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人類腸道微生物群就像一個(gè)龐大的“隱形部隊(duì)”，從一出生就開始在我們體內(nèi)定居。這支“軍隊(duì)”由成千上萬種微生物組成，隨著我們的成長和生活變化，它們也在不斷適應(yīng)。一個(gè)健康腸道的微生物群相當(dāng)穩(wěn)定，不僅種類繁多，而且功能各異，這可以為我們提供豐富的代謝能力。這些微生物能夠發(fā)酵產(chǎn)生多種代謝物，為我們提供諸多的健康益處。

人體的另一大“器官” -- 腸道菌群

然而，盡管成人的腸道微生物群總體上是穩(wěn)定的，它也可能因?yàn)?strong style="-webkit-tap-highlight-color:transparent;">受到外部環(huán)境或飲食等因素的影響，從而發(fā)生短暫或持續(xù)的改變。這種變化有時(shí)可以恢復(fù)，但也可能導(dǎo)致新的、更不穩(wěn)定的微生物群體，這種情況可能影響宿主的生理功能，甚至引發(fā)健康問題。想要理解這些變化對人體的影響，研究者們需要長期追蹤大量人的腸道微生物群數(shù)據(jù)，以捕捉這些微生物隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化。

其實(shí)，過往已經(jīng)有一些研究重點(diǎn)調(diào)查了人類早期和兒童時(shí)期腸道微生物的變化，但核心的腸道微生物群體 -- 特別是那些隨時(shí)間推移是否穩(wěn)定的物種 -- 卻研究得比較少。這一空白阻礙了我們深入理解腸道微生物生態(tài)的穩(wěn)定性。通常來說，橫斷面研究只能提供特定時(shí)間點(diǎn)的快照，但無法揭示這些微生物是如何隨時(shí)間如何互動(dòng)和變化的。

為此，來自倫敦國王學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)利用瑞典健康人群一年的縱向數(shù)據(jù)，對腸道微生物的“持久性”進(jìn)行了詳細(xì)分析。最終他們發(fā)現(xiàn)了2類微生物：一種是“持續(xù)定植”的微生物（persistent colonizing species，PCS），它們能在腸道中長期存活，幫助維持微生物群的多樣性和穩(wěn)定性；另一種被稱為“瞬時(shí)定植”的微生物（transient colonizing species，TCS），這些微生物雖然短期內(nèi)會(huì)增加，但會(huì)破壞群落的平衡。這種不穩(wěn)定性與“安娜·卡列尼娜效應(yīng)”有關(guān)，意思是健康和穩(wěn)定的腸道群落都是相似的，而失調(diào)的群落各有各的問題。

原來，我們的胃腸道也有“安娜·卡列尼娜效應(yīng)”

研究還表明，TCS 微生物通常難以在健康人體內(nèi)長時(shí)間存活，但在腸道菌群失調(diào)或某些疾病情況下，它們反而會(huì)增加。這一發(fā)現(xiàn)或許為未來治療干預(yù)提供了新思路：通過深入研究 PCS 和 TCS 的功能，或許我們能夠揭示腸道微生物在健康與疾病中的關(guān)鍵作用，甚至發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)！

一、如何識(shí)別核心的腸道微生物群？

為了解決這個(gè)問題，研究團(tuán)隊(duì)對86名健康瑞典個(gè)體的糞便樣本進(jìn)行了為期一年的跟蹤分析，每三個(gè)月采集一次樣本。通過全基因組深度測序，他們生成了這些樣本的宏基因組數(shù)據(jù)，分析了微生物種群的變化，并基于宏基因組物種(MGS)進(jìn)行了詳細(xì)研究。最終，在一年中發(fā)現(xiàn)了1413種微生物，其中大部分物種在不同時(shí)間點(diǎn)都有重復(fù)出現(xiàn)，這表明微生物組在個(gè)體間具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

持續(xù)和短暫定植物種決定腸道菌群的穩(wěn)定性

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步使用Kaplan-Meier模型追蹤了微生物物種的保留概率，發(fā)現(xiàn)如普通擬桿菌和人體普氏菌等常見腸道共生菌的保留概率最高，而一些源自其他部位的微生物（如嬰兒韋榮球菌）的保留概率就比較低。

為了更深入理解腸道微生物組的動(dòng)態(tài)變化，研究者使用馬爾可夫鏈模型分析了微生物的“流入”和“流出”概率，并將微生物分為了兩類：短暫定植物種(TCS)和持續(xù)定植物種(PCS)。通過這一分析，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)PCS和TCS的豐度之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，這表明這兩類微生物可能存在相互抑制的關(guān)系。此外，某些PCS與TCS之間的特定微生物物種呈現(xiàn)正相關(guān)，這表明微生物群體之間的相互作用可能更為復(fù)雜。

