近年來，腸道微生物群作為人體健康的“隱形器官”備受關(guān)注，其在免疫調(diào)節(jié)、代謝平衡和疾病防御中的作用已被廣泛認可。然而，當微生物群的平衡被打破時，可能會引發(fā)一系列健康問題，包括感染易感性增加。特別是在嚴重感染的背景下，腸道微生物群的失調(diào)可能不僅是疾病的結(jié)果，更可能是疾病發(fā)生的潛在驅(qū)動因素之一。

谷禾總結(jié)發(fā)現(xiàn)一些疾病或潛在健康風險人群腸道微生物群存在如下類型的幾種失衡的潛在特征：

1

產(chǎn)丁酸菌減少，同時有害菌抬頭

2

單一或幾種菌屬占比過高導致其他核心菌群豐度不足或偏低，尤其產(chǎn)生短鏈脂肪酸的菌

3

多樣性單一或偏低，同時有害菌占比較高或幾種機會病原菌超標

4

益生菌缺乏或不足，核心菌豐度占比較低同時構(gòu)成比例不佳

5

變形菌門或梭桿菌門上升占比太高

以上情況可能單一或同時存在。如果同時存在，一般菌群和健康狀況均不佳。

本文主要分享第一個菌群特征，產(chǎn)丁酸菌不足。

先說本文的結(jié)論：

腸道微生物群多樣性和組成，特別是產(chǎn)丁酸菌豐度較高，與普通人群中因感染住院的風險降低有關(guān)。厭氧的產(chǎn)丁酸菌能夠在一定程度上保護宿主免受全身性感染的侵害。

該結(jié)論的支持證據(jù)：

第一 薈萃研究分析和得出的假設(shè)驗證，分析了10699名參與者的腸道微生物群【4248 (39.7%)來自推導隊列，6451(60.3%)來自驗證隊列】。其中602例(5.6%)受試者【152例(3.6%)來自推導隊列; 450例(7.0%)來自驗證隊列】在隨訪期間因感染住院或死亡。

這些參與者的腸道微生物群組成與未因感染住院的參與者不同。具體而言，產(chǎn)****丁酸菌的相對豐度較高與感染住院風險降低相關(guān)（推導隊列每增加10%產(chǎn)丁酸菌的原因特異性風險比為0.75 [95%CI 0.60 - 0.94]，p= 0.013；驗證隊列每增加10%的原因特異性風險比為0.86 [0.77-0.96]，p= 0.0077）。在調(diào)整人口統(tǒng)計學、生活方式、抗生素暴露和合并癥后，這些相關(guān)性保持不變。

第二，谷禾的隊列和2個獨立的歐洲隊列

【包括荷蘭城市健康生活（HELIUS）研究（推導隊列）和芬蘭FINRISK 2002年人口調(diào)查（驗證隊列）】。

美國的Kullberg博士團隊對在如上兩個獨立的觀察隊列中進行了這項研究驗證：HELIUS是一項在荷蘭阿姆斯特丹進行的多種族、基于人群的前瞻性隊列研究。成年人（年齡18-70歲）從阿姆斯特丹市政登記處隨機抽樣，按種族分層，并邀請參加。HELIUS參與者與國家住院和死亡登記處相關(guān)聯(lián)，涵蓋2013年1月1日至2020年12月31日期間所有荷蘭醫(yī)院的入院和死亡情況。FINRISK 2002年隊列是一項人口調(diào)查，包括來自芬蘭六個地區(qū)的成年人（年齡25-74歲）的隨機樣本，按性別、地區(qū)和10歲年齡組分層。FINRISK參與者與芬蘭醫(yī)院出院和死亡原因登記冊相關(guān)聯(lián)。

在兩個隊列中，參與者完成問卷調(diào)查，接受體格檢查，入選時提供糞便樣本（HELIUS參與者為2013年1月3日至2015年11月27日，F(xiàn)INRISK參與者為2002年1月21日至4月19日）。在705名HELIUS參與者的子集中提供了飲食變量。為了納入Kullberg博士團隊研究，他們提供糞便樣本并成功測序。在Illumina系統(tǒng)上用16S rRNA V4區(qū)測序。

感染的現(xiàn)狀和研究的分析

目前全球約25%的死亡是由于感染。這一負擔凸顯了新的預(yù)防策略的必要性。因感染性疾病住院的患者經(jīng)常表現(xiàn)出腸道紊亂，甚至是在抗生素治療之前。

