微生物组医学是一门新兴学科，研究与人体相关的微生物群落如何影响健康与疾病，以及如何测量并有意调控以用于预防和治疗。该学科整合基因组学、宏基因组学、代谢组学和系统生物学，以揭示因果通路并指导微生物组靶向干预（例如饮食、益生菌、活体生物治疗产品和粪便微生物群移植）。金属元素（如铁、锌、铜、锰）是微生物代谢和免疫的核心辅因子；因此，微生物金属组学——研究微生物与金属相互作用的学科——在环境/营养金属可用性与微生物组功能、毒力、菌群失调及宿主结局之间提供了机制桥梁。1
微生物组概述
微生物组指的是定植于人体部位（如肠道、皮肤、口腔）的微生物（微生物群）的集体基因组及其"活动剧场"，包括代谢物和局部环境。1
微生物组的功能
微生物群影响消化、免疫发育、屏障完整性、外源性物质代谢以及与代谢疾病、炎症性肠病、哮喘和神经行为障碍相关的神经免疫信号传导。3 当前研究持续定义何为"健康"微生物组，以及其如何在不同个体和情境中变化。5
微生物组的定义
"微生物组"一词始于1988年，此后经过精确定义，以明确区别于"微生物群"，同时强调生态功能和"同一健康"背景。[4]
组成与多样性
健康的微生物组具有多样性和功能弹性；其组成受饮食、药物、环境和宿主遗传因素的影响。7 尽管广为引用的说法曾提出微生物细胞与人类细胞的比例为10:1，以及数磅的微生物生物量，但当代估计更接近相等且依赖于具体情境。8
微生物组医学
微生物组医学整合宏基因组学、代谢组学和因果推断，将微生物组科学转化为诊断和治疗方法。[8] 该领域通过将微生物功能和代谢物与个体风险及治疗反应相联系，支撑精准医学。[9]
人类微生物组的理解
大型联盟和纵向队列研究继续绘制微生物群落及其功能图谱，从而实现分层干预和风险预测。[9]
治疗应用
干预措施包括饮食、益生元/益生菌、活体生物治疗产品（LBPs）、后生元和粪便微生物群移植，临床证据和监管框架不断扩大。8
挑战与未来展望
关键挑战包括标准化、因果关系、效果持久性、安全性以及公平获取，所有这些都置于"同一健康"框架内。[8]
微生物金属组学
微生物金属组学研究微生物如何在生物系统（特别是肠道）中获取、转运、利用和解毒金属，以及这些过程如何塑造微生物生态和宿主生理。[10]
金属在微生物功能中的重要性
过渡金属（如铁、锌、锰、铜）作为酶的辅因子和结构元素，对微生物生长、应激反应和毒力至关重要。11 必需金属的缺乏或过量均可重塑群落和功能；有毒金属（如镉、铅、汞）通过微生物组扰乱代谢和免疫。13
金属获取与调控
微生物利用铁载体、输入/输出泵和分泌系统（如VI型分泌系统）来竞争金属并抵抗毒性；宿主通过"营养免疫"来平衡。12 微生物铜/锌稳态支撑生存、致病性和抗生素耐受性。[15] 环境金属负荷和慢性暴露可破坏微生物相互作用网络并降低生态弹性。16
对健康与疾病的启示
金属稳态失调和有毒暴露通过微生物-金属-宿主信号轴与菌群失调、炎症、代谢疾病和神经发育结局相关联。[14] 将金属组学与微生物组谱整合有助于解释饮食、环境和暴露对宿主表型的影响，并指导风险缓解。10
微生物组医学与微生物金属组学的交叉领域
金属在微生物组功能中的作用
金属可用性改变微生物基因表达、代谢物产生和种间竞争，以影响疾病轨迹和治疗反应的方式改变群落结构和功能输出。10 新出现的数据将金属暴露和微生物组变化与早期生命中的生长和代谢结局以及特定的增重模式联系起来。18 系统综述证实了有毒金属与人类肠道菌群失调之间的关联。[19]
微生物群落动态与金属生物可利用性
饮食金属、螯合剂和宿主螯合机制（如脂质运载蛋白-2、钙卫蛋白）塑造金属生物可利用性，改变病原体-共生菌竞争和微生物网络稳定性。[11] 金属组学为测量这些动态和设计调节金属生态位的微生物组靶向干预（MBTIs）提供了框架。14 将金属组学特征概念性转化为临床决策工具的工作正在积极开发中。[10]
对疾病与治疗策略的启示
微生物组医学日益认识到金属依赖性毒力因子和金属条件化生态状态作为治疗靶点。基础队列和综述工作定义了健康基线并指导特定适应症的MBTIs；可靠的临床资源有助于将公众兴趣和患者教育置于背景中。7[22]
研究与未来方向
方法学进展
高分辨率质谱、金属蛋白质组学和同位素解析分析（如感染金属组学）正在扩大生物标志物发现和作用机制研究，涵盖感染性和炎症性疾病。23 道德框架和生物样本库标准正在规范化，以负责任地转化微生物组科学。[5]
治疗应用
LBPs、下一代益生菌、噬菌体/CRISPR方法和FMT衍生策略正在进入胃肠道、免疫、代谢和神经免疫适应症的临床试验；面向公众的摘要强调了"将微生物作为药物"的潜力和局限。24 金属稳态失调与肠道病理日益相关，并可能成为自闭症谱系障碍等疾病中可调节的轴。[25]
未来展望
持续的标准化、因果建模和整合多组学——包括金属组学——有望改善患者分层并指导精准MBTIs。新兴的可摄入设备可能沿胃肠道采样和递送治疗剂，以在需求点实施微生物组医学。8[17]
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