第四章    肠道微生物组研究14个主题方向

4.14 同一健康

4.14.2 主要认知和研究现状

4.14.2.2 虫媒疾病

吸血节肢动物（如蚊子、蜱、蝇、沙蝇和虱子）等媒介生物（虫媒）在吸血过程中可将各种病原体传播给动物和人类，造成疟疾、登革热、寨卡病毒等媒介传播疾病（也称虫媒传染病），从而严重威胁动物和人类的健康。大多数病原体必须感染相应的虫媒才能实现自身的繁殖、传播，增加感染脊椎动物宿主的机会。病原体在虫媒吸血时进入虫媒肠道，与虫媒的肠道共生微生物群、肠道分泌物、肠道免疫系统和上皮细胞发生相互作用，这些过程是病原体能否感染虫媒的关键决定因素^[9]。

虫媒的共生微生物主要分布在中肠、唾液腺和生殖道，在影响虫媒病原体传播方面发挥重要作用。多项研究发现，虫媒携带的共生微