數(shù)據(jù)已經(jīng)表明，這些患者的腸道厭氧菌豐度較低，潛在致病性腸道細菌數(shù)量增加。目前尚不清楚這些變化是否是疾病本身的結(jié)果（例如由全身性炎癥或飲食變化引起），或者腸道****微生物群的破壞從一開始就增加了對感染的易感性。

小鼠模型支持后一種假設(shè)，并表明腸道微生物群的擾動（通過使用驅(qū)蟲處理或無菌小鼠）減弱了炎癥反應(yīng)，并增加了感染的易感性和嚴重性。微生物組的有益的全身效應(yīng)通常歸因于腸道厭氧菌產(chǎn)生的代謝物。

例如，臨床前研究表明，微生物群代謝物丁酸鹽增加單核細胞的抗微生物活性，并影響肺中的免疫環(huán)境。

結(jié)論發(fā)現(xiàn)調(diào)查分析方法

檢索了PubMed從數(shù)據(jù)庫開始到2023年7月10日的數(shù)據(jù)，沒有語言限制，在標題或摘要中使用檢索詞（“gut”或“intestinal”）AND（“microbiome”或“microbiota”）AND（“infection”或“infectious”）AND“risk”AND（“patients”或“participants”或“cohort”或“men”或“women”）。

本次檢索識別出656篇文章。大多數(shù)人類研究描述了感染性疾病住院或重癥監(jiān)護病房住院期間的腸道微生物組破壞。

現(xiàn)有證據(jù)的結(jié)論

研究結(jié)果表明，基線腸道微生物群組成（感染發(fā)作前）與兩個大型獨立人群隊列中因感染性疾病住院的風險有關(guān)，共有10699名參與者和602起事件（即因任何感染性疾病住院或死亡）。

在選定的極易感染的患者人群中（例如，在嚴重疾病期間或干細胞移植后），微生物多樣性喪失、革蘭氏陰性菌過度生長和產(chǎn)生短鏈脂肪酸丁酸的厭氧菌豐度低與（醫(yī)院獲得性）感染風險增加相關(guān)。

在這兩個隊列中，厭氧產(chǎn)丁酸菌的腸道定殖與預(yù)防感染性疾病住院有關(guān)。通過多變量比例風險模型和匹配病例（因感染住院的參與者）與對照（無感染相關(guān)住院的參與者），發(fā)現(xiàn)這種關(guān)系是穩(wěn)健的，****而且在調(diào)整年齡，性別，種族，生活方式，近期抗生素暴露和合并癥后沒有改變。

結(jié)合臨床前研究，谷禾的檢測實踐和選定的嚴重感染高風險患者的發(fā)現(xiàn)，據(jù)我們所知，這是第一個提供證據(jù)證明厭氧腸道微生物群對人類一般人群感染易感性的影響。

這些主要結(jié)局是在研究入選時采集糞便樣本后隨訪期間因任何感染性疾病而住院或死亡，以HELIUS（5-7年隨訪）或FINRISK（6年隨訪）。非傳染性疾病導致的死亡被視為**競爭風險。**對于多次因感染入院的參與者，僅考慮第一次入院。

接下來的大型隊列的驗證

研究小組先前描述了在選定的高感染風險患者（例如，中風或異基因造血干細胞移植后）中，產(chǎn)生丁酸鹽的厭氧腸道細菌的消耗與呼吸道感染風險增加之間的關(guān)聯(lián)。厭氧的、產(chǎn)丁酸菌的有益影響可能超出這些高度易感的人群。

大型流行病學研究描述了與沒有此類暴露的住院患者相比，在假定微生物群破壞（如艱難梭菌感染或廣泛的抗生素治療）的情況下，住院后因嚴重膿毒癥再次入院的風險高出65-70%。

統(tǒng)計分析

研究詳細描述了統(tǒng)計分析方法，并在附錄中提供了具體細節(jié)。研究主要評估了腸道微生物群的關(guān)鍵特征（包括**群落組成、α多樣性和產(chǎn)丁酸菌的相對豐度）**與感染相關(guān)住院風險之間的關(guān)聯(lián)。

