我們常說(shuō)，腸道是人體的“第二大腦”，是免疫的“中樞基地”，是健康的“氣象站”。但一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題至今困擾醫(yī)學(xué)界：如何科學(xué)、快速、精準(zhǔn)地評(píng)估一個(gè)人腸道菌群的穩(wěn)態(tài)水平？

過(guò)去，人們大多依賴高通量測(cè)序（如16S rRNA、宏基因組）進(jìn)行大規(guī)模分析，但這種方式成本高、操作復(fù)雜、周期長(zhǎng)，難以真正落地臨床檢測(cè)與個(gè)體化評(píng)估

2023年，《Engineering》期刊刊發(fā)了一項(xiàng)來(lái)自李蘭娟院士團(tuán)隊(duì)的重磅研究，首次提出并驗(yàn)證了一種基于qPCR快速檢測(cè)10種核心菌群，即可準(zhǔn)確評(píng)估腸道微生態(tài)平衡狀態(tài)的方法。通過(guò)這套模型，醫(yī)生能判斷一個(gè)人是否菌群“失衡”，還能輔助篩查肝硬化等相關(guān)疾病。

一句話總結(jié)：腸道健康不再需要“測(cè)全景”，只需精準(zhǔn)盯住“十個(gè)關(guān)鍵角色”

0110種菌群組成“健康晴雨表”，評(píng)估腸道穩(wěn)態(tài)有據(jù)可依

本研究核心在于構(gòu)建了基于10種糞便細(xì)菌的腸道菌群穩(wěn)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，該組合包括：

• 益生菌群：乳酸桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifidobacterium）、F. prausnitzii、C. leptum
• 功能菌群：Bacteroides、Atopobium、E. rectale
• 條件致病菌群：腸桿菌科（Enterobacteriaceae）、腸球菌（Enterococcus）、大腸桿菌（E. coli）

研究團(tuán)隊(duì)共納入744人樣本，其中包括500名健康人、244名肝硬化患者。他們利用qPCR方法對(duì)10種菌進(jìn)行定量檢測(cè)，并建立了健康組各菌群的參考值范圍。

▲健康人群腸道菌群。(a) 十種細(xì)菌在不同年齡段的差異。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，健康人腸道中益生菌占主導(dǎo)比例，條件致病菌受抑制，而一旦菌群比例嚴(yán)重偏離這一平衡結(jié)構(gòu)，極可能提示微生態(tài)失衡，甚至是疾病風(fēng)險(xiǎn)。

這意味著，這10種菌群就是“腸道狀態(tài)的代謝儀表盤”，對(duì)失衡與健康之間的差異，具有高度敏感性和識(shí)別力。

02菌群隨年齡變化而動(dòng)，Atopobium是“老化敏感菌”？

有趣的是，這套評(píng)估模型還揭示出一個(gè)重要現(xiàn)象：不同年齡段的人，腸道菌群構(gòu)成存在顯著差異

研究表明，健康人群中：

• Atopobium隨著年齡增加顯著下降，提示其可能與“年輕態(tài)腸道環(huán)境”高度相關(guān)；
• 腸球菌（Enterococcus）在老年組中升高，可能與免疫下降和菌群易位有關(guān)；
• 雙歧桿菌與乳酸桿菌在中年群體中最為活躍，但在高齡組出現(xiàn)輕微下降趨勢(shì)。

這些發(fā)現(xiàn)提示我們，腸道菌群變化或可作為“生理年齡”的微生態(tài)指標(biāo)，未來(lái)有望為衰老評(píng)估、慢病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供輔助路徑。

在臨床上，醫(yī)生可據(jù)此構(gòu)建“年齡—菌群—疾病”三維模型，為早期干預(yù)與營(yíng)養(yǎng)指導(dǎo)提供決策支持。

03肝硬化患者菌群嚴(yán)重紊亂，這套模型可輔助臨床識(shí)別

研究進(jìn)一步在244例肝硬化（LC）患者樣本中驗(yàn)證了這套10菌模型的鑒別能力。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與健康人相比，肝硬化患者的腸道菌群出現(xiàn)系統(tǒng)性紊亂：