二、短暫定植物種還能導(dǎo)致慢性疾?。?/span>

我們知道，在健康人體內(nèi)腸道微生物群通常以 PCS（持久性競爭種群）為主，它們負(fù)責(zé)維持腸道的穩(wěn)定和執(zhí)行正常功能。然而，當(dāng)人體受到外部干擾時(shí)，腸道微生物的平衡可能會(huì)被打破。比如說，有些光譜抗生素不僅會(huì)殺死致病菌，還會(huì)影響許多有益的 PCS 物種，導(dǎo)致它們數(shù)量減少。而與此同時(shí)，TCS 微生物卻會(huì)趁機(jī)“壯大”。

急性和慢性情況下的菌群失調(diào)微生物顯示為暫時(shí)性定植物種

研究者通過了一系列實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析揭示了TCS是如何導(dǎo)致慢性疾病的。首先，他們觀察了抗生素治療對腸道微生物群的急性影響，分析了12個(gè)個(gè)體在抗生素使用前后7天的腸道樣本，發(fā)現(xiàn)PCS物種大幅減少，而TCS物種顯著增加，這表明抗生素引發(fā)的菌群失調(diào)會(huì)導(dǎo)致TCS的富集。隨后，研究者進(jìn)一步分析了患有心血管疾病、2型糖尿病、肝硬化和結(jié)直腸癌等慢性疾病患者的宏基因組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這些疾病患者腸道中富集的物種與TCS微生物高度重疊。通過統(tǒng)計(jì)分析，他們得出結(jié)論：TCS的長期富集與慢性疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

這種菌群失調(diào)的過程就像是在一片穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中突然出現(xiàn)了大量的“入侵者”，這些入侵者雖然能快速占據(jù)資源，但無法真正維持生態(tài)平衡，這最終使得整個(gè)系統(tǒng)功能下降，導(dǎo)致各種各樣的健康問題。

三、短暫定植物種與宿主生理異常變化密切相關(guān)

為了深入研究導(dǎo)致慢性疾病的具體病理生理變化，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用和分析了之前生成的血清蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、臨床生物化學(xué)和血液學(xué)數(shù)據(jù)。

通過線性混合效應(yīng)模型，研究團(tuán)隊(duì)對比了富含PCS和TCS的群體。結(jié)果顯示，富含PCS的個(gè)體通常表現(xiàn)出更好的運(yùn)動(dòng)能力，如較高的肌肉質(zhì)量；而TCS豐富的個(gè)體則面臨更高的心血管疾病、免疫疾病和心力衰竭風(fēng)險(xiǎn)。例如，TCS群體中的BNP（心力衰竭標(biāo)志物）和ApoA1（心血管疾病標(biāo)志物）出現(xiàn)了顯著升高，這提示這些個(gè)體存在更高的健康風(fēng)險(xiǎn)。

持續(xù)和短暫定植物種驅(qū)動(dòng)宿主生理的變化

進(jìn)一步的血清蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，TCS豐富的個(gè)體中，免疫相關(guān)蛋白（如MSR1、CDCP1和MCP1）水平出現(xiàn)減少，表明其免疫系統(tǒng)可能受到抑制。相比之下，富含PCS的個(gè)體體內(nèi)檢測到了ITM2A蛋白，這是一種促進(jìn)軟骨和肌肉生長的標(biāo)志性蛋白，表明他們的免疫和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可能更加健康。

代謝組學(xué)分析進(jìn)一步驗(yàn)證了這些發(fā)現(xiàn)。富含PCS的個(gè)體代謝物（如谷氨酰胺和琥珀酸）的濃度更高，這有助于維持身體功能，同時(shí)有毒化合物（如馬尿酸和吲哚乙酸）水平也更低，這些毒素可能會(huì)穿過血腦屏障并影響神經(jīng)系統(tǒng)健康。而TCS豐富的個(gè)體則表現(xiàn)出體內(nèi)毒性化合物（如壬酸、磷酸和鄰甲酚）的升高，這些毒素是多種疾病的誘發(fā)因素。

因此，研究團(tuán)隊(duì)推測，TCS富集的菌群可能通過催化毒性化合物，進(jìn)一步對全身健康產(chǎn)生負(fù)面影響，并可能與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

四、研究結(jié)果的實(shí)用價(jià)值

這項(xiàng)研究的實(shí)用價(jià)值在于，它揭示了通過分析有益共生菌（PCS）和有害共生菌（TCS）比例變化，可以為預(yù)測和監(jiān)控疾病進(jìn)程提供重要線索。結(jié)果表明，TCS的增加可能標(biāo)志著從健康狀態(tài)向疾病相關(guān)狀態(tài)的持續(xù)轉(zhuǎn)變。因此，追蹤PCS與TCS的平衡，不僅可以用于預(yù)測疾病的發(fā)生，還能夠評(píng)估慢性疾病的進(jìn)展速度和治療效果。這為臨床診斷和個(gè)性化治療提供了一個(gè)潛在的生物標(biāo)志物平臺(tái)，使得醫(yī)療決策可以更具前瞻性和精確性。

展望未來，深入研究PCS和TCS的特性和功能，以及它們在疾病中的角色，將幫助醫(yī)學(xué)界更好地開發(fā)針對腸道菌群失調(diào)的治療策略，繼續(xù)推動(dòng)微生物組學(xué)在臨床中的應(yīng)用！