2025年CNS前沿 | Nat Med（IF=50.0）等：多组学破解“肠菌-疾病”互作，解锁疾病防治新靶点！- 大数跨境

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2025年CNS前沿 | Nat Med（IF=50.0）等：多组学破解“肠菌-疾病”互作，解锁疾病防治新靶点！

丰信生命科学

2025-07-01

导读：Nat Med（IF=50.0）：肠肝脑轴机制研究Gut microbes（IF=13.4）：病毒与肠道微生物的互作Gut microbes（IF=13.4）：疾病预防研究Nat commun（IF=

前言

近年来，宏基因组学作为解析微生物群落功能与机制的核心技术，正推动生命科学研究从单一靶点探索向复杂生态系统调控跨越，使科研人员得以在群落水平揭示微生物与宿主、环境的互作网络。本期精选了几项基于宏基因组技术与多组学联合的前沿研究，揭示了肠道微生物在肝脏疾病神经机制调控、病毒感染免疫应答、肿瘤发生进程抑制及母婴菌群发育动态调控上的重要作用。这些研究通过深度整合宏基因组、代谢组、转录组等多维数据，为相关疾病的机制探索与干预策略开发提供了关键科学依据。

宏基因组：疾病组/健康组样本中有哪些微生物？在不同疾病状态下菌群有何差异？起关键作用的微生物具备哪些功能？

宏基因组+其他组学（全链条机制解析）：多维组学整合可构建 “菌群基因 - 代谢产物 - 宿主通路” 的完整证据链。如：微生物通过什么途径产生什么代谢物引起了宿主的什么通路什么基因产生变化？

转化医学价值：多组学联合可突破基础研究到临床应用的瓶颈。如肝性脑病研究中，宏基因组筛选的 PDC/PEA 靶点经动物模型和临床数据双重验证，为疾病预测（PEA 基线水平）和干预（酶抑制剂）提供直接依据。

案例一：肠肝脑轴机制研究

英文题目：The gut–brain axis underlying hepatic encephalopathy in liver cirrhosis

中文题目：肝硬化肝性脑病的肠脑轴

发表刊物：Nature medicine

发表时间：2025

影响因子：50.0

研究单位：南方医科大学珠江医院，联合广州医科大学附属第二医院、南方医科大学南方医院、东南大学附属中大医院

DOI：10.1038/s41591-024-03405-9

涉及组学：微生物多样性、宏基因组

样品来源：粪便

文章摘要

高达50%-70%的肝硬化患者会发展为肝性脑病（HE），该病症与肠道菌群失调密切相关，但其机制尚不明确。本研究通过构建肠-脑模块分析宏基因组数据集中的细菌神经毒素，发现苯丙氨酸脱羧酶（PDC）基因（主要来源于瘤胃球菌）在肝硬化患者中增加约十倍，且在HE患者中表达更高。定植瘤胃球菌的肝硬化小鼠（非健康小鼠）表现出脑内苯乙胺（PEA）蓄积，伴随记忆损伤、对称性震颤及皮层特异性神经元丢失——这些症状在HE患者中典型存在。PEA蓄积主要由肝硬化导致的肝脏和血清中单胺氧化酶-B活性降低所驱动。靶向抑制PDC或PEA可逆转瘤胃球菌诱导的神经症状。此外，将HE患者粪便菌群移植至无菌肝硬化小鼠后，这些症状被复现并进一步验证了靶向PDC/PEA的治疗效果。临床数据显示，基线PEA高水平患者接受经颈静脉肝内门体分流术后发生HE的风险增加七倍。本研究拓展了对肠-肝-脑轴的认识，并为HE治疗和预测提供了新靶点。

案例二：病毒与肠道微生物的互作

英文题目：Chikungunya virus drives gut microbiota shifts and IFN-Mediated intestinal repair: insights into microbiota-immune interplay

