肠道微生物多组学研究及其与人体疾病的关系

RESEARCH肠道微生物多组学研究及其与人体疾病的关系多组学技术·疾病关联·临床转化汇报人科研团队日期2026年9月内容导览01技术基石多组学方法体系与研究范式02疾病图谱代谢、肿瘤、神经疾病的关联证据03机制突破因果推断与核心功能群发现04临床转化精准医疗与产业化前景CHAPTER技术基石从菌群图谱到功能解析多组学整合推动肠道微生物研究范式升级01多组学技术体系全景“单一组学只能呈现“谁在、有什么潜力”，多组学整合才能回答“谁在做什么、如何影响宿主””整合策略以全微生物组关联分析（MWAS）为核心，将组成谱、功能谱、表达谱关联至临床指标，实现从菌群描述到功能解析的跃迁。16SrRNA物种组成谱解析低成本解析物种组成谱，

是大规模人群研究的基础工具。宏基因组功能遗传潜力解析解析功能遗传潜力，

覆盖毒力因子与耐药基因。宏转录组转录活性实时捕获捕获实时转录活性，

区分DNA拷贝与转录水平变化。宏蛋白质组真实代谢功能揭示蛋白层面揭示真实代谢功能，

如西湖大学大样本研究。代谢组学宿主表型关联桥梁识别菌群代谢产物，

是关联宿主表型的关键桥梁。技术革新推动研究升级测序成本的持续下降与分辨率的提升，共同支撑了ZOE三万余人、西湖大学近两千份样本等大规模多组学研究的落地。技术突破的核心价值，在于让菌株级分析与功能验证从“少数实验室专属”走向常规科研成本大幅下降宏基因组测序成本较2020年下降

60%以上，庞大样本测序不再受制于预算。分辨率跃升长读长测序与单细胞技术结合，实现

菌株级分辨率，突破属种水平的局限。功能注释更可靠微生物功能注释准确率提升至

85%以上，功能解读更趋可靠。从分类图谱到器官框架研究范式正从"有哪些菌"转向"菌群整体执行什么功能"器官样框架解释了为何单一菌种列表难以稳定预测健康，也由此奠定了后续疾病关联解析的方法学基础。旧范式局限菌群户口本以分类学为中心，难以解释不同菌种组合可执行相似代谢任务的现象新框架主张肠道微生物组器官浙大柳志刚团队提出，强调空间结构化组织、广泛代谢能力与持续双向通讯菌株级分析路径HQMAG赵立平团队以高质量宏基因组组装基因组为单位，不依赖已知菌数据库，避免遗漏未知菌信息CHAPTER疾病图谱一菌多病，一病多菌肠道菌群与代谢、肿瘤、神经疾病深度关联02大规模队列揭示代谢关联大样本队列首次系统构建了肠道菌群与心血管代谢健康的关联图谱34,694例宏观样本ZOEPREDICT项目整合英美参与者宏基因组·饮食·健康数据0.4Spearman模型精度机器学习模型预测相关度血糖·血脂·餐后代谢反应661个菌种覆盖"ZOE微生物组健康排名2025"菌种偏相关排序·识别有益与有害菌种01认知边界未知菌种的启示22个排名前50的有益菌种中，多达

22个为未知或未培养物种揭示现有认知空白识别有益与有害菌种仍需进一步研究提示现有认知仍有大量空白代谢疾病与衰老的功能指纹对1,399名中国中老年人群的1,967份粪便样本开展宏蛋白质组学分析，覆盖44种表型。1,399名人群规模1,967份样本数量44种表型覆盖核心发现2项厚壁菌门功能蛋白减少碳水化合物代谢、能量代谢、氨基酸代谢蛋白在代谢疾病中一致减少枢纽菌种机制埃氏巨球形菌是2型糖尿病枢纽菌种，抗糖尿病药物可促进其生长，通过产生丁酸盐调节血糖稳态蛋白层面证据表明，菌群功能而非单纯组成与代谢疾病进程密切相关结直肠癌的菌群耐药机制从致病菌鉴定到噬菌体干预，形成了一条完整的机制-靶点-治疗链条这一研究展示了精准调控菌群在肿瘤治疗中的潜力，为耐药难题提供了全新解决思路。1第一步富集发现香港中文大学于君团队，在两个独立队列中发现脆弱拟杆菌在化疗耐药患者体内显著富集2第二步结合诱导表面蛋白

