蔣建文，李蘭娟

·導(dǎo)向與述評·

人體微生態(tài)與疾病的研究現(xiàn)狀和展望

蔣建文，李蘭娟

人體定植著數(shù)目龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物群落，其基因總和稱之為人體微生物組。人體微生物在與宿主共進(jìn)化過程中形成共生關(guān)系，在調(diào)節(jié)宿主的消化吸收、代謝和免疫反應(yīng)等各方面發(fā)揮重要作用。人體微生物與多種疾病如感染性疾病、肥胖癥、糖尿病、肝病、冠心病以及腫瘤等存在密切關(guān)系。目前人體微生物在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究尚處于初級階段，雖然國際上人體微生態(tài)與疾病關(guān)系的研究日趨白熱化，但是人體微生態(tài)研究領(lǐng)域中有很多關(guān)鍵技術(shù)和問題尚須要深入探索。

人體微生態(tài)；人體微生物組；腸道微生態(tài)；元基因組

人體定植著數(shù)目龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物群落，其基因總和稱為人體微生物組，也稱為“元基因組”。人體微生物在與宿主共進(jìn)化過程中形成共生關(guān)系，在調(diào)節(jié)宿主的消化吸收、代謝和免疫反應(yīng)等各方面發(fā)揮重要作用。人體微生物與人體多種疾病如感染性疾病、肥胖癥、糖尿病、肝病、冠心病以及腫瘤等存在密切關(guān)系［1-3］。從微生物組層面探索人體微生物與感染性疾病和多種慢性疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，尋找多種疾病早期診斷的生物標(biāo)志物和治療的潛在靶標(biāo)，開發(fā)新型的針對微生物為靶點(diǎn)的藥物，將可能對目前嚴(yán)重感染和多種慢性疾病的治療產(chǎn)生重大影響。本文介紹近年來這方面的研究進(jìn)展和作者的展望。

1 人體微生態(tài)研究的國際進(jìn)展

1.1人體微生態(tài)的起源及進(jìn)化 從達(dá)爾文的自然選擇理論來看，人類攜帶的共生微生物是微生物（包括細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌及病毒）與人類共同選擇、共同進(jìn)化的結(jié)果。人體微生物中不同菌群種類之間，菌群與病毒之間，菌群、宿主與環(huán)境之間，始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，形成一個互相依存的復(fù)雜生態(tài)系［4］。人體微生態(tài)系統(tǒng)包括口腔、皮膚、泌尿道、呼吸道、陰道和腸道6個微生態(tài)系統(tǒng)，其中以腸道微生態(tài)系統(tǒng)最為主要，也最為復(fù)雜，2005年Hooper［5］提出腸道菌群相當(dāng)于人體的一個重要代謝“器官”。

最近有研究通過比較順產(chǎn)和剖腹產(chǎn)嬰兒的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)剖腹產(chǎn)嬰兒與順產(chǎn)嬰兒的腸道菌群差異顯著，斷奶促使嬰兒腸道微生物成熟，特征種屬細(xì)菌的轉(zhuǎn)變證明嬰兒腸道微生物的轉(zhuǎn)化是非隨機(jī)的［6］。美國Gordon團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)健康嬰兒母親的母乳中與大腦發(fā)育相關(guān)的唾液酸化糖含量比發(fā)育遲緩嬰兒母親的母乳中更加豐富，證明母乳中的這一類關(guān)鍵成分促進(jìn)嬰幼兒健康生長［7］。Sonnenburg等［8］發(fā)現(xiàn)低纖維飲食引發(fā)機(jī)體腸道細(xì)菌不可逆的耗竭或?qū)⑦z傳給后代，而低纖維飲食不僅會降低哺乳動物機(jī)體中的復(fù)雜微生物生態(tài)系統(tǒng)多樣性，還會引發(fā)其后代腸道中微生物生態(tài)多樣性的不可逆缺失。

1.2腸道微生態(tài)與感染性疾病 感染性疾病嚴(yán)重危害人類健康，美國每年約有30萬患者死于嚴(yán)重感染［9］，我國感染病患者更多。2001年李蘭娟首次提出感染微生態(tài)學(xué)理論，強(qiáng)調(diào)要從感染發(fā)生、發(fā)展的多個環(huán)節(jié)尋找預(yù)防和治療感染的方法，提出“殺菌和促菌”相結(jié)合，倡導(dǎo)合理應(yīng)用抗生素，注重維護(hù)人體微生態(tài)平衡，保護(hù)器官功能［10］。

長期應(yīng)用抗生素會破壞腸道菌群，導(dǎo)致大量人體正常厭氧菌死亡，耐藥致病菌繁殖并且產(chǎn)生毒素進(jìn)而加速腸蠕動，同時腸粘膜免疫應(yīng)答模式改變，屏障功能下降，加重腸粘膜炎癥，導(dǎo)致腹瀉，甚至引起內(nèi)源性感染?？股叵嚓P(guān)性腹瀉（antibioticassociated diarrhea， AAD）的本質(zhì)是菌群失衡引起的內(nèi)源性感染，在剛開始接受抗生素治療的患者、全療程接收抗生素治療的患者以及抗生素治療完成后2個月的患者中均可發(fā)生。使用抗生素患者AAD發(fā)病率為5％～30％，AAD導(dǎo)致了較高的致病率、致死率以及嚴(yán)重的財政負(fù)擔(dān)［11］。