產(chǎn)丁酸菌的豐度基于16種已知主要產(chǎn)丁酸菌的累積相對豐度計算，其預(yù)測糞便丁酸鹽濃度的準確性已被獨立驗證。

敏感性分析包括：

1) 擴展研究范圍至所有感染性疾病住院病例，而不僅限于以感染為主要診斷的住院病例；

2) 使用替代的產(chǎn)丁酸菌列表重新計算其豐度。

群落組成的差異通過基于Bray-Curtis距離的多變量方差分析（PERMANOVA）評估，驅(qū)動群落差異的細菌則通過DESeq2和ANCOM-BC方法識別。

基于HELIUS隊列，研究構(gòu)建了個體化的微生物群感染相關(guān)住院風險評分，并通過正則化Cox回歸和10折交叉驗證計算每種細菌的權(quán)重。隨后，在FINRISK隊列中驗證了該風險評分。

競爭風險回歸模型用于評估微生物群特征（多樣性、產(chǎn)丁酸菌豐度和風險評分）與感染相關(guān)結(jié)局之間的關(guān)聯(lián)，計算特定原因風險比（csHR）。

產(chǎn)丁酸菌作為連續(xù)變量時，csHR表示其相對豐度每增加10%時的風險變化。研究還進行了嵌套匹配病例對照分析，以比較HELIUS隊列中感染相關(guān)住院病例與未住院對照的腸道微生物群差異。

多變量模型調(diào)整了基線年齡、性別、種族（僅限HELIUS隊列）、吸煙、飲酒、身體活動、抗生素暴露（HELIUS為采樣前3個月，F(xiàn)INRISK為4個月）以及合并癥（如高血壓、糖尿病、癌癥、心血管疾病、肺部疾病和胃腸道疾?。?。

缺失數(shù)據(jù)極少，并在多變量分析中作為分類變量處理。

隊列的結(jié)論

對10699名參與者的腸道微生物群進行了表征，其中4248名（39.7%）來自HELIUS研究（推導隊列，荷蘭），6451名（60.3%）來自FINRISK（驗證隊列，芬蘭），并用于本研究。

在兩個隊列中，腸道微生物群主要由厚壁菌門和擬桿菌門組成。

從樣本采集到2020年12月31日，HELIUS研究的152名（3.6%）參與者因感染性疾病住院或死亡。在FINRISK研究中，450名（7.0%）參與者在6年隨訪期間因感染住院或死亡。

下呼吸道感染是兩個隊列中感染相關(guān)住院的最常見原因（表1）。

DOI: 10.1016/S2666-5247(24)00079-X

住院/死亡與非住院者腸道菌群是否有差異？

首先檢查了因感染住院或死亡的HELIUS參與者與未因感染性疾病住院的參與者（包括死于非感染性原因的參與者）之間腸道微生物群組成是否存在****差異。

這些結(jié)果組之間存在可檢測的分離（圖1A），這通過排列檢驗（R2=0·00035，p=0·041）在統(tǒng)計學上得到證實。

Kullberg RFJ et al., 2024. Lancet Microbe.

這種分離在更高的分類學水平（屬水平p= 0.040;科水平p= 0.024）和遺傳學感知距離（加權(quán)UniFrac p= 0.040）下是穩(wěn)健的，盡管效應(yīng)量很小-即使考慮到多個經(jīng)典決定因素（人口統(tǒng)計學，飲食，合并癥，藥物，社會經(jīng)濟和技術(shù)因素）通常解釋微生物群組成的差異很小（R2= 0.09 - 0.12）。

產(chǎn)丁酸菌的相對豐度與微生物群組成相關(guān)，如通過主坐標分析的顏色編碼所顯示的（p=0·0010;圖1B）。

使用DESeq 2模型來識別導致結(jié)果組之間差異的特定細菌，發(fā)現(xiàn)：

• 因感染住院的參與者中韋榮球菌和鏈球菌的相對豐度較高。
• 未因感染性疾病住院的參與者具有較高水平的專性厭氧菌（例如，丁酸弧菌; 圖1C）。

當使用ANCOM-BC代替DESeq 2時，獲得了相似的結(jié)果。在驗證隊列（FINRISK）中，還觀察到因感染住院的參與者與未因感染住院的參與者之間的腸道微生物群差異（R2=0·00037，p=0·0002;圖1D，E）。

