现代肠道微生物组研究得益于高通量测序技术的发展，已确立胃肠道微生物群落是动物和人类宿主生物学的组成部分。动物研究确定了它们在多糖发酵、营养利用和宿主生理中的作用，而人类研究则将微生物组变化与代谢和炎症性疾病联系起来。《肠道微生物组合集》汇集了跨越不同宿主物种、人群和系统的研究，提供了更多关于饮食、地理和宿主生理如何塑造微生物组组成和功能的见解。
现代肠道微生物组研究随着高通量测序和后基因组生物学的进步而兴起。自2000年代中期以来，里程碑式的研究表征了跨越动物种类的密集、结构化的胃肠道微生物群落，揭示了它们独立于宿主基因组的代谢功能，包括多糖降解、维生素生物合成以及调节免疫信号传导和上皮稳态的代谢物产生。本文重点介绍了不同宿主物种间肠道微生物组的代谢和功能多样性，并从肠道微生物组的角度讨论了动物研究与人类研究之间的转化差距。它还涉及环境影响如何与宿主和/或肠道微生物组相互作用，为理解微生物组-宿主关系增加了更多复杂性。
动物研究在确立肠道微生物组功能和转化相关性方面居于核心地位。在草食动物和杂食动物中，微生物发酵使能量能够从宿主酶无法接触的植物多糖中提取出来，扩展了代谢能力。在家畜和水产养殖中，微生物组组成影响饲料效率、生长表现和疾病易感性，展示了宿主-微生物组相互作用可测量的生理和经济后果。适应化学成分复杂或富含毒素饮食的动物拥有富含碳水化合物活性酶、异生物质代谢途径和解毒系统的微生物群落，使其能够利用原本无法接触的底物。这些发现将动物肠道微生物组（包括人类）定位为代谢多样性的储库，与营养、生物技术和治疗发现相关。
人类微生物组研究建立在这些基础之上。早期研究揭示了显著的个体间差异，并确定了肠道微生物组组成与代谢、免疫和神经系统疾病之间的关联，产生了微生物组操纵可能带来治疗益处的期望。然而，临床转化一直有限。诸如益生菌、益生元和粪便微生物组移植等干预措施在人类试验中往往产生令人失望或微妙的结果，尽管在受控实验系统中表现出显著的生理效应。
这种转化差距的来源正变得越来越清晰。肠道微生物组组成受到宿主生理和环境变量的强烈影响，这些变量混淆了疾病关联。大型队列分析表明，排便频率、饮食和药物使用解释了先前归因于疾病状态的大量微生物组变异。直接生理测量进一步证明，肠道传输时间和管腔条件是微生物组成和代谢输出的主要决定因素，仅肠道传输时间就解释了与疾病无关的持续个体间差异。在慢性肾脏疾病（CKD）中，定量微生物组分析显示微生物组组成和功能潜力主要与传输时间、饮食和药物暴露相关，而与肾功能的关联在调整后明显减弱。重要的是，解释受到依赖于相对丰度数据的限制，这些数据没有考虑总微生物负载的变化。结合绝对丰度的定量微生物组分析已经修正了几个报告的疾病关联。在多种疾病中粪便样本中口腔细菌的明显富集反映了常驻肠道微生物组的耗竭，而非口腔分类群的真实扩张，支持耗竭标志物的解释。同样，当绝对丰度区分真正的增殖与组成变化时，具核梭杆菌在结直肠癌中的拟议作用已被重新评估。动物模型对于证明因果微生物组-宿主相互作用至关重要，包括无菌小鼠研究显示对代谢和肥胖相关表型的微生物组依赖性影响。然而，小鼠和人类之间的生理差异，包括但不限于肠道结构和微生物承载能力，限制了直接转化。即使在与人类微生物组相关的小鼠模型中，微生物群落行为也受到小鼠宿主环境的限制，降低了它们复制人类微生物生态的能力。定量分析进一步说明了这些限制：与人类相比，微生物组衍生的发酵产物在小鼠中对宿主能量平衡的贡献比例要大得多，表明等效的微生物组扰动可能在小鼠中产生更强的生理效应。
尽管上述突破重新校准了肠道微生物组转化研究的证据标准和期望，但确认性研究仍然是区分可重复的微生物组-宿主关联与依赖于情境效应的关键。该合集通过呈现跨越多样化人群、宿主物种和实验系统中的数据支持这一目标，强化了具有转化相关性的微生物组研究的实证基础。Udomkarnjananun等人分析了135名非透析CKD患者和19名对照者，结合3天饮食记录、粪便16S rRNA分析和血浆三甲胺-N-氧化物(TMAO)及细胞因子测量。CKD与短链脂肪酸产生菌的减少以及TMAO和炎症标志物的升高相关。在CKD队列中，低蛋白、高纤维饮食与糖解菌（如毛螺菌科NK4A136组和瘤胃真杆菌组）丰度增加相关，而高蛋白、低纤维饮食模式则富含蛋白水解菌属（如克雷伯菌），并显示更高的TMAO、IL-18和MCP-1水平。尽管基于相对丰度数据，这些发现在一定程度上与基于定量微生物组分析的研究一致，后者表明饮食和/或传输相关的从糖解到蛋白水解代谢的转变是CKD中微生物组变异的关键驱动因素。Jamaluddin等人分析了来自马来西亚三个社区（城市吉隆坡和农村瓜穆桑格及塔斯克班丁地区）的成人的肠道微生物组谱，代表了一个研究不足的全球南方人口。农村参与者表现出更高的系统发育多样性，尽管Shannon多样性在各组之间相当，表明农村微生物组的均匀度相似但系统发育谱系更广。群落结构因城市与农村状况而显著不同，地域解释了最大比例的变异，而年龄、粪便一致性和BMI贡献较小。农村微生物组富含普雷沃菌，而城市样本则显示更高的相对丰度的菌属，如Phocaeicola、Vescimonas和Megasphaera。功能预测表明，这些组成差异可能反映了当地饮食习惯和文化习惯，包括吉隆坡典型的富含碳水化合物和城市化的饮食模式。这些发现强调了针对微生物组的干预措施可能需要在其地理和饮食背景下进行评估。对于益生菌而言，定植和功能效应取决于给药菌株、常驻微生物组和宿主条件之间的兼容性。因此，益生菌的选择和结果衡量应基于当地微生物组基线，并在打算应用的群体中进行测试。Sharma等人评估了早期生命给予特定禽源乳杆菌群（在蛋内和/或孵化后给予）是否改变了肉鸡肠道微生物组发育和免疫基因表达。单次蛋内剂量在孵化后第一周增加了盲肠乳杆菌并减少了肠球菌和克雷伯菌，同时伴随盲肠扁桃体中促炎细胞因子(IFN-γ, IL-1β, IL-8)表达降低。一旦微生物组在4-5周稳定后，这些差异不再持续。该研究表明早期微生物暴露可以改变初始定植动力学和免疫转录反应，但持久效果需要在宿主肠道内持续的生态持久性。
与早期基因组学类似，早期希望微生物组发现会迅速带来新疗法的希望已被更现实的观点所取代：大多数微生物组-宿主关系是由宿主生理、环境暴露和生态约束塑造的，而不是单一因果生物。该领域的长期进展取决于通过界定哪些微生物组效应是一致的，哪些是依赖于情境的，以及哪些仅仅是反映潜在宿主状态，来澄清因果推断。该合集中汇集的研究通过提供跨人群和物种的证据，为这一累积努力做出了贡献，帮助我们改进如何解释微生物组变异及其生理和/或环境相关性。
【全文结束】