艱難梭菌是AAD的主要致病菌，一般寄生在人的腸道內(nèi)。艱難梭菌可利用初級膽汁酸從芽孢狀態(tài)發(fā)芽為活性狀態(tài)，而次級膽汁酸及腸道固有定植菌可以抑制活性艱難梭菌的繁殖和定植?？股氐氖褂脤?dǎo)致大量厭氧菌死亡，無法將膽固醇代謝生成的初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，易于引發(fā)艱難梭菌感染，在微生態(tài)已經(jīng)嚴(yán)重失衡的情況下，再用抗生素治療艱難梭菌感染易造成感染反復(fù)，療效不佳［12］。2013年van等［13］報道，采用隨機(jī)對照臨床試驗發(fā)現(xiàn)糞菌移植治療艱難梭菌反復(fù)感染，效果明顯優(yōu)于抗生素治療。該研究顯示了腸道菌群的保護(hù)作用和通過糞菌移植重建破壞后的腸道微生態(tài)對于復(fù)雜感染治療的意義。

流感嚴(yán)重危害人類健康，Lu等［14］和Qin等［15］均發(fā)現(xiàn)H7N9型禽流感患者腸道菌群失衡。李蘭娟根據(jù)感染微生態(tài)理論提出了“四抗二平衡”治療策略（ 抗病毒、抗低氧血癥和多器官衰竭、抗休克、抗感染治療；維持水電解質(zhì)酸堿平衡、調(diào)節(jié)人體微生態(tài)平衡），維持腸道微生態(tài)平衡是重要的一個方面，通過益生菌治療能夠降低H7N9型禽流感患者內(nèi)源性感染［16］，采用人工肝和益生菌聯(lián)合治療能顯著減少H7N9型禽流感患者內(nèi)源性感染導(dǎo)致的死亡，益生菌治療未引起菌血癥和敗血癥［17］。

1.3腸道微生態(tài)與肥胖和糖尿病等代謝性疾病 全球正面臨肥胖流行導(dǎo)致的代謝健康危機(jī)。近年來，越來越多的證據(jù)顯示腸道菌群的改變與肥胖、糖尿病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。流行病學(xué)調(diào)查顯示Ⅱ型糖尿病患者腸道菌群組成發(fā)生改變，血漿脂多糖水平上升，腸道菌群的改變可引起體內(nèi)慢性炎癥反應(yīng)［18-19］。Qin 等［20］使用宏基因組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)Ⅱ型糖尿病患者腸道微生態(tài)中度失調(diào)、產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌減少和各種機(jī)會性致病菌增多，并指出了23個菌種可能成為區(qū)分Ⅱ型糖尿病與健康人的生物標(biāo)志物。

Delzenne等［21］發(fā)現(xiàn)肥胖癥和Ⅱ型糖尿病患者體內(nèi)腸道菌群發(fā)生改變，腸道屏障功能受損是該疾病的發(fā)病原因之一。美國Gardon團(tuán)隊的研究表明，植入肥胖人群糞便的無菌小鼠，其體質(zhì)量較植入消瘦人群糞便的無菌小鼠體質(zhì)量明顯增加［22］。肥胖相關(guān)菌群的發(fā)現(xiàn)使利用菌群移植影響人類代謝成為可能。腸道菌群的組成和活性的變化與不同的代謝障礙，包括肥胖，糖尿病和心臟能量代謝紊亂相關(guān)。最近的證據(jù)表明，不同的器官直接受到細(xì)菌代謝物的影響，這些影響可以直接或間接地調(diào)節(jié)機(jī)體生理和病理過程。腸道微生物通過影響能量、葡萄糖和脂質(zhì)平衡，控制內(nèi)分泌、腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同的代謝途徑。這些腸道菌群與各器官之間及代謝物之間的聯(lián)系促進(jìn)人們對疾病機(jī)制的理解，并且可以以這些代謝物作為治療疾病的靶點(diǎn)［23］。

1.4腸道微生態(tài)與肝病 由于肝臟與腸道特殊的生理與解剖關(guān)系，腸道微生物通過肝-腸循環(huán)和肝-腸軸，在肝臟炎癥、損傷、慢性纖維化及腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。Ren等［24］發(fā)現(xiàn)肝臟缺血預(yù)處理促進(jìn)了腸道微生態(tài)的恢復(fù)，進(jìn)而通過“肝-腸軸”的正反饋進(jìn)一步改善移植肝功能。Zhu等［25］發(fā)現(xiàn)非酒精性脂肪性肝炎患者腸道中產(chǎn)酒精細(xì)菌比例上升，導(dǎo)致血液中內(nèi)源性乙醇濃度升高，提示產(chǎn)酒精細(xì)菌參與非酒精性脂肪性肝炎發(fā)病，產(chǎn)酒精細(xì)菌可能作為干預(yù)靶點(diǎn)或疾病標(biāo)志物。

近年來，Lu等［26］發(fā)現(xiàn)通過測定腸道雙歧桿菌與腸桿菌數(shù)量比值（B/E值）可以判斷腸道微生態(tài)的失衡程度，B/E值隨著肝臟病情加重逐步降低。Lu等［27］還發(fā)現(xiàn)肝移植圍手術(shù)期發(fā)生感染的患者腸道菌群多樣性顯著減少，齒雙歧桿菌增加，與感染顯著相關(guān)。

Ling等［28］發(fā)現(xiàn)肝硬化患者腸道菌群與口腔菌群結(jié)構(gòu)有很大的相似性，肝硬化患者的腸道致病菌可能來源于口腔?；颊呖谇恢袧撛诋a(chǎn)H2S和CH3SH菌，比如：Fusobacterium，F(xiàn)ilifactor，Eubacterium，Parvimonas 和Treponema在乙型肝炎肝硬化患者中顯著增加，可能是患者口臭的原因。Chen等［29］發(fā)現(xiàn)肝硬化患者十二指腸粘膜菌群結(jié)構(gòu)出現(xiàn)顯著改變，個體之間粘膜菌群差異很大，在屬水平上，Veillonella，Megasphaera，Dialister等在肝硬化患者十二指腸中比例增高，而Neisseria，Haemophilus等在對照組中比例較高。

