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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的研究團隊，首次找到了腸道菌群里面的核心成員。該研究成果10月7日晚在線發表于《細胞》雜志。
構建“蹺蹺板”模型
該研究負責人、微生物組與人體健康聯合實驗室主任、美國羅格斯大學終身教授、上海交通大學特聘教授趙立平介紹，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，不亞于人體的一個重要器官。學術界把維持人體健康必不可少的所有細菌統稱為“核心菌群”。盡管核心菌群的重要性已被廣泛認可，但科學界尚未對核心菌群的具體成員達成共識。科學界對核心菌群缺乏明確定義，制約了以腸道菌群為靶點的疾病預防和治療技術的研發、監管與應用。
此次，研究團隊將284株腸道細菌分成兩個“團隊”，構成一個“蹺蹺板”。“蹺蹺板”的一頭叫基石功能群，另一頭叫病生功能群，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，預示著人體健康出現問題，而且，這些病生功能群也是疾病狀態的重要參與者。
這個“蹺蹺板”存在于所有人群的腸道中，是維護人體健康必不可少的核心菌群。利用人工智能算法，研究者可以對每個人的菌群蹺蹺板進行精準的個性化檢測，在腸道菌群移植中，實現對癥補菌，還可以準確預測多種疾病的免疫療法效果。
找到核心菌群成員的三個“秘訣”
趙立平介紹道，由于個人的遺傳、飲食和生活環境差異帶來的影響，現有的菌群分析方法與思路一直難以找到在健康人體中普遍存在的“核心菌群”成員。他們此次在核心菌群成員的鑒定上取得突破，主要有三個原因。
首先，研究團隊開發了一套全新的、高分辨率的菌群測序大數據分析技術。該技術無需依賴現有數據庫，對之前沒有辦法分析的未知細菌，也可以通過追蹤基因組序列來研究它們的生態行為及其對人體健康的影響。
其次，研究團隊創新性地借鑒了宏觀生態學中“功能群”的概念，認為不同種類的細菌不是單獨發揮作用，而是以群體協作的方式“抱團取暖”。通過對細菌的基因組進行網絡分析，可以將腸道細菌按照協作或競爭行為，劃分成不同的“功能群”。
最后，受復雜系統研究領域的啟發，研究團隊提出，對人體健康具有重要作用的核心細菌功能群應該是非常穩定的，功能群內以及功能群之間的細菌關系不會因為飲食或疾病等環境因素的擾動而輕易改變。
因此，研究團隊在尋找核心菌群的成員時，沒有像其他研究一樣，只關注多數健康人共有的細菌種類，而是把目光聚焦在經過了各種環境變化的擾動后，仍能穩定地保持協作或競爭關系的細菌功能群上。
趙立平認為，發現核心菌群“蹺蹺板”模型，就像不同實驗室的臨床試驗數據突然學會了同一種語言，相當于菌群研究領域的“車同軌，書同文，行同倫”。
可預測不同患者對免疫治療的個性化反應
考慮到不同患者的菌群失調程度可能影響臨床治療效果，研究團隊還重點關注了核心菌群“蹺蹺板”模型在免疫療法個性化反應預測中的應用。目前，免疫療法臨床試驗只能評估群體的平均反應，但無法預測個體的具體反應，這導致許多患者只能盲目接受治療，錯過最佳治療時機。
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為“臨床治療數據集”，利用通用“蹺蹺板”模型預測患者對免疫療法的個性化反應。結果顯示，模型的預測準確率達到了臨床應用水平，其中晚期黑色素瘤的預測AUC評分甚至達到0.9 （1為完美預測）。研究者指出，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，從而優化治療方案，提升精準度和療效。
中國科學院院士趙國屏認為，研究團隊總結多年來系統研究人體腸道菌群的知識基礎，在科學假說、研究思路和分析技術三方面實現了突破，通過核心菌群成員關系穩定性的鑒定，明確了它們對健康的貢獻；并通過兩個相互競爭的“功能群”模型展現這兩組微生物對健康和疾病的作用。
北京協和醫院消化科主任李景南教授表示，隨著基于核心菌群“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。這一進展不僅為理解菌群與健康的關系提供了全新框架，還展示了從基礎研究到臨床實踐的轉化醫學潛能，有望為精準醫學和健康管理帶來顛覆性變革，這是該研究的核心價值所在。