iMeta综述：肠道微生物组在炎症性消化系统疾病中的作用与挑战
iMeta综述：肠道微生物组在炎症性消化系统疾病中的作用与挑战
肠道微生物组在炎症性消化系统疾病的发生和发展中起着至关重要的作用。中国科学技术大学段屹和首都医科大学陈汉清团队在iMeta期刊发表综述文章，系统阐述了肠道微生物组在炎症性消化系统疾病研究领域面临的挑战、最新进展以及潜在的解决方案，并总结了以肠道微生物组为靶点的疾病治疗策略和新兴技术。
研究背景
人体胃肠道栖息了多种微生物，包括细菌、真菌、病毒和古细菌，它们通过产生脂多糖（LPS）、三甲胺、多糖、内源性酒精、短链脂肪酸（SCFAs）和次级胆汁酸等活性物质，共同调节宿主的代谢、免疫反应、氧化还原稳态和疾病进展。大量临床前和临床研究表明，肠道微生物及其代谢物在炎症性消化系统疾病的发生和发展中扮演重要作用。这些研究深化了我们对疾病病因的理解，并为肠道微生物群靶向疗法的研发提供了基础。
研究内容
肠道微生物组研究面临的挑战
微生物数据的异质性
微生物组非培养技术和多组学测序技术的发展加深了我们对肠道微生物群如何影响健康和疾病的理解。大量研究表明，疾病患者的肠道微生物与健康个体存在显著差异，这些差异跨越各个分类水平。在门水平的微生物群的结构特征已经达成一些共识，但在更细致的分类学层面，患者肠道微生物的组成表现出相当大的异质性和相互矛盾的研究结果，这对当前微生物群和炎症性消化系统疾病的研究带来了重大挑战。造成这一现象的原因是多方面的，包括测序平台和区域的差异、统计偏差、样品采集时间变化和粪便微生物密度等因素。微生物介导的肠道代谢组学数据不完整
肠道微生物衍生的代谢物是微生物与宿主相互作用的关键介质，参与调节宿主免疫成熟、免疫稳态和黏膜完整性。质谱分析、临床数据和临床前研究的进展揭示了微生物代谢物如何促进炎症性消化系统疾病的发病机制。然而，代谢组学数据的不完整仍然是主要挑战，这不仅体现在像原发性硬化性胆管炎（PSC）和急性胰腺炎（AP）等疾病的临床代谢组学数据的匮乏，而且体现在肠道代谢物功能的不确定性。关于疾病中肠道真菌组和病毒组的认识不足
人类胃肠道中栖息着丰富多样的微生物，包括细菌、真菌、病毒、古细菌和原生动物。目前，大多数研究都集中在肠道细菌在炎症性消化系统疾病中的变化及其对疾病进展的影响方面，而肠道真菌组和病毒组的作用常被忽视，通常被视为“暗物质”。实际上，肠道真菌作为真核生物，其基因组比细菌大100倍左右，具有更大的生物复杂度，可能在影响健康和疾病方面发挥重要的作用。微生物相互作用生态网络的模糊性
微生物之间的代谢活动产生的资源竞争和选择压力，不仅在细菌内部，而且在细菌与真菌或病毒之间产生了复杂生态相互作用。这些相互作用如何影响炎症性消化系统疾病的发展是一个值得深入探讨的领域。基于微生物的生物标志物的诊断和预测效能有限
鉴定可靠且创新型的生物标志物对于炎症性消化系统疾病的诊断和治疗具有重要意义。然而，微生物数据的异质性削弱了肠道菌群作为诊断生物标志物的可靠性和复现性。
治疗机会和未来前景
越来越多的临床前和临床研究表明，肠道微生物的失调与炎症性消化系统疾病的发生和进展密切有关。操控肠道微生物已成为治疗肠源性疾病的新策略，主要是通过补充抗炎细菌及其代谢物，消除致病菌并恢复肠道生态平衡。目前的治疗策略主要包括益生菌、益生元、合生元、粪便微生物移植（FMT）和噬菌体。
近年来，利用噬菌体特异性靶向致病菌作为一种精准医疗的方法，受到了广泛关注。此外，技术的创新和突破也为炎症性消化系统疾病的诊断和治疗带来了新的视野。例如，Lee等人最近提出了一种可扩展的肠道微生物组芯片（GMoC），该芯片具有源自Caco-2细胞的可重复的3D分层肠道上皮，可以通过高倍成像可视化肠道微生物群的行为和相互作用，以及它们对肠道健康和疾病的共同影响。此外，AI在机器学习、深度学习模型、神经网络、深度生成模型、图形处理单元和可解释模型等前沿算法的驱动下，正在彻底改变疾病的诊断和治疗。
结论
探索肠道微生物群的生态位变化为理解人类炎症性消化系统疾病提供了新的见解。然而，受多种混杂变量影响引起的微生物数据的异质性，仍是人群队列研究中的一大挑战。虽然收集大型多中心的临床队列可能有助于解决这一困境，但对于一些罕见疾病（如PSC），依靠样本量的优势将变得困难。同时，建立微生物实验设计和人群队列样本采集的最低质量控制标准，并加强多组学整合分析在微生物研究中的应用，有助于更好地发现疾病的联合生物标志物并阐明微生物的相互作用在疾病调控中的机制。此外，基于微生物的治疗策略和技术机遇与挑战并存，需要研究人员和临床医生在实践中不断检验不同治疗方式的合理性和可行性。
本文原文来自iMeta期刊，原文标题为“Gut microbiota in treating inflammatory digestive diseases: current challenges and therapeutic opportunities”，DOI：https://doi.org/10.1002/imt2.265。