• 有益菌如F. prausnitzii、C. leptum顯著下降；
• 條件致病菌如Enterococcus、Enterobacteriaceae比例上升；
• 多種菌群之間的比例關(guān)系被打破，微生態(tài)屏障功能喪失。

▲LC患者和 HC 受試者的腸道菌群。

其中，研究團(tuán)隊(duì)提出了3個(gè)具有臨床篩查潛力的關(guān)鍵菌群比值

1、C. leptum/Bacteroides：衡量厭氧代謝穩(wěn)定性

2、E. coli/Bifidobacterium：反映益生菌-致病菌對(duì)抗?fàn)顟B(tài)

3、Enterococcus/Enterobacteriaceae（Ec/E）：高度相關(guān)于肝硬化分級(jí)及并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)

這些比值為臨床醫(yī)生提供了一個(gè)全新的、非侵入性、高效識(shí)別“菌群失衡狀態(tài)”的工具，尤其適用于肝病、腸肝軸疾病、代謝綜合征等高風(fēng)險(xiǎn)人群的預(yù)警篩查。

04人工智能登場(chǎng)！機(jī)器學(xué)習(xí)助力構(gòu)建腸道“診斷算法”

為了進(jìn)一步提升模型識(shí)別力，李蘭娟院士團(tuán)隊(duì)還引入了機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建了基于10菌數(shù)據(jù)的肝硬化預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

共測(cè)試了6種算法模型，包括：

• 邏輯回歸（LR）
• 支持向量機(jī)（SVM）
• 隨機(jī)森林（RF）
• 極端梯度提升（XGBoost）
• AdaBoost
• K近鄰（KNN）

結(jié)果顯示：

• XGBoost模型的準(zhǔn)確率最高，AUC值達(dá)0.94，適合用于疾病排除與風(fēng)險(xiǎn)分層；
• 隨機(jī)森林模型表現(xiàn)最穩(wěn)定，識(shí)別敏感性最強(qiáng)，適合用于臨床早篩策略。

這也預(yù)示著，未來(lái)腸道菌群檢測(cè)將不僅僅依賴單一菌種分析，而是通過(guò)“菌群+算法+臨床信息”三位一體的智能判斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更高效的健康評(píng)估與慢病預(yù)測(cè)。

▲多種機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

05腸道健康量化時(shí)代來(lái)了，“十菌模型”有望寫入臨床指南

這項(xiàng)研究的最大意義，不只是驗(yàn)證了一種新的檢測(cè)技術(shù)，更是為“腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)”這一抽象概念，提供了可復(fù)制、可量化、可推廣的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估模型

它的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)層面：

1、成本可控，適用于臨床落地：qPCR平臺(tái)普遍具備，不依賴復(fù)雜測(cè)序；

2、評(píng)估明確，指標(biāo)直觀：菌群含量+比值組合，形成清晰判斷框架；

3、模型可擴(kuò)展，具備AI融合能力：適配多病種篩查及未來(lái)個(gè)體化營(yíng)養(yǎng)/治療指導(dǎo)。

正如論文結(jié)語(yǔ)所說(shuō)：“我們期待這一微生態(tài)檢測(cè)模型，成為未來(lái)腸道健康評(píng)估、疾病輔助診斷、精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)干預(yù)的基礎(chǔ)構(gòu)件之一?！?/p>

在全民健康管理走向精準(zhǔn)化的今天，我們更需要這樣的科研成果，走下實(shí)驗(yàn)室，走入每一個(gè)人的生活中。

注明參考文獻(xiàn)

• Zhongwen Wu, Xiaxia Pan, Yin Yuan, Pengcheng Lou, Lorina Gordejeva, Shuo Ni, Xiaofei Zhu, Bowen Liu, Lingyun Wu, Lanjuan Li, Bo Li,
• An Evaluation Method of Human Gut Microbial Homeostasis by Testing Specific Fecal Microbiota,
• Engineering,
• Volume 29,
• 2023,
• Pages 110-119,
• ISSN 2095-8099,
• https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.03.007.