Lv等［30］發(fā)現(xiàn)原發(fā)性膽汁性肝硬化（primary biliary cirrhosis， PBC）患者腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能也出現(xiàn)顯著的變化，PBC患者腸道條件性致病菌豐度大幅度增加，大多數(shù)PBC患者富集的腸道菌群與肝硬化的惡化和炎癥因子升高呈正相關(guān)。Lu等［31］發(fā)現(xiàn)肝硬化肝癌患者口腔菌群存在失衡，該類患者舌苔微生物菌群多樣性顯著高于健康對照組，舌苔上占優(yōu)勢菌群的梭菌屬和放射菌屬的豐度顯著高于健康對照組，而擬桿菌的菌群豐度下降。

Chen等［32］發(fā)現(xiàn)慢加急性肝衰竭患者腸道微生態(tài)失衡與病死率密切相關(guān)，腸道優(yōu)勢菌群如瘤胃球菌和毛螺菌與炎癥因子水平顯著相關(guān)，該類患者腸道巴斯德氏菌科細(xì)菌增多，高終末期肝病模型評分與高病死率相關(guān)。腸道巴斯德氏菌科細(xì)菌增多可作為患者死亡的獨(dú)立預(yù)測因素。

李蘭娟團(tuán)隊用元基因組學(xué)的研究方法建立了世界上首個肝病腸道菌群基因集，從腸道菌群發(fā)生紊亂的角度揭示肝硬化發(fā)生發(fā)展的機(jī)制。首次發(fā)現(xiàn)肝硬化患者口腔菌移位至腸道。同時發(fā)現(xiàn)了15個高特異性和高靈敏性的微生物基因，通過這15個基因建立了預(yù)測疾病的模型，不僅有助于肝硬化診斷，還能用于肝硬化療效的評估［33］。

1.5腸道微生態(tài)與腸道疾病 正常人對自身的腸道菌處于耐受狀態(tài)，而在炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease， IBD）患者中這種耐受狀態(tài)被打破，腸道微生態(tài)存在失衡，雙歧桿菌等益生菌減少，而硫酸鹽還原菌等增多，腸腔內(nèi)丁酸鹽產(chǎn)生下降，腸道通透性增加，腸腔內(nèi)的細(xì)菌抗原及內(nèi)毒素等促炎物質(zhì)進(jìn)入腸黏膜固有層，誘發(fā)免疫炎性反應(yīng)［34-35］。各種原因?qū)е碌哪c道菌群結(jié)構(gòu)和功能的改變與腸道炎癥性疾病的形成密切相關(guān)，目前研究表明IBD患者腸道菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變，Verma等［36］發(fā)現(xiàn)潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis， UC）患者結(jié)腸中空腸彎曲菌的數(shù)量與病情活動相關(guān)，重度UC與緩解期UC有顯著差異。

肥胖與結(jié)直腸癌的發(fā)病率呈正相關(guān)，纖維素飲食與結(jié)直腸癌的發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)。肥胖及高脂飲食可引起腸道菌群紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致膽汁酸代謝異常，脫氧膽汁酸形成增多，促進(jìn)大腸腺瘤的發(fā)生、演變甚至惡變［37-38］。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，雖然祖先都在非洲，美國非裔卻更易患腸癌。 O’Keefe等［39］發(fā)現(xiàn)非裔美國人患結(jié)腸癌的比例明顯高于生活在鄉(xiāng)村的南非人， 這可能與非裔美國人更多的動物蛋白和脂肪攝入、更少的纖維攝入、更多的小腸次級膽汁酸以及更少的結(jié)腸短鏈脂肪酸相關(guān)。非裔美國人食物的組成改變后，其腸道菌群及腸道代謝組都發(fā)生了改變。

1.6腸道微生態(tài)與心血管疾病 在心腦血管疾病發(fā)生過程中，動脈粥樣硬化是其主要的病理基礎(chǔ)，高脂飲食及其伴隨的內(nèi)毒素血癥和血管內(nèi)免疫是重要的始動和影響因素，而腸道菌群在此過程中的作用必不可少。研究發(fā)現(xiàn)血中較高水平的氧化三甲胺（trimetlylamine oxide， TMAO）與隨后的3年死亡和非致死性心臟病發(fā)作或腦卒中風(fēng)險有較高相關(guān)性，提示調(diào)控腸道菌群可為預(yù)防和治療心腦血管系統(tǒng)疾病提供新的可能［40］。

2016年Zhu等［41］發(fā)現(xiàn)腸道微生物通過產(chǎn)生TMAO直接促進(jìn)血小板的超敏性，增加血栓風(fēng)險。人群分析表明血漿中TMAO的水平足以預(yù)測3年內(nèi)的血栓風(fēng)險（包括心臟衰竭和腦卒中）。將血小板直接暴露于TMAO會導(dǎo)致血小板內(nèi)儲存鈣離子的釋放增加，進(jìn)而增強(qiáng)刺激依賴性的血小板激活。Wang等［42］首次在冷榨的特級初榨橄欖油和葡萄籽油中發(fā)現(xiàn)了3，3-二甲基-1-丁醇（DMB）的天然抑制劑可以幫助小鼠降低機(jī)體中TMAO水平及動脈粥樣硬化程度，該研究為開發(fā)新型療法用于治療心臟疾病提供了新的線索，可通過靶向調(diào)節(jié)腸道微生物來有效抑制飲食誘導(dǎo)的心臟疾病的發(fā)生和進(jìn)展。

1.7腸道微生態(tài)與神經(jīng)系統(tǒng)疾病 腸道微生物與神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)育及功能直接相關(guān)，影響著人類大腦的功能。腸道微生物在焦慮癥、抑郁癥及自閉癥等疾病中起重要的作用。腸道微生物代謝產(chǎn)生的小分子物質(zhì)可以作用于小鼠大腦，進(jìn)而改變小鼠的一些行為能力，比如對環(huán)境的適應(yīng)、性行為等，這種代謝小分子還可提高人類自閉癥及焦慮癥等相關(guān)疾病的風(fēng)險［43-44］。Hsiao等［45］發(fā)現(xiàn)腸道菌群的改變在自閉癥譜系障礙的小鼠模型中導(dǎo)致某些行為異常，提示了益生菌治療此類疾病的潛在益處。這些研究為今后開發(fā)人類神經(jīng)性疾病的治療方法提供了新的思路。

