人體內有個神奇的核心菌群「蹺蹺板」，人體健康與否與其息息相關。
近日，上海交通大學生命科學技術學院教授趙立平研究團隊聯合國外合作者在國際頂尖期刊【細胞】上發表突破性研究成果，首次鑒定出對維持人體健康具有關鍵作用的兩組核心菌群成員「基石功能群」與「病生功能群」。
【細胞】論文中的蹺蹺板模型配圖（左為103個基石功能群基因組，右為181個病生功能群基因組）。上海交通大學 供圖
這兩組核心菌群構成一個類似「蹺蹺板」的模式，透過彼此的升降波動來影響人體健康。當基石功能群占據優勢時，人體腸道菌群處在健康狀態。當病生功能群占據優勢且優勢越來越大時，則預示人體健康出現問題。這個「蹺蹺板」模型存在於所有人群的腸道中，是維護人體健康必不可少的核心菌群。
這一重大發現有望成為評估人體腸道健康的新標準，並推動個人化菌群檢測技術的發展，為臨床疾病防治和大眾健康管理提供強有力的工具。
健康還是生病？神奇核心菌群「蹺蹺板」說了算
近年來，大量研究表明，腸道菌群不僅參與消化系統的正常功能，還在維持整體健康中起著關鍵作用，不亞於人體的一個重要器官。然而，科學界對維持人體健康必不可少的「核心菌群」具體成員尚未達成共識。
趙立平研究團隊對110名2型糖尿病患者進行對照試驗，透過創新開發高分辨率的菌群測序大數據分析技術，將腸道細菌按照協作或競爭行為劃分成不同的「功能群」，篩選出在不同時間點都能穩定地保持協作或競爭關系的141株細菌，最終在其中釘選了一組相互競爭的類「蹺蹺板」樣式的網絡結構模型，透過「你升我降」影響人體健康。
為了確認「蹺蹺板」模型中的細菌是否存在於更多疾病類別的患者及其對照中，研究團隊分析了來自5個國家、涵蓋7種疾病的11項病例-對照數據，這些疾病包括糖尿病、心血管疾病、強直性脊柱炎、結直腸癌、炎癥性腸病、肝硬化和精神分裂癥。分析結果表明，「蹺蹺板」模型廣泛存在於幾乎所有患者和健康人群的腸道樣本中，符合「核心菌群」特征。
研究顯示，核心菌群「蹺蹺板」模型由與疾病緩解相關的有益功能群（命名為「基石功能群」）和與疾病惡化相關的功能群（命名為「病生功能群」）組成。為了更直觀地說明「基石功能群」的重要性，趙立平形象地將它們比喻為「大樹菌」。他指出，只有「大樹菌」占據主導地位時，腸道的微生態系才能像茂密的森林一樣保持穩定，抑制病生功能群細菌和其他病菌的過度生長，進而維持整體健康。
搭建概率打分系統，為監測腸道健康提供新方法
如果不同地域、種族和疾病種類的人群中都有各自的「蹺蹺板」核心菌群，那麽能否構建一個全人類共有的通用「蹺蹺板」模型，作為人類的核心菌群呢？
為驗證這一假設，團隊綜合前期實驗數據對「蹺蹺板」模型進行不斷最佳化升級，用以分析了涵蓋三大洲、涉及15種疾病的26項病例-對照研究的「超級數據集」，共包含1780名病人和1604名對照人群。該模型能夠準確判斷超級數據集裏的不同疾病的患者與對照的樣本，不受地域、人種和疾病類別等因素的影響。此外，團隊還利用該模型搭建了一套概率打分系統，用來評估菌群失調的程度，為定量監測腸道健康狀況提供了新方法。
對此，趙立平指出，核心菌群「蹺蹺板」模型為不同實驗室的臨床試驗數據的整合提供了理論框架和技術平台，這無異於菌群研究領域的「車同軌，書同文」。
健康管理更精準，可實作疾病早期幹預
研究團隊還發現，透過精準營養幹預，可以改變這兩組功能群在腸道中的比例，使基石功能群即「大樹菌」占據優勢，進而改善患者的健康狀況。「更為驚喜的發現是，它們的比例失調比疾病癥狀更早出現，這為疾病的個人化預防、治療與健康管理開辟了新的路徑。」趙立平表示。
研究團隊將晚期黑色素瘤、B細胞淋巴瘤、炎癥性腸病和類風濕性關節炎的11項免疫治療臨床試驗的菌群數據整合，利用「蹺蹺板」模型可以預測患者對免疫療法的個人化反應，準確率達到臨床套用水平。研究指出，通用模型有望幫助醫生在治療前預判患者對不同療法的反應，從而最佳化治療方案，提升精準度和療效。
北京協和醫院消化科主任李景南認為，隨著基於核心菌群「蹺蹺板」模型的檢測技術的發展，未來有望開發出可精準調節腸道菌群的臨床工具，更有效地預防和治療菌群失調相關疾病，為精準醫學和健康管理帶來顛覆性變革。
趙立平表示，發現腸道核心菌群的蹺蹺板特征，尤其是「大樹菌」對健康的重要性，為個人化醫療和精準營養開辟了新的途徑：「接下來，我們要以大樹菌為靶點，開發一系列可以在臨床上實際運用的檢測和治療方案，並在不同疾病中證明其效果，真正為患者帶來福音。」
該成果由上海交通大學與美國羅格斯大學「微生物組與人體健康聯合實驗室」牽頭完成，實驗室負責人、上海交通大學生命科學技術學院教授趙立平、上海交通大學醫學院附屬第一人民醫院教授彭永德、上海交通大學生命科學技術學院研究員張晨虹、啟東市人民醫院主任醫師施羽擔任共同通訊作者。美國羅格斯大學研究助理教授吳國軍、上海交通大學博士生胥婷、美國塔夫茨大學研究助理教授趙乃思、香港大學助理教授Yan Y. Lam和上海交通大學醫學院附屬第一人民醫院主任醫師丁小穎為共同第一作者。