中文题目：基孔肯雅病毒驱动肠道微生物群变化和干扰素介导的肠道修复：对微生物群-免疫相互作用的见解

发表刊物：Gut microbes

发表时间：2025

影响因子：13.4

研究单位：中国医学科学院

DOI：10.1080/19490976.2025.2512900

涉及组学：微生物多样性、宏基因组、代谢组、转录组

样品来源：鼠粪便、肠道内容物、血液、脾脏与肠道组织

文章摘要

基孔肯雅病毒（CHIKV）感染会导致关节损伤和胃肠道临床症状，包括呕吐和腹泻，在老年人群中尤为明显，这反映出肠道免疫在感染中的潜在作用。然而，CHIKV引发胃肠道疾病的机制在很大程度上仍未得到探索。本研究通过多组学分析，探究了感染后粪便和肠道微生物群、肠道代谢物以及肠道免疫的特征，并通过口服抗生素清除（Abx）进一步验证了肠道微生物群的作用。重要的是，研究对CHIKV感染后肠道微生物群组成和免疫反应的年龄依赖性差异进行了系统比较，以阐明肠道微生物群在CHIKV发病机制中的参与。CHIKV关节接种会诱发胃肠道感染和组织学损伤，驱动肠道微生物群的波动，显著增加脆弱拟杆菌和普雷沃菌的丰度，并上调牛磺酸和胆汁酸的结合物。CHIKV感染进一步加剧了全身炎症负担，激活了肠道干扰素（IFN）信号级联反应，这支持肠道修复和黏膜再生，但与成年动物相比，对CHIKV感染的抗病毒反应较低。我们的研究结果表明，胃肠道及其微生物和代谢物以年龄依赖的方式调节CHIKV感染，为诊断、治疗和新疗法的开发提供了关键见解。

案例三：疾病预防研究

英文题目：Bifidobacterium inhibits the progression of colorectal tumorigenesis in mice through fatty acid isomerization and gut microbiota modulation

中文题目：双歧杆菌通过脂肪酸异构化和肠道菌群调节抑制小鼠结直肠肿瘤发生进程

发表刊物：Gut microbes

发表时间：2025

影响因子：13.4

研究单位：江南大学

DOI：10.1080/19490976.2025.2464945

涉及组学：宏基因组、转录组

样品来源：粪便、结肠组织

文章摘要

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症。因此，亟需寻找新型CRC预防与治疗策略。本研究旨在筛选具有CRC预防功效的有益菌株并阐明其潜在机制。研究团队首先对比了健康志愿者与CRC患者的肠道菌群及菌群代谢物，发现CRC患者肠道中结合亚油酸（CLA）、丁酸及双歧杆菌含量显著低于健康人群，且这些指标与CRC发病率呈显著负相关。随后通过自发性CRC小鼠模型探究产CLA双歧杆菌的干预效果，证实短双歧杆菌CCFM683与假链状双歧杆菌MY40C能显著预防CRC发生。分子机制研究表明，CLA及其合成基因bbi是CCFM683发挥CRC预防功效的关键代谢物与基因。抑制剂干预实验揭示PPAR-γ是预防CRC的关键受体——CCFM683通过CLA-PPAR-γ轴抑制NF-κB信号通路，上调MUC2、Claudin-1和ZO-1表达，并促进肿瘤细胞凋亡。粪菌移植与宏基因组分析进一步表明，CCFM683通过产生CLA上调内脏臭杆菌丰度，后者通过生成丁酸、上调紧密连接蛋白、调节细胞因子及调控肠道菌群来预防CRC。该研究成果将为双歧杆菌临床试验及CRC膳食产品的理论研发提供重要依据。

案例四：母婴健康研究

英文题目：Prenatal exposure to trace elements impacts mother-infant gut microbiome, metabolome and resistome during the first year of life

中文题目：产前接触微量元素会影响母婴在出生后第一年的肠道微生物组、代谢组和抗性

发表刊物：Nature communications

发表时间：2025

影响因子：15.7

研究单位：中国科学院大学资源与环境学院

DOI：10.1038/s41467-025-60508-8

涉及组学：微生物多样性、宏基因组

样品来源：人粪便

文章摘要

婴儿期是肠道微生物群定植的关键窗口期。然而，外源性物质对早期肠道微生物群发育的影响仍知之甚少。本研究招募146对母婴，在产后3、6和12个月收集粪便样本进行扩增子测序（N=353）、宏基因组测序（N=65）和代谢组学分析（N=198）。母亲头发样本（N=119）中的微量元素显著影响婴儿肠道微生物群的多样性和组成——3月龄婴儿的shannon多样性与硒元素呈正相关，与铜元素呈负相关；双歧杆菌相对丰度在高浓度铝、锰暴露环境下显著升高。在生命第一年，婴儿与配对母亲的微生物多样性和组成存在显著差异，但两者菌群结构逐渐趋同。首次与二次随访间存在56种差异代谢物，二次与三次随访间发现515种差异代谢物。母婴对抗生素抗性基因（ARGs）的携带谱具有显著差异，高浓度铜、砷暴露可能诱导婴儿肠道ARGs富集。本研究揭示了产后母婴对肠道微生物群动态变化、代谢物及ARGs特征谱，这些变化与产前微量元素暴露存在关联。