阿爾茲海默癥是一種嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?6］，目前研究表明該病與腸道菌群關(guān)系密切：腸道菌群可通過菌群-腸-腦軸來調(diào)節(jié)宿主的腦功能及行為，包括認(rèn)知行為；腸道菌群失調(diào)引起腸道及血腦屏障的通透性增加；腸道菌群代謝產(chǎn)物及其對宿主神經(jīng)化學(xué)的影響以及病原體感染可能增加阿爾茲海默癥的發(fā)病風(fēng)險；用無菌動物模型研究發(fā)現(xiàn)抗生素、益生菌及飲食干預(yù)可導(dǎo)致腸道菌群及腸道生理的改變，并影響宿主的認(rèn)知行為，從而增加或降低阿爾茲海默癥的發(fā)病風(fēng)險［47-48］。

1.8腸道微生態(tài)與腫瘤 腸道菌群與宿主發(fā)生腫瘤的關(guān)系十分復(fù)雜。衰老、抗生素、吸煙、激素、飲食等因素可能造成腸道微生態(tài)失調(diào)，從而增加腫瘤的發(fā)生機(jī)率。腸道菌群中的某些成員可能改變菌群與免疫系統(tǒng)之間的平衡，促進(jìn)慢性炎癥及腫瘤的發(fā)生。失調(diào)的腸道菌群可能不受控制地激活先天免疫系統(tǒng)中的模式識別受體和Toll樣受體，改變適應(yīng)性免疫反應(yīng)的平衡，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生［49］。

在腫瘤治療過程中，不同的治療方法可能改變腸道菌群的組成，而腸道菌群也可能影響各種療法的效果［50］。腸道菌群參與抗腫瘤治療的作用，例如環(huán)磷酰胺是重要的抗腫瘤藥物，可導(dǎo)致小鼠小腸菌群組成的改變及某些革蘭陰性菌向次級淋巴器官轉(zhuǎn)移，淋巴器官處的細(xì)菌刺激宿主產(chǎn)生一群特殊的pTh17細(xì)胞以及Th1記憶細(xì)胞的免疫應(yīng)答，刺激抗腫瘤免疫反應(yīng)。但是環(huán)磷酰胺對無菌小鼠或用抗生素殺死革蘭陰性菌的小鼠無效，說明腸道菌群調(diào)節(jié)環(huán)磷酰胺的抗癌免疫效應(yīng)［51］。Daillère等［52］發(fā)現(xiàn)海氏腸球菌和Barnesiella intestinihominis菌對環(huán)磷酰胺的抗癌效果至關(guān)重要；海氏腸球菌從小腸移位至次級淋巴器官并增加瘤內(nèi)CD8/Treg比例，Barnesiella intestinihominis菌富集于結(jié)腸并促進(jìn)癌灶中產(chǎn) IFN-γ的γδT細(xì)胞的滲透。

檢查點(diǎn)抑制劑是能夠喚醒免疫系統(tǒng)抵抗腫瘤的新型藥物，對腫瘤的治療具有顯著的療效。研究者發(fā)現(xiàn)該類藥物對一部分患者并沒有效果，檢測這部分患者體內(nèi)的微生物種群，顯示存在異常，推測因為這些患者腸道菌群的異常導(dǎo)致機(jī)體不能正常地產(chǎn)生抗腫瘤免疫反應(yīng)［53］。破壞腸道菌群會導(dǎo)致免疫療法以及鉑治療對皮下腫瘤的療效降低。在抗生素處理過的或者無菌的小鼠中，腫瘤浸潤的髓系來源細(xì)胞對腫瘤治療的反應(yīng)非常微弱。要使腫瘤治療達(dá)到期望的療效，需要完整的共生菌群來調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中的髓系來源細(xì)胞的功能［54］。

微生物能夠影響治療效果，與腫瘤發(fā)展相關(guān)的菌群“腫瘤微生物”越來越受到關(guān)注。 雖然一些研究發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌與癌癥之間的相關(guān)性，但沒有確切的證據(jù)表明這些細(xì)菌直接導(dǎo)致了腫瘤的發(fā)生。要確切地證明腫瘤相關(guān)細(xì)菌與腫瘤的因果關(guān)系，需要更好的實驗設(shè)計，比如將腫瘤相關(guān)細(xì)菌轉(zhuǎn)移至無菌動物或者擁有人源化免疫系統(tǒng)的小鼠體內(nèi)進(jìn)行深入研究［55］。

1.9糞菌移植 早在1600年前葛洪在《肘后備急方》中就有關(guān)于用人的糞便治療食物中毒、發(fā)熱、腹瀉及瀕臨死亡患者的文獻(xiàn)記載，葛洪是現(xiàn)代糞菌移植治療的先驅(qū)。2013年van Nood等［13］報道糞菌移植治療艱難梭菌反復(fù)感染效果明顯優(yōu)于抗生素治療，更是將糞菌移植推向主流醫(yī)學(xué)的地位。

糞菌移植對于很多人尚難以接受，而研制口服微生態(tài)制劑調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)更加可行。Matthew通過將臨床樣本與計算機(jī)分析篩選相結(jié)合，開發(fā)出了針對某種特定疾病研制個體化微生態(tài)制劑的方法。他們利用該方法研制了一款包含50多個分類操作單元的菌群微生態(tài)制劑（SER-109）治療艱難梭菌感染，臨床試驗顯示經(jīng)過8周的治療后，97％的患者未檢測到艱難梭菌感染復(fù)發(fā)，治療24周后，對可跟蹤的26例患者復(fù)查發(fā)現(xiàn)，88％未檢測到艱難梭菌感染復(fù)發(fā)，療效大大優(yōu)于傳統(tǒng)治療方式（傳統(tǒng)治療復(fù)發(fā)率大于60％）。另外，SER-109在治療過程中并未出現(xiàn)由該藥物引起的嚴(yán)重不良反應(yīng)［56］。2016年SER-109最新的二期臨床試驗結(jié)果未達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，研究失敗，其中的原因很多，也說明微生態(tài)制劑治療感染尚有很多不足和缺陷，須要進(jìn)一步研究［57］。

