什么是肠道微生物组
肠道微生物组是生活在胃肠道内的微生物群落及其基因和代谢功能的集合。虽然微生物存在于多个身体部位,但肠道微生物组因其密度、多样性和代谢活性而成为研究最广泛的对象。肠道微生物组最好被理解为一个生态系统:一个由许多不同微生物组成的生命群落,它们彼此之间以及与人体之间相互作用。
肠道微生物组是一个可测量的生物系统
肠道微生物组是一个动态的生物系统,对正常人体生理至关重要,影响免疫调节、肠道屏障完整性、代谢和全身信号传导。它是一个具有临床相关性的生物系统,对复杂和多系统表现具有重要影响。
微生物组的健康功能取决于平衡的生态系统
这些相互作用的性质并非固定不变,而是取决于肠道环境和整体生态平衡。这些相互作用通常分为四类:细菌、古菌、病毒、真菌。
微生物相互作用由平衡塑造,而非固定标签
这些相互作用的性质并非固定不变,取决于肠道环境和整体生态平衡。这些相互作用通常分为四类:
- 共生:对宿主没有可测量的益处或害处。
- 互利:对代谢、免疫调节或屏障完整性有积极贡献。
- 机会性:通常呈中性,但当生态平衡发生改变时可能造成损害。
- 致病性:能够引起疾病或破坏正常功能。
微生物将燃料转化为影响健康的化合物
肠道微生物以可利用的底物为食,包括膳食纤维、蛋白质和宿主来源的化合物,并将它们转化为与身体系统相互作用的代谢物。它们产生什么取决于哪些微生物存在、它们携带的功能通路以及可用的燃料来源。
肠道微生物组的关键有益功能
微生物通过它们产生的化合物和发出的信号影响人体生理。这些微生物代谢物与免疫通路相互作用,支持肠道屏障完整性,并有助于更广泛的代谢调节。
- 代谢:微生物代谢物影响能量利用、脂质加工和全身代谢平衡。
- 免疫调节:肠道微生物组有助于调节免疫反应并维持免疫平衡。
- 肠道屏障功能:微生物活性支持上皮完整性。
- 肠-脑及全身信号传导:微生物活性支持上皮完整性。
微生物组作为人体生物学的一部分发挥作用——而非与之分离。
仅仅知道存在哪些微生物是不够的,你需要知道生态系统正在做什么
微生物组物种在个体间差异很大,但不同的物种可以产生相同的基本代谢物。两个微生物概况截然不同的人可能具有相似的功能输出。这就是为什么临床见解日益关注代谢活动(例如丁酸产量),而非仅仅检测物种。
微生物组见解为临床护理增加了系统层面的视角。
微生物组同时与多个生物系统相互作用,可为慢性和复杂病例提供额外的解释性见解。在传统标志物无法完全解释的多系统表现中,理解微生物功能增加了更广泛的系统层面视角。在传统标志物无法完全解释的多系统表现中,理解微生物功能增加了更广泛的系统层面视角。在传统标志物无法完全解释的多系统表现中,理解微生物功能增加了更广泛的系统层面视角。
- 生态平衡:健康的微生物组并非由特定生物体的存在定义,而是由整个群落的平衡和多样性定义。这种平衡的破坏可将微生物相互作用从有益转变为机会性。
- 功能通路:两个个体可能拥有截然不同的微生物物种,却共享相似的功能输出——例如丁酸产量或黏蛋白降解。评估微生物在代谢上的作为通常比单独检测物种提供更有意义的见解。
- 代谢输出:微生物代谢物与身体组织相互作用,影响免疫调节、屏障完整性、代谢和全身信号传导。产生的产物取决于存在的微生物、它们携带的功能通路以及可用的燃料来源。
- 患者背景:相同的微生物概况可能因个体因素而产生不同的临床效果。许多因素,包括饮食、药物使用、免疫功能和肠道屏障完整性,都会影响微生物组的行为及其对该患者的意义。
关键要点
人类微生物组是一个可测量的生物系统,作为正常人体生理的一部分发挥作用。人群层面的衡量指标,如多样性和功能输出,可能比检测特定物种更具临床意义。随着对微生物组理解的加深,它正成为临床评估中越来越有价值的一部分,尤其是在慢性或多系统表现中。
参考文献:
- Sender R. Fuchs S. & Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biology 14 e1002533 (2016).
- Huttenhower C. et al. Structure function and diversity of the healthy human microbiome. Nature 486 207–214 (2012).
- Jiang Y. Che L. & Li S. C. Deciphering the personalized functional redundancy hierarchy in the gut microbiome. Microbiome 14 17 (2025).
- Fan Y. & Pedersen O. Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nat. Rev. Microbiol. 19 55–71 (2021).
- Lynch S. V. & Pedersen O. The human intestinal microbiome in health and disease. N. Engl. J. Med. 375 2369–2379 (2016).
- Koh A. DeVadder F. Kovatcheva-Datchary P. & Bäckhed F. From Dietary Fiber to Host Physiology: Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites. Cell 165 1332–1345 (2016).
