赵立平教授团队破解肠道菌群密码，发现维持人体健康的关键“跷跷板”模型

赵立平教授团队破解肠道菌群密码，发现维持人体健康的关键“跷跷板”模型

近日，上海交通大学赵立平教授团队在国际顶级期刊《Cell》上发表突破性研究成果，首次揭示了人体肠道菌群中的两类关键成员——“基石功能群”和“病生功能群”，并提出创新性的“跷跷板模型”。这一发现不仅为评估肠道健康提供了全新标准，更为个性化医疗和健康管理开辟了新路径。

研究团队通过分析高纤维饮食干预治疗2型糖尿病以及15种疾病的26个病例对照研究的宏基因组数据集，识别出一组在饮食干预和疾病扰动的共丰度网络中稳定相关的基因组对。这些基因组构成了“两个相互竞争功能群”（TCG）模型，研究团队将其形象地称为跷跷板模型。

其中，“基石功能群”是一组专门从事纤维发酵和丁酸生产的有益菌群，而“病生功能群”则以毒性和抗生素耐药性为特征。这两类菌群在肠道中呈现出此消彼长的动态平衡状态，就像跷跷板的两端，一端上升必然导致另一端下降。

传统的微生物分析方法往往只关注单个特征的差异分析，忽视了微生物之间的复杂相互作用。而赵立平团队则创新性地采用了基于“功能群”的框架，强调基因组特异性和相互作用分析。

研究团队开发了高质量宏基因组组装基因组（HQMAG）技术，通过1%的平均核苷酸相似度差异阈值来实现近似变异水平的分辨率。这种高精度的分析方法使得研究团队能够识别出稳定关联的核心微生物群特征，为理解肠道菌群的整体功能提供了新的视角。

为了验证这一模型的普适性，研究团队分析了来自5个国家、涵盖7种疾病的11项病例-对照数据，包括糖尿病、心血管疾病、强直性脊柱炎、结直肠癌、炎症性肠病、肝硬化和精神分裂症。结果显示，“跷跷板”模型广泛存在于几乎所有患者和健康人群的肠道样本中，符合“核心菌群”特征。

进一步的分析涵盖了三大洲、涉及15种疾病的26项病例-对照研究，共包含1780名病人和1604名对照人群。该模型能够准确判断不同疾病的患者与对照样本，不受地域、人种和疾病类型等因素的影响。这一发现为不同实验室的临床试验数据整合提供了理论框架和技术平台。

研究团队还发现，通过精准营养干预可以改变这两组功能群在肠道中的比例，使基石功能群即“大树菌”占据优势，进而改善患者的健康状况。更为重要的是，这种比例失调往往比疾病症状更早出现，为疾病的个性化预防和治疗提供了新的可能。

在临床应用方面，研究团队将晚期黑色素瘤、B细胞淋巴瘤、炎症性肠病和类风湿性关节炎的11项免疫治疗临床试验的菌群数据整合，利用“跷跷板”模型可以预测患者对免疫疗法的个性化反应，准确率达到临床应用水平。这一发现有望帮助医生在治疗前预判患者对不同疗法的反应，从而优化治疗方案，提升精准度和疗效。

这一研究成果得到了领域内专家的高度评价。中国科学院院士赵国屏认为，这项研究成功将原本难以量化的微生态系统转化为可定量分析的网络结构，标志着从基于传统分类学的“菌株身份”鉴定分析到基于生态学的“核心菌群”功能动态分析的重大突破。

北京协和医院消化科主任李景南也表示，随着基于核心菌群“跷跷板”模型的检测技术的发展，未来有望开发出可精准调节肠道菌群的临床工具，更有效地预防和治疗菌群失调相关疾病，为精准医学和健康管理带来颠覆性变革。

赵立平教授表示，下一步将围绕“大树菌”这一关键靶点，开发一系列可在临床上实际运用的检测和治疗方案，并在不同疾病中验证其效果，真正为患者带来福音。这一发现不仅深化了我们对肠道菌群与人体健康关系的理解，更为未来的个性化医疗和精准营养研究开辟了新的方向。