2 人體微生態(tài)與疾病研究領(lǐng)域須要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)和問題

目前人體微生物在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究尚處于初級階段。雖然國際上人體微生態(tài)與疾病關(guān)系的研究日趨白熱化，但是人體微生態(tài)研究領(lǐng)域中有很多關(guān)鍵技術(shù)和問題須要深入探索［58-59］，歸納如下。

2.1加強(qiáng)人體微生物組，尤其是腸道微生物組研究中的方法學(xué)研究 建立標(biāo)準(zhǔn)化的研究方法，分析標(biāo)準(zhǔn)和確定參照體系；建立標(biāo)準(zhǔn)的模式動物模型，尤其是無菌動物和定植人源性腸道菌群的動物模型，開發(fā)對關(guān)鍵微生物以及全部腸道微生物進(jìn)行培養(yǎng)的技術(shù)體系，并對關(guān)鍵功能菌進(jìn)行基因和功能研究。

2.2開創(chuàng)中國微生物組計劃 世界多個國家均創(chuàng)立了微生物組計劃，我國須要盡快創(chuàng)立中國人的人體微生物組研究計劃和中國人群重大慢性疾病患者腸道菌群研究的臨床標(biāo)本庫和數(shù)據(jù)庫。結(jié)合流行病學(xué)資料，全面揭示我國重大慢性病患者群人體微生物組的結(jié)構(gòu)特征。

2.3加強(qiáng)人體微生態(tài)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析工具及處理方法研究 目前對于微生態(tài)研究中的實驗和數(shù)據(jù)分析方法缺乏國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，國際微生態(tài)學(xué)界急須綜合國際主要科學(xué)家的實驗和數(shù)據(jù)分析方法形成國際通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國際級的研究項目需要多個國家的研究團(tuán)隊協(xié)作完成。

2.4促進(jìn)人體微生物組研究從分類學(xué)向功能學(xué)和作用機(jī)制方面研究 目前人體微生物組研究大多是較簡單的分類學(xué)研究，將來應(yīng)該向深入的功能基因組學(xué)研究方向發(fā)展，研究不同個體、生命不同階段，不同生境的微生態(tài)的動態(tài)發(fā)育過程，尋找與疾病發(fā)生、發(fā)展直接相關(guān)的關(guān)鍵微生物及其功能基因和作用機(jī)制。

2.5研究多種致病因素對人體微生態(tài)的動態(tài)影響和微生態(tài)破壞后重建的過程和方法 研究原發(fā)病、抗生素、化學(xué)毒物、應(yīng)激以及多因素協(xié)同等對不同年齡階段人體微生態(tài)的動態(tài)影響，主要是對腸道微生態(tài)的動態(tài)影響和研究微生態(tài)破壞后重建的過程和方法，采用模式動物進(jìn)行人體微生態(tài)與疾病發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)歸的作用機(jī)制和干預(yù)措施的研究。

2.6注重轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，開發(fā)新的微生態(tài)調(diào)節(jié)劑和規(guī)范的治療方法 研究人體微生物與藥物吸收和代謝的相互作用機(jī)制，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，具有醫(yī)療和保健價值的微生態(tài)調(diào)節(jié)劑，能夠用于預(yù)防和治療相關(guān)疾病，建立微生態(tài)重建的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方法，并進(jìn)行隨機(jī)對照臨床研究，使陰道及腸道微生態(tài)治療（包括糞菌移植）成為一種可供使用的規(guī)范治療手段。

3 國內(nèi)外對人體微生態(tài)研究的項目和經(jīng)費(fèi)支持概況

人體微生態(tài)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究得到各國的廣泛重視。2007年《腸道微生態(tài)與感染的基礎(chǔ)研究》獲得我國國家重大基礎(chǔ)研究（973）計劃的立項支持；2007年歐洲聯(lián)盟（歐盟）啟動研究腸道微生態(tài)的人類腸道微生物宏基因組學(xué)（metagenomics of human intestinal tract， MetaHIT）計劃，支持力度2120萬歐元［60］；2008年美國啟動研究人類微生物的人類微生物組計劃（human microbiome project，HMP），支持力度1.15億美元［61］；此外，加拿大、日本、新加坡等國亦開展了此類研究。

2012年以來，在微生態(tài)研究領(lǐng)域，美國開展HMP2計劃，歐盟開展MetaHIT第二階段研究，支持力度2500萬歐元；中國也進(jìn)行973計劃的滾動支持，資助力度是2200萬元。2015年美國48個科學(xué)家聯(lián)合在Science發(fā)文，建議美國政府在實施“腦科學(xué)”和“精準(zhǔn)醫(yī)療”兩大科學(xué)計劃后，發(fā)起“聯(lián)合微生物組計劃”，以研究地球上的微生物［62］。2016年5月13日，美國啟動“國家微生物組計劃”，其中白宮投資1.21億美元，社會資本投入4億美元，用于新研究計劃支持跨學(xué)科研究，開發(fā)平臺技術(shù)，通過公民科普和參與，擴(kuò)大微生物研究的影響力［63］。因此，目前腸道微生態(tài)研究已經(jīng)是繼精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)之后上升到國家醫(yī)療戰(zhàn)略高度的另一研究領(lǐng)域。

