndrome Scale, PANSS），MATRICS共识认知成套测验（MATRICS Cognitive Consensus Battery，MCCB）等相关数据。根据BMI特征，将参与者被分为超重/肥胖（Overweight/Obesity，OW）组和正常体重（Normal weight，NW）组。基于16S rRNA测序数据，分析了不同BMI水平下SZ患者和NC的肠道微生物多样性与组成差异，并探究了特异微生物群与临床症状及认知功能之间的关联特性。此外，采用功能预测方法揭示了不同BMI水平下SZ患者与NC之间的代谢途径差异。

图1. NC_NW、NC_OW、SZ_NW和SZ_OW组之间的微生物多样性比较分析。（A-B）箱线图展示了四组在属水平的alpha多样性指数，（A）为基于Shannon指数，（B）为基于Simson指数。（C-D）主坐标分析（PCoA）图展示了Bray-Curtis距离矩阵的beta多样性，（C）为SZ_OW与NC_OW的组间差异,（D）为SZ_NW与NC_NW的组间差异。

物种多样性是衡量肠道菌群生态系统复杂性和稳定性的一个重要指标。研究发现，SZ_OW组alpha多样性显著高于NC_OW组，但SZ_NW组alpha多样性与NC_NW组无显著差异。基于beta多样性分析发现，无论是在OW和NW状态下，SZ患者与NC组之间均存在显著差异。

图2. SZ患者与NC之间肠道微生物组成差异的肥胖特异性分析。（A）、（C）分别通过线性判别分析比较SZ_OW组与NC_OW组、SZ_NW组与NC_NW组之间的肠道微生物组成差异。（B）、（D）则展示了SZ_OW组与NC_OW组、SZ_NW组与NC_NW组之间在差异物种的进化树。

LEfSe分析揭示了不同人群之间的微生物组成差异，并有助于识别特定微生物在群体差异中的潜在作用。研究发现，OW状态下的SZ患者与NC进行比较分析，其Collinsella、Blautia、Eubacterium、Turicibacter等菌属相对丰度显著增加，而Ruminococcus、Butyricicoccus、Faecalibacterium等菌属相对丰度显著降低；而在NW状态下，SZ患者表现出Prevotella、Methanobrevibacter等菌属的相对丰度显著增加，在Turicibacter、Butyricicoccus等菌属相对丰度显著下降。

图3. SZ_OW组特异性肠道微生物群与PANSS评分及MCCB认知功能的关联分析。

研究发现，SZ_OW组特异性肠道微生物与MCCB认知评分存在显著相关性，但在SZ_NW组并未发现。其中，在SZ_OW组中显著增多的Collinsella属的相对丰度与流利性得分显著负相关，而显著减少的Butyricicoccus属的相对丰度与流利性得分显著正相关，同时Clostridium属的相对丰度显著减少且与信息处理速度和视觉学习评分显著正相关。

图4. SZ患者与NC之间肠道微生物代谢途径的肥胖特异性差异。

基于PICRUSt2进行肠道微生物功能预测分析可以揭示SZ肠道微生物代谢途径的肥胖特异性差异。研究发现，在OW状态下的SZ组与NC组相比，其“其他氨基酸代谢”和“神经退行性疾病”功能通路显著增加；而在NW状态下，SZ患者表现出“氨基酸代谢”和“辅因子和维生素代谢”功能通路显著增加，而“蛋白质家族：信号传导和细胞过程”、“细胞运动性”、“信号转导”和“细胞群落-原核生物”代谢途径则显著减少。

华南理工大学生物医学科学与工程学院的吴凯教授与广州医科大学附属脑科医院的吴逢春主任为论文共同通讯作者，华南理工大学生物医学工程专业博士研究生朱宝圆为论文第一作者。本研究得到了国家重点研发计划（2023YFC2414500，2023YFC2414504）、国家自然科学基金（81971585，72174082，82271953，82301688）及广东省自然科学基金杰出青年基金（2021B1515020064）等项目的资助。

近年来，吴凯教授和吴逢春主任团队聚焦于脑重大疾病（精神分裂症、抑郁症、双相情感障碍等）的脑结构及功能、肠道菌群的损伤机制以及智能辅助诊断领域已展开一系列研究工作。相关研究发表在Research、NeuroImage、Journal of Translational Medicine、Schizophrenia Research、Journal of Psychiatric Research等国际学术期刊上。

课题组前期相关论文：

[1] Guo M, Zhang H, Huang Y, et al. Transcriptional patterns of nodal entropy abnormalities in major depressive disorder patients with and without suicidal ideation. Research. 0:DOI:10.34133/research.0659.

[2] Peng R, Wang W, Liang L, et al. The brain-gut microbiota network （BGMN） is correlated with symptom severity and neurocognition in patients with schizophrenia. Neuroimage. 2025;308:121052. doi:10.1016/j.neuroimage.2025.121052.

[3] Wang H, Peng R, Huang Y, et al. MO-GCN: A multi-omics graph convolutional network for discriminative analysis of schizophrenia. Brain Res Bull. 2025. doi:10.1016/j.brainresbull.2025.111199.

[4] Feng S, Huang Y, Lu H, et al. Association between degree centrality and neurocognitive impairments in patients with Schizophrenia: A Longitudinal rs-fMRI Study. J Psychiatr Res. 2024;173:115-123. doi:10.1016/j.jpsychires.2024.03.007.

[5] Li H, Huang Y, Liang L, et al. The relationship between the gut microbiota and oxidative stress in the cognitive function of schizophrenia: A pilot study in China. Schizophr Res. 2024;267:444-450. doi:10.1016/j.schres.2024.03.053.

[6] Liang L, Li S, Huang Y, et al. Relationships among the gut microbiome, brain networks, and symptom severity in schizophrenia patients: A mediation analysis. Neuroimage Clin. 2024;41:103567. doi:10.1016/j.nicl.2024.103567.

[7] Li H, Li H, Zhu Z, et al. Association of serum homocysteine levels with intestinal flora and cognitive function in schizophrenia. J Psychiatr Res. 2023;159:258-265. doi:10.1016/j.jpsychires.2023.01.045.

[8] Feng S, Huang Y, Li H, et al. Dynamic effective connectivity in the cerebellar dorsal dentate nucleus and the cerebrum, cognitive impairment, and clinical correlates in patients with schizophrenia. Schizophr Res. 2024;271:394-401. doi:10.1016/j.schres.2024.05.003.