炎症性肠病（IBD），包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD），是一种慢性胃肠道炎症性疾病，全球负担不断上升。传统的诊断方法如内窥镜检查具有侵入性和高成本，因此需要非侵入性生物标志物。最近的研究强调了肠道微生物组在IBD发病机制中的关键作用，以及代谢组和免疫失调的作用。这篇综述总结了这些生物标志物的当前知识，提出了一个整合模型，以提高诊断、预后和个性化治疗策略。
全球负担和患病率
全球IBD的患病率急剧上升，2019年报告了490万例病例，主要由环境、遗传和生活方式因素驱动。CD和UC的发病率显著增加，老年人和有家族史的人群发病率更高。经济负担显著，特别是在欧洲和伊朗等地区，治疗费用因疾病严重程度和医疗系统的不同而异。
影响IBD的因素
IBD的病因涉及遗传易感性（如HLA基因变异）、环境触发因素（如饮食）和微生物失调的复杂相互作用。免疫相关基因（如TNFα和IL-1）的多态性加剧了炎症，而饮食则塑造了微生物组的组成。值得注意的是，NOD2基因变异与Enterobacteriaceae丰度相关，将遗传学与微生物失衡联系起来。
IBD中的微生物组特征
IBD患者的肠道微生物组表现出α多样性降低和组成改变，表现为：
- 细菌：减少的F. prausnitzii（丁酸生产者）和增加的Enterobacteriaceae（如大肠杆菌），促进炎症。
- 真菌：升高的Candida albicans和Malassezia，促进促炎细胞因子如IL-17的产生。
- 病毒：富集的Caudovirales噬菌体，与细菌失调相关。
来自肠道微生物群和宿主细胞的胞外囊泡（EVs）调节免疫反应，并作为潜在的生物标志物，miRNAs和ANXA1等蛋白质与疾病活动相关。
IBD中的代谢组特征
失调扰乱了代谢物谱，包括：
- 短链脂肪酸（SCFAs）：减少的丁酸水平损害抗炎反应。
- 胆汁酸和TCA循环中间体：在IBD中改变，与疾病严重程度相关。
代谢组技术（NMR、MS）揭示了不同的粪便和血清谱型，有助于区分CD和UC，并预测治疗反应。
免疫生物标志物
关键的免疫标记物包括：
- 诊断：抗酿酒酵母抗体（CD）和pANCA（UC）。
- 预后：Oncostatin M（OSM）预测对TNF拮抗剂的无反应。
- 治疗监测：复发期间升高的IL-1β、IL-8和CXCL趋化因子。
失调驱动的代谢物变化（如低SCFAs）通过NF-κB和NLRP3途径加剧炎症。
生物标志物的整合
一个整合模型将微生物组的变化（如F. prausnitzii的减少）与丁酸减少联系起来，破坏Th17/Treg平衡并升高IL-6/IL-17。这些相互作用突出了多组学方法在揭示IBD机制方面的潜力。
AI-ML进展
机器学习算法分析微生物组和代谢组数据，以预测疾病发作和治疗反应。挑战包括数据集多样性和模型泛化能力，但AI在个性化IBD管理方面显示出前景。
未来方向
纵向研究和多组学整合对于验证不同人群中的生物标志物是必要的。研究应探索因果微生物-免疫关系和治疗性微生物组调节。
结论
这篇综述强调了微生物、代谢和免疫生物标志物在IBD中的相互关联作用。尽管目前的生物标志物缺乏普遍特异性，但整合方法和AI驱动的分析为IBD护理中的精准医学提供了变革性的潜力。
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