我國國家自然科學(xué)基金委員會2015年9 月在杭州舉辦了以“腸道微生物與疾病”為主題的“雙清論壇”，并且將腸道微生態(tài)與消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展（H1617）列為2016 年國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目的支持方向，資助力度較美國和歐盟的計劃相比有限，我國科技部在科技重點(diǎn)研發(fā)計劃方面尚無“中國微生物組計劃”的立項，在目前國家層面的科研計劃和經(jīng)費(fèi)支持力度有限的情況下，中國科學(xué)家在微生態(tài)領(lǐng)域的研究趕超美國及歐盟等發(fā)達(dá)國家任重而道遠(yuǎn)。

4 加強(qiáng)人體微生態(tài)與感染性疾病以及多種重大慢性疾病關(guān)系研究的提議

人體微生態(tài)與感染性疾病以及多種重大慢性疾病的互作關(guān)系及機(jī)制已成為國際研究潮流。但是這些互作關(guān)系復(fù)雜，具體機(jī)理尚不清楚，隨著元基因組學(xué)、感染基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)技術(shù)以及模式研究動物和大樣本隊列研究的進(jìn)展，人體微生物組與這些疾病的關(guān)系和機(jī)制有望得到深入系統(tǒng)的研究。

鑒于人體微生態(tài)與感染性疾病和多種重大慢性疾病具有重大的科學(xué)研究價值和社會價值，希望我國衛(wèi)生和科技管理部門能夠?qū)@一領(lǐng)域的研究進(jìn)行大力支持，以我國具有特色的重要感染性疾病和重大慢性疾病，包括代謝性疾病、消化系統(tǒng)疾病、心血管疾病以及腫瘤等作為研究對象，以人體微生物組，主要是腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)為“靶點(diǎn)”，研究人體微生物組在多種重大慢性疾病發(fā)生和發(fā)展過程中的結(jié)構(gòu)和功能的動態(tài)變化，闡明人體微生態(tài)失衡與代謝、免疫調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)互作關(guān)系，及其在感染性疾病、肥胖癥、糖尿病、肝病、冠心病以及腫瘤等多種慢性病的發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制，加強(qiáng)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和整合醫(yī)學(xué)研究，開發(fā)對預(yù)防和治療這些疾病有價值的微生態(tài)制劑和功能性食品，為這些重大疾病的治療和預(yù)防提供新思路和新策略，為保障人民健康作出貢獻(xiàn)。

從人體微生物組的總體研究水平來看，我國與美國和歐盟尚有一定差距。在資助經(jīng)費(fèi)和項目方面，我國應(yīng)該參考美國和歐盟的支持力度加以重點(diǎn)支持。我國是世界上第二大經(jīng)濟(jì)體，在國家層面有條件有能力對人體微生物組領(lǐng)域的研究給予更多項目和更多經(jīng)費(fèi)支持。本文作者代表國內(nèi)同行建議國家科技部、衛(wèi)生和計劃生育委員會及國家自然科學(xué)基金委員會等部門協(xié)同對這一研究領(lǐng)域分層次和選擇重點(diǎn)地進(jìn)行大力支持，使我國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究以及藥品和預(yù)防保健品研發(fā)方面達(dá)到國際先進(jìn)水平，為實現(xiàn)中國夢的“健康夢”做出貢獻(xiàn)。

志謝 感謝清華大學(xué)藍(lán)燦輝及其Microclub微信平臺提供的微生態(tài)資訊及文獻(xiàn)支持

［1］ Backhed F， Ley RE， Sonnenburg JL， et al. Host-bacterial mutualism in the human intestine［J］. Science， 2005， 307（5717）: 1915-1920.

［2］ Flint HJ， Scott KP， Louis P， et al. The role of the gut microbiota in nutrition and health［J］. Nat Rev Gastroenterol Hepatol， 2012，9（10）:577-589.

［3］ Henao-Mejia J， Elinav E， Jin C， et al. Inflammasome-mediated dysbiosis regulates progression of NAFLD and obesity［J］. Nature， 2012， 482（7384）:179-185.

［4］ Bashan A， Gibson TE， Friedman J， et al. Universality of human microbial dynamics［J］. Nature， 2016， 534（7606）:259-262.

［5］ Hooper LV， Wong MH， Thelin A， et al. Molecular analysis of commensal host-microbial relationships in the intestine［J］. Science， 2001， 291（5505）:881-884.

［6］ Bckhed F， Roswall J， Peng Y， et al. Dynamics and stabilization of the human gut microbiome during the first year of life［J］. Cell Host Microbe， 2015， 17（6）:852.

［7］ Charbonneau MR， O’Donnell D， Blanton LV， et al. Sialylated milk oligosaccharides promote microbiota-dependent growth in models of infant undernutrition［J］. Cell， 2016， 164（5）:859-871.

［8］ Sonnenburg ED， Smits SA， Tikhonov M， et al. Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations［J］. Nature， 2016， 529（7585）:212-215.

［9］ Martin GS， Mannino DM， Eaton S， et al. The epidemiology of sepsis in the United States from 1979 through 2000［J］. N Engl J Med，2003， 348 （16）:1546-1554.

［10］ 李蘭娟. 感染微生態(tài)學(xué)［M］. 北京，人民衛(wèi)生出版社，2002:1-13.

［11］ Bouhnik Y. Gut microflora digestive physiology and pathology［M］. Paris， John Libbey Eurotext， 2006:181-197.

［12］ Theriot CM， Young VB. Interactions between the gastrointestinal microbiome and clostridium difficile［J］. Annu Rev Microbiol，2015， 69:445-461.

［13］ van Nood E， Vrieze A， Nieuwdorp M， et al. Duodenal infusion of donor feces for recurrent clostridium difficile［J］. N Engl J Med，2013， 368（5）:407-415.

［14］ Lu H， Zhang C， Qian G， et al. An analysis of microbiota-targeted therapies in patients with avian influenza virus subtype H7N9 infection［J］. BMC Infect Dis， 2014， 14:359-370.