與推導隊列一致，來自驗證隊列的因感染住院的參與者具有較低的丁酸弧菌相對豐度和較高的韋榮氏球菌相對豐度（圖1F）。

總之，這些數(shù)據(jù)表明，在兩個獨立的隊列中，基線腸道微生物群組成在隨訪期間因感染而住院的參與者和沒有感染相關(guān)住院的參與者之間存在差異，這同樣是由韋榮氏球菌的增加和專性厭氧菌丁酸弧菌的減少所驅(qū)動的。

產(chǎn)丁酸菌豐度是否與嚴重感染風險相關(guān)？

在衍生隊列的4248名參與者中，產(chǎn)丁酸菌相對豐度的增加與未來因感染性疾病住院的風險降低相關(guān)。換句話說，每增加10%產(chǎn)丁酸菌的相對豐度，感染相關(guān)住院的csHR為0.75。

當比較產(chǎn)丁酸菌的三分位數(shù)時，也觀察到這種關(guān)聯(lián)：最高三分位數(shù)的1416名參與者中有42例嚴重感染，而最低三分位數(shù)的1416名參與者中有69例嚴重感染。

在驗證隊列中，觀察到產(chǎn)丁酸菌相對豐度較高與感染住院風險較低之間存在相同的相關(guān)性。在推導和驗證隊列中，多變量分析中潛在混雜因素（年齡、性別、種族、吸煙、飲酒、體力活動、抗生素暴露和合并癥）的校正對效應(yīng)估計值和顯著性均無實質(zhì)性影響。

鑒于腸道微生物群和肥胖之間的雙向關(guān)系，BMI不被認為是真正的混雜因素。然而，當BMI額外納入多變量模型時，相關(guān)性未改變。 使用中心對數(shù)比轉(zhuǎn)換校正微生物組數(shù)據(jù)的組成性質(zhì)也不會影響這些發(fā)現(xiàn)。因此得出結(jié)論，在推導和驗證隊列中，產(chǎn)丁酸菌的定植與嚴重感染風險降低相關(guān)。

doi: 10.1016/S2666-5247(24)00079-X.

產(chǎn)丁酸菌相對豐度與感染疾病住院之間關(guān)聯(lián)的多變量病因特異性競爭風險回歸分析

在衍生隊列的敏感性分析中，任何感染住院均被視為事件**（而不是感染作為主要診斷）。觀察到腸道微生物群與感染住院風險之間存在類似關(guān)聯(lián)。此外，使用替代方法重新計算產(chǎn)丁酸菌的相對豐度也得到了與主要分析相似的結(jié)果**，顯示了微生物群-感染相關(guān)性的穩(wěn)健性。

在衍生隊列的嵌套、匹配、病例對照分析中，隨訪期間因感染住院的HELIUS參與者（病例）與未因感染性疾病住院的HELIUS參與者（對照）在年齡、性別、種族、抗生素暴露、糖尿病以及肺部和胃腸道合并癥方面以1：1的比例匹配。病例和對照組的腸道微生物群多樣性沒有差異。

然而，與整個隊列的數(shù)據(jù)一致，隨訪期間因感染性疾病住院的參與者與匹配的對照組相比，基線產(chǎn)丁酸菌相對豐度較低，總體腸道微生物群組成不同。

在進一步的探索性分析中，通過計算對比來檢查人口統(tǒng)計學、生活方式因素、抗生素和合并癥是否改變了產(chǎn)丁酸菌對感染風險的影響估計。

雖然有幾個協(xié)變量（如性別，年齡，BMI和糖尿?。┡c產(chǎn)丁酸菌的相對豐度和因感染性疾病住院的風險相關(guān)，但產(chǎn)丁酸菌和因**感染性疾病住院之間的關(guān)系并不受大多數(shù)協(xié)變量的影響。**然而，在BMI為30或更高的參與者中，產(chǎn)丁酸菌****與感染相關(guān)住院風險之間的關(guān)聯(lián)似乎不存在。值得注意的是，未觀察到微生物群-感染關(guān)聯(lián)與種族之間的相互作用，飲食變量也與產(chǎn)丁菌密切相關(guān)。

分析與應(yīng)用

在這些獨立的大型觀察性隊列中，Kullberg博士團隊發(fā)現(xiàn)腸道微生物群與一般人群中感染性疾病相關(guān)住院和死亡的風險相關(guān)。更高豐度的厭氧產(chǎn)丁酸菌與預(yù)防嚴重感染有關(guān)，即使在調(diào)整人口統(tǒng)計學，生活方式，抗生素暴露和合并癥時也是如此。

