Science：肠道健康指数通过测量微生物相互作用来追踪疾病

科学家们已经确定了一种通过测量肠道细菌如何相互作用来区分健康肠道与患病肠道，并追踪某些疾病进展的新方法。根据发表在《科学》杂志上的一项研究，罗格斯大学、西班牙格拉纳达大学和普林斯顿大学的科学家合作发现，健康和患病的肠道微生物组表现为两种不同的生态状态，其驱动因素不是单个微生物，而是整个细菌群落如何竞争和合作。

"我们不再问存在哪些细菌，而是开始问它们与其他细菌有何关系。"罗格斯环境与生物科学学院生态、进化与自然资源系副教授、该研究的资深作者Juan Bonachela说。

"这种视角的转变使我们能够将健康和疾病视为肠道微生物组的两种根本不同的状态。"

肠道健康的新指标

为了衡量细菌群落在健康和疾病之间如何转变，团队开发了一个称为生态网络平衡指数的新指标，该指数捕捉微生物群落是以竞争性还是合作性相互作用为主。

应用于现有数据时，ENBI能一致地将健康个体与多种疾病患者区分开来。在结直肠癌中，该指数随着疾病进展而上升。

"我们的新指标可以通过使用粪便样本等方式捕捉这种转变，区分健康人和病人。"环境与生物科学学院生物化学与微生物学系Henry Rutgers微生物组与健康教授、该研究的作者Maria Gloria Dominguez-Bello说。

Dominguez-Bello说，这些发现显示了当微生物群落重组自身时疾病是如何出现的。

疾病中微生物群落如何转变

"这项工作表明，肠道健康不仅关乎存在哪些细菌，还关乎它们如何相互作用。"她说。"在炎症性肠病、艰难梭菌感染、肠易激综合征和结直肠癌等疾病中，细菌形成更紧密连接的合作群体，这些群体可以占据主导地位并破坏正常功能。"

该研究的作者、罗格斯健康高级生物技术与医学中心主任Martin Blaser说，这些发现有助于解释为什么这么多与肠道相关的疾病难以预测和治疗。

"这给了我们一种新的方式来思考微生物组中出了什么问题。"Blaser说。"它表明，疾病是在整个系统转变时出现的，而不是聚焦于单个微生物。这为更早的检测和更有针对性的干预打开了大门。"

从计算机模型到真实数据

团队的研究始于构建计算机模型，模拟肠道细菌如何竞争营养和交换代谢副产物。

"起初我们只是测试模型是否能重现真实微生物组的基本特征。"该研究的主要作者Roberto Corral López说，他在罗格斯大学作为富布赖特博士访问学生进行了这项研究，并在西班牙格拉纳达大学完成。"但在很早的阶段，我们就看到它自然产生了两种不同的模式。"

这促使研究人员将他们的模拟与患者的DNA数据进行比较。

"当我们检查数据时，我们看到了相同的模式。"Corral López说，他现在也是西班牙Carlos I理论与计算物理研究所的博士后研究员。"那时我们意识到我们捕捉到了这些群落在疾病中重组方式的一些基本特征。"

两种对比鲜明的微生物组配置

肠道微生物组始终稳定在两种配置之一：一种与健康相关的、多样化的、竞争性的状态，和第二种与疾病相关的、由小而紧密连接的合作细菌群体主导的状态。

Bonachela说，这些见解和该工具最终可能帮助医生更早地发现问题。

"理论上，应该可以仅从粪便样本中测量它，这是一种非常非侵入性的监测肠道健康的方法。"他说。

对粪便移植和益生菌的意义

这些发现也可能有助于解释为什么益生菌和粪便微生物群移植等肠道疗法有时成功，有时失败。

"治疗通常基于这样的理念：需要特定的细菌存在。"Bonachela说。"但如果问题不在这里，如果问题是关键关系缺失，那么仅仅添加细菌是没有用的；必须重建这些关系。"

对于粪便移植，他说，益处可能不在于引入单个物种，而在于恢复整个微生物群落。

"粪便移植的有趣之处不在于你引入了物种。"Bonachela说。"而在于你引入了一个完整的群落，因此你保留了使该群落健康所需的相互作用。不是某些细菌需要存在。它们需要与合适的伙伴一起存在。"

迈向更个性化的微生物组疗法

Corral López说，这项工作最终可能使基于微生物组的疗法更具可预测性。

"目前，供体选择很大程度上基于可用性和基本健康筛查。"Corral López在提到粪便移植前的流程时说。"我们的工作开启了基于微生物相互作用网络的契合度而非仅仅存在哪些物种来匹配微生物群落可能性。这可以帮助我们设计针对每个患者微生物组定制的治疗方案，而不是依赖试错法。"

Bonachela呼应了这种对实际影响的关注。"我们正试图理解这些系统如何运作，以便能真正改善人们的生活。"Bonachela说。

罗格斯罗伯特·伍德·约翰逊医学院生物化学与分子生物学系的Michael Manhart为这项研究做出了贡献。其他贡献者包括普林斯顿大学的Simon Levin和格拉纳达大学的Miguel A. Munoz。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Roberto Corral López et al, Imbalance in gut microbial interactions as a marker of health and disease, Science (2026). DOI: 10.1126/science.ady1729.