［15］ Qin N， Zheng B， Yao J， et al. Influence of H7N9 virus infection and associated treatment on human gut microbiota［J］. Sci Rep，2015， 5:14771.

［16］ Hu X， Zhang H， Lu H， et al. The effect of probiotic treatment on patients infected with the H7N9 influenza virus［J］. PLoS One，2016， 11（3）:e0151976.

［17］ Gao HN， Lu HZ， Cao B， et al. Clinical findings in 111 cases of influenza A （H7N9） virus infection［J］. N Engl J Med， 2013，368（24）:2277-2285.

［18］ Vijay-Kumar M， Aitken JD， Carvalho FA， et al. Metabolic syndrome and altered gut microbiota in mice lacking Toll-like receptor 5［J］. Science， 2010， 328（5975）:228-231.

［19］ Serino M， Blasco-Baque V， Burcelin R. Microbes on-air: gut and tissue microbiota as targets in type 2 diabetes［J］. J Clin Gastroenterol， 2012， 46（Supple）:S27-S28.

［20］ Qin J， Li Y， Cai Z， et al. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes［J］. Nature， 2012，490（7418）:55-60.

［21］ Delzenne NM， Cani PD， Everard A， et al. Gut microorganisms as promising targets for the management of type 2 diabetes［J］. Diabetologia， 2015 ， 58（10）:2206-2217.

［22］ Bckhed F， Ding H， Wang T， et al. The gut microbiota as an environmental factor that regulates fat storage［J］. Proc Natl Acad Sci USA， 2004， 101（44）:15718-15723.

［23］ Cani PD， Knauf C. How gut microbes talk to organs: the role of endocrine and nervous routes［J］. Mol Metab， 2016， 5（9）:743-752.

［24］ Ren Z， Cui G， Lu H， et al. Liver ischemic preconditioning （IPC）improves intestinal microbiota following liver transplantation in ratsthrough 16s rDNA-based analysis of microbial structure shift［J］. PLoS One， 2013， 8（10）:e75950.

［25］ Zhu L， Baker SS， Gill C， et al. Characterization of gut microbiomes in nonalcoholic steatohepatitis（NASH） patients:a connection between endogenous alcohol and NASH［J］. Hepatology， 2013，57（2）:601-609.

［26］ Lu H， Wu Z， Xu W， et al. Intestinal microbiota was assessed in cirrhotic patients with hepatitis B virus infection. Intestinal microbiota of HBV cirrhotic patients［J］. Microb Ecol， 2011，61（3）:693-703.

［27］ Lu H， He J， Wu Z， et al. Assessment of microbiome variation during the perioperative period in liver transplant patients: a retrospective analysis［J］. Microb Ecol， 2013， 65（3）， 781-791.

［28］ Ling Z， Liu X， Cheng Y， et al. Decreased diversity of the oral microbiota of patients with hepatitis B virus-Induced chronic liver disease: a pilot project［J］. Sci Rep， 2015， 5:17098.

［29］ Chen Y， Ji F， Guo J， et al. Dysbiosis of small intestinal microbiota in liver cirrhosis and its association with etiology［J］. Sci Rep，2016， 6:34055.

［30］ Lv LX， Fang DQ， Shi D， et al. Alterations and correlations of the gut microbiome， metabolism and immunity in patients with primary biliary cirrhosis［J］. Environ Microbiol， 2016， 18（7）:2272-2286.［31］ Lu H， Ren Z， Li A， et al. Deep sequencing reveals microbiota dysbiosis of tongue coat in patients with liver carcinoma［J］. Sci Rep， 2016， 6:33142.

［32］ Chen Y， Guo J， Qian G， et al. Gut dysbiosis in acute-onchronic liver failure and its predictive value for mortality［J］. J Gastroenterol Hepatol， 2015， 30（9）:1429-1437.

［33］ Qin N， Yang F， Li A， et al. Alterations of the human gut microbiome in liver cirrhosis［J］. Nature， 2014， 513（7516）:59-64.

［34］ Garrett WS， Gordon JI， Glimcher LH. Homeostasis and inflammation in the intestine［J］. Cell， 2010， 140（6）:859-870.

［35］ Fava F， Danese S. Intestinal microbiota in inflammatory bowel disease: friend of foe［J］. World J Gastroenterol， 2011，17（5）:557-566.

［36］ Verma R， Verma AK， Ahuja V， et al. Real-time analysis of mucosal flora in patients with inflammatory bowel disease in India［J］. JClin Microbiol， 2010， 48（11）:4279-4282.

［37］ Arthur JC， Perez-Chanona E， Mühlbauer M， et al. Intestinal inflammation targets cancer-inducing activity of the microbiota［J］. Science， 2012， 338（6103）:120-123.

［38］ Park Y， Hunter DJ， Spiegelman D， et al. Dietary fiber intake and risk of colorectal cancer: a pooled analysis of prospective cohort studies［J］. JAMA， 2005， 294（22）:2849-2857.

［39］ O’Keefe SJ， Li JV， Lahti L， et al. Fat， fibre and cancer risk in African Americans and rural Africans［J］. Nat Commun， 2015，6:6342.

［40］ Tang WH， Wang Z， Levison BS， et al. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk［J］. N Engl J Med， 2013， 368（17）:1575-1584.

［41］ Zhu W， Gregory JC， Org E， et al. Gut microbial metabolite TMAO enhances platelet hyperreactivity and thrombosis risk［J］. Cell，2016， 165（1）:111-124.

［42］ Wang Z， Roberts AB， Buffa JA， et al. Non-lethal inhibition of gut microbial trimethylamine production for the treatment of atherosclerosis［J］. Cell， 2015， 163（7）:1585-1595.

［43］ Rogers GB， Keating DJ， Young RL， et al. Mol Psychiatry.From gut dybiosis to altered brain function and mental illness: mechanisms and pathways［J］. Mol Psychiatry， 2016， 21（6）:738-748.