不同地理位置的腸道微生物群與感染相關(guān)住院風險之間存在相似的關(guān)聯(lián)。

這些研究結(jié)果表明，腸道微生物群可能是感染相關(guān)住院治療的潛在可改變的風險因素，因此有必要進行干預(yù)性研究。

腸道微生物群經(jīng)常在因嚴重感染住院的患者中被破壞，這與臨床結(jié)果有關(guān)。然而，這些破壞可能是疾病的結(jié)果，或者在感染之前并影響易感性。

在感染發(fā)作前表征的腸道微生物群在隨訪期間因感染住院的參與者和那些沒有因感染住院的參與者之間存在差異，表明腸道微生物群與嚴重感染的易感性相關(guān)。 在獨立的隊列中，結(jié)果組之間微生物群組成的這種差異同樣是由Veillonella （韋榮氏球菌、一種包括與SARS-CoV-2感染期間出現(xiàn)嚴重癥狀的風險增加相關(guān)的機會性病原體并在COVID-19住院患者中富集的屬）增加、Butyrivibrio**（丁酸弧菌、一種產(chǎn)丁酸菌屬）和嚴格厭氧未培養(yǎng)的菌Clostridia Candidatus減少**引起的。

臨床前研究表明，微生物代謝產(chǎn)物丁酸鹽增強了對感染的保護，同時預(yù)防了免疫相關(guān)的病理學。丁酸鹽誘導抗微生物肽的產(chǎn)生，增加定植抗性，并減少小鼠流感感染期間嗜中性粒細胞向氣道的募集，從而限制組織損傷。

研究表明，減少產(chǎn)丁酸菌（僅為嚴格厭氧菌）會增加中風，腎移植和異基因造血干細胞移植后的感染風險。

此外，2023年發(fā)表的一項研究將3032名機械通氣患者的觀察數(shù)據(jù)與動物模型相結(jié)合，結(jié)果顯示早期使用抗厭氧抗生素治療會降低總體和無感染生存率。 在15908名急診科患者中證實了抗厭氧菌抗生素的這些不良反應(yīng)。有趣的是，通過**這樣的抗生素消耗厭氧微生物群導致腸桿菌科的擴增，**并且先前確定了腸桿菌科相關(guān)微生物群特征與一般人群中的全因死亡率之間的關(guān)聯(lián)。

結(jié) 語

本文的研究結(jié)論有薈萃和大型不同地理位置的獨立隊列支持。結(jié)論的可推廣和參考性很強，這些發(fā)現(xiàn)表明厭氧、產(chǎn)丁酸鹽的腸道微生物群在嚴重感染高?；颊吆推胀ㄈ巳褐械?strong>重要性，并建議應(yīng)重新考慮廣泛使用抗厭氧抗生素。

但是基于這些在單個時間點表征微生物群，考慮腸道微生物群可能會隨著時間的推移而變化，這可能會掩蓋在遙遠的時間點對結(jié)果的影響。然而，單個微生物群的組成非常穩(wěn)定，許多細菌在幾十年內(nèi)都是居民。

此外，產(chǎn)丁酸菌的潛在有益作用可能超出丁酸鹽，因為幾種產(chǎn)丁酸菌能夠生物合成次級膽汁酸和具有潛在免疫調(diào)節(jié)以及交叉喂養(yǎng)其他共生菌的作用。

本文分享有助于重新評估腸道微生物導向療法（如靶向輸送產(chǎn)丁酸細菌或限制腸道厭氧菌消耗）的干預(yù)性的潛在機會，有望降低對全身感染的易感性。

主要參考文獻：

Kullberg RFJ, Wikki I, Haak BW, Kauko A, Galenkamp H, Peters-Sengers H, Butler JM, Havulinna AS, Palmu J, McDonald D, Benchraka C, Abdel-Aziz MI, Prins M, Maitland van der Zee AH, van den Born BJ, Jousilahti P, de Vos WM, Salomaa V, Knight R, Lahti L, Nieuwdorp M, Niiranen T, Wiersinga WJ. Association between butyrate-producing gut bacteria and the risk of infectious disease hospitalisation: results from two observational, population-based microbiome studies. Lancet Microbe. 2024 Sep;5(9):100864.

GBD 2019 Antimicrobial Resistance Collaborators. Global mortality associated with 33 bacterial pathogens in 2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. Lancet. 2022 Dec 17;400(10369):2221-2248.

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