- Zhernakova A. et al. Population-based metagenomics analysis reveals markers for gut microbiome composition and diversity. Science 352 565–569 (2016).
- De Filippis F. et al. Distinct genetic and functional traits of human intestinal Prevotella copri strains are associated with different habitual diets. Cell Host Microbe 25 444–453 (2019).
- Zhang Z. J. et al. Comprehensive analyses of a large human gut Bacteroidales culture collection reveal species- and strain-level diversity and evolution. Cell Host Microbe 32 1853–1867 (2024).
- Tian L. et al. Deciphering functional redundancy in the human microbiome. Nat Commun 11 6217 (2020).
- den Besten G. et al. The role of short-chain fatty acids in the interplay between diet gut microbiota and host energy metabolism. Journal of Lipid Research 54 2325–2340 (2013).
- Morrison D. J. & Preston T. Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut Microbes 7 189–200 (2016).
- Venkatesh M. et al. Symbiotic Bacterial Metabolites Regulate Gastrointestinal Barrier Function via the Xenobiotic Sensor PXR and Toll-like Receptor 4. Immunity 41 296–310 (2014).
- Honda K. & Littman D. R. The microbiota in adaptive immune homeostasis and disease. Nature 535 75–84 (2016).
- Furusawa Y. et al. Commensal microbe-derived butyrate induces the differentiation of colonic regulatory T cells. Nature 504 446–450 (2013).
- Arpaia N. et al. Metabolites produced by commensal bacteria promote peripheral regulatory T-cell generation. Nature 504 451 (2013).
- Mukhopadhya I. & Louis P. Gut microbiota-derived short-chain fatty acids and their role in human health and disease. Nat Rev Microbiol 23 635–651 (2025).
- Singh V. et al. Butyrate producers “The Sentinel of Gut”: Their intestinal significance with and beyond butyrate and prospective use as microbial therapeutics. Front. Microbiol. 13 (2023).
- Ren T. et al. Indole Propionic Acid Regulates Gut Immunity: Mechanisms of Metabolite-Driven Immunomodulation and Barrier Integrity. J Microbiol Biotechnol 35 e2503045 (2025).
- Cryan J. F. et al. The Microbiota-Gut-Brain Axis. Physiological Reviews 99 1877–2013 (2019).
- Matsuura M. Structural Modifications of Bacterial Lipopolysaccharide that Facilitate Gram-Negative Bacteria Evasion of Host Innate Immunity. Front. Immunol. 4 (2013).
- Zamyatina A. & Heine H. Lipopolysaccharide Recognition in the Crossroads of TLR4 and Caspase-4/11 Mediated Inflammatory Pathways. Front. Immunol. 11 (2020).
- Zhu M. et al. C-reactive protein and cancer risk: a pan-cancer study. BMC Med 20 301 (2022).
- Ridker P. M. et al. Relationship of C-reactive protein reduction to cardiovascular event reduction following treatment with canakinumab. The Lancet 391 319–328 (2018).
- Pradhan A. D. Manson J. E. Rifai N. Buring J. E. & Ridker P. M. C-Reactive Protein Interleukin 6 and Risk of Developing Type 2 Diabetes Mellitus. JAMA 286 327–334 (2001).
- d’Hennezel E. Abubucker S. Murphy L. O. & Cullen T. W. Total Lipopolysaccharide from the Human Gut Microbiome Silences Toll-Like Receptor Signaling. mSystems 2 e00046-17 (2017).
- Khorsand B. et al. Overrepresentation of Enterobacteriaceae and Escherichia coli is the major gut microbiome signature in Crohn’s disease and ulcerative colitis. Front. Cell. Infect. Microbiol. 12 (2022).
- Thompson K. N. et al. Alterations in the gut microbiome implicate key taxa and metabolic pathways across inflammatory arthritis phenotypes. Science Translational Medicine 15 eabn4722 (2023).
- Desai M. S. et al. A Dietary Fiber-Deprived Gut Microbiota Degrades the Colonic Mucus Barrier and Enhances Pathogen Susceptibility. Cell 167 1339-1353.e21 (2016).
- Zheng J. et al. Noninvasive microbiome-based diagnosis of inflammatory bowel disease. Nat Med 30 3555–3567 (2024).
- Qin J. et al. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes. Nature 490 55 (2012).
- Tuomainen M. et al. Associations of serum indole propionic acid a gut microbiota metabolite with type 2 diabetes and low-grade inflammation in high-risk individuals. Nutrition & Diabetes 8 35 (2018).
- Peron G. et al. A Polyphenol-Rich Diet Increases the Gut Microbiota Metabolite Indole 3-Propionic Acid in Older Adults with Preserved Kidney Function. Molecular Nutrition & Food Research 66 2100349 (2022).
- Spragge F. et al. Microbiome diversity protects against pathogens by nutrient blocking. Science 382 eadj3502 (2023).
- Byndloss M. X. et al. Microbiota-activated PPAR-γ signaling inhibits dysbiotic Enterobacteriaceae expansion. Science 357 570–575 (2017).
- (原文第36条参考文献为空)
【全文结束】