［44］ Maqsood R， Stone TW. The gut-brain axis， BDNF， NMDA and CNS disorders［J］. Neurochem Res 2016 Aug 23. ［Epub ahead of print］.

［45］ Hsiao EY， McBride SW， Hsien S， et al.Microbiota modulate behavioral and physiological abnormalities associated with neurodevelopmental disorders［J］. Cell， 2013， 155（7）:1451-1463.

［46］ Balin， BJ， Hudson AP. Etiology and pathogenesis of late-onset Alzheimer’s disease［J］. Curr Allergy Asthma Rep， 2014， 14（3）: 417.

［47］ Bhattacharjee S， Lukiw WJ. Alzheimer’s disease and the microbiome［J］. Front Cell Neurosci， 2013， 7:153.

［48］ Hu X， Wang T， Jin F. Alzheimer’s disease and gut microbiota［J］. Sci China Life Sci， 2016， 59（10）:1006-1023.

［49］ Gagliani N，Hu B，Huber S， et al. The fire within:microbes inflame tumors［J］. Cell， 2014， 157（4）:776-783.

［50］ Zitvogel L， Galluzzi L， Viaud S， et al. Cancer and the gut microbiota: an unexpected link［J］. Sci Transl Med. 2015， 7（271）:271ps1.

［51］ Viaud S， Saccheri F， Mignot G， et al. The intestinal microbiota modulates the anticancer immune effects of cyclophosphamide［J］. Science， 2013， 342（6161）:971-976.

［52］ Daillère R， Vétizou M， Waldschmitt N， et al. Enterococcus hirae and barnesiella intestinihominis facilitate cyclophosphamideinduced therapeutic immunomodulatory effects［J］. Immunity，2016， 45（4）:931-943.

［53］ Vétizou M， Pitt JM， Daillère R， et al. Anticancer immunotherapy by CTLA-4 blockade relies on the gut microbiota［J］. Science，2015， 350（6264）:1079-1084.

［54］ Iida N， Dzutsev A， Stewart CA， et al. Commensal bacteria control cancer response to therapy by modulating the tumor microenvironment［J］. Science， 2013 ， 342（6161）:967-970.

［55］ Thomas RM， Jobin C.The microbiome and cancer: Is the oncobiome’mirage real ［J］. Trends Cancer， 2015， 1（1）:24-35.

［56］ 蔣建文，秦楠，楊鳳玲，等. 第五屆國際人類微生物組聯(lián)盟學(xué)術(shù)會議現(xiàn)場報道［EB/OL］. ［2016-09-30］. http://infect.cmt.com. cn/detail/788633.html.

［57］ 熱心腸先生. SERES遭受重大挫折，大牛們怎么看？［EB/ OL］. ［2016-09-30］. http://mp.weixin.qq.com/s __biz=MzA3MDgy Mjc2MQ％3D％3D&idx=1&mid=2662259107&sn=e312e97beeb2a 170a3a0b4dce41cefd7.

［58］ 劉小偉，孫瑞娟，董爾丹. 腸道穩(wěn)態(tài)及相關(guān)疾病研究現(xiàn)狀與趨勢［J］. 生理科學(xué)進(jìn)展，2013， 44（3）:206-212.

［59］ Nicholson JK， Holmes E， Kinross J， et al. Host-gut microbiota metabolic interactions［J］. Science， 2012， 336（6086）:1262-1267.

［60］ MetaHIT. MetaHIT in brief！ ［EB/OL］. ［2016-09-29］.http://www. metahit.eu/.

［61］ Turnbaugh PJ， Ley RE， Hamady M， et al. The human microbiome project［J］. Nature， 2007， 449（7164）:804-810.

［62］ Alivisatos AP， Blaser MJ， Brodie EL， et al. Microbiome. a unified initiative to harness earth’s microbiomes［J］. Science， 2015，350（6260）:507-508.

［63］ 新華網(wǎng). 美政府啟動“國家微生物組計劃” ［EB/OL］. ［2016-10-05］. http://news.xinhuanet.com/2016-05/14/c_1118865687. htm.

（2016-08-19收稿 2016-10-06修回）

（責(zé)任編委 李 軍 本文編輯 張云輝）

Research updates and prospects on human microecology and diseases

JIANG Jian-wen， LI Lan-juan*
Department of Hepatobiliary and Pancreatic Surgery， First Affiliated Hospital， School of Medicine， Zhejiang University， Hangzhou，Zhejiang 310003， China

， E-mail: Lilj@zju.edu.cn

A large number of complex microbial communities are colonizing in many parts of the human body， the whole microbial genes of which are defined as human microbiome. The symbiosis has formed in the co-evolution between human microflora and the host， in which microflora plays an important role in regulating digestion， absorption， immune response and metabolism of the host. Human microecology is closely related to many human diseases such as infections， obesity， diabetes， liver diseases， coronary heart diseases， tumor， etc. At present， the mechanism research of human microbiota in the development of a variety of diseases remaining in the early stage. The relationship between human microecology and diseases has become the research focus， there still exist many key technologies and issues to be further explored in the field of human microecology.

human microecology； human microbiota； intestinal microecology； metagenomics

R37； R363

A

1007-8134（2016）05-0257-07

10.3969/j.issn.1007-8134.2016.05.001

國家自然科學(xué)基金（81672422）；傳染病診治國家重點(diǎn)實驗室開放基金（2015KF03）；浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科學(xué)研究基金（2017KY322）；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（2013CB531401，2013CB531403）；浙江省自然科學(xué)基金（LY15H160033）

310003 杭州，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院肝膽胰外科（蔣建文）；傳染病診治國家重點(diǎn)實驗室（李蘭娟）；感染性疾病診治協(xié)同創(chuàng)新中心（蔣建文，李蘭娟）；國際保健中心（蔣建文）

李蘭娟，E-mail: Lilj@zju.edu.cn