SusD/RagB

与癌细胞

Notch1受体结合诱导上皮间质转化，抑制化疗诱导的细胞凋亡3第三步靶向逆转特异性噬菌体

VA7

可靶向清除脆弱拟杆菌在临床前模型恢复化疗敏感性肠脑轴与神经退行疾病菌群-肠-脑轴的跨疾病关联打破了单一疾病的孤立研究视角菌群在阿尔茨海默病与结直肠癌负相关中起关键作用跨疾病负相关发现Prevotella菌属河北医科大学许顺江团队发现，认知障碍患者中丰度增加、结直肠癌患者中减少粪菌移植机制证据炎症耐受AD小鼠肠道菌群移植给正常小鼠后，可抑制结直肠癌发生早期预警潜力476

名参与者复旦赵兴明团队，覆盖

5个病理阶段，提示肠道菌群具有阿尔茨海默病早期预警潜力CHAPTER机制突破从相关到因果核心功能群与菌群-器官轴揭示致病机制03核心功能群奠定结构骨架38项研究整合15种·26项疾病·病例对照约10%菌种覆盖核心结构揭示：少数关键成员承担了系统的大部分生态功能论研究结论生态关系核心功能群承载生态关系85%以上智能预测机器学习模型可区分疾病与健康状态，并预测免疫疗法疗效功能集中移除核心功能群后，剩余90%的菌之间几乎失去生态关系，证明菌群功能高度集中于少数骨干成员免疫治疗的新调控轴菌群对免疫的调控远超"间接影响"，存在可验证的分子通路核心结构揭示：少数关键成员承担了系统的大部分生态功能01调控轴一FAD-脂肪细胞-免疫轴发现团队：上海交大陈豪燕、洪洁团队机制：FAD调动脂肪细胞脂质重塑，通过FADS2促进多不饱和脂肪酸合成，增强CD8+T细胞毒性系统效应：DHA升高与肿瘤内CD8+T细胞浸润增加及免疫治疗良好效果正相关02调控轴二APOL9-拟杆菌轴发现机构：中科院上海营养与健康研究所机制：APOL9蛋白与特定拟杆菌目共生菌建立精细化合作，触发有益免疫反应微生物组器官的功能模块菌群像一个"内分泌工厂"，通过代谢物向全身发送分子信号这些功能模块将饮食、菌群与远端器官命运连接起来，为机制研究提供了可操作的解析单元碳水化合物发酵模块底物膳食纤维产物短链脂肪酸受体激活G蛋白偶联受体宿主效应增强肠道屏障胆汁酸转化模块底物初级胆汁酸产物次级胆汁酸受体经FXR、TGR5宿主效应调节脂质与糖代谢胆碱代谢模块底物胆碱产物三甲胺转化经FMO3氧化为氧化三甲胺宿主效应关联心血管与肾脏疾病风险CHAPTER临床转化从发现到应用微生物组驱动的精准医疗时代正在到来04诊断模型与AI赋能菌群数据与AI结合，正从科研标志物走向临床判别工具诊断模型的稳定性能，为菌群数据进入临床决策提供了量化支撑。2型糖尿病111种肠道微生物衍生代谢物与疾病进展相关AUROC0.80+诊断模型判别力优异炎症性肠病1,300+宏基因组数据整合分析400+代谢组数据联合建模0.92–0.98诊断模型AUROC结直肠癌青岛大学苏晓泉团队2,053份15个全球队列样本开发深度学习法，突破跨队列检测泛化瓶颈。干预策略与产业前景技术成熟、数据积累与产业投入的叠加，正在打通转化最后一公里从诊断产品到工程化活体生物药，肠道微生物领域正面临从学术热点向临床应用的实质跃迁干预策略升级2项综合方案先精准清除致病菌、再定向定植有益菌效果益生菌定植率从

1%-5%

显著提升市场规模扩张2项增速中国微生物组学市场以年均

25%

增速扩张规模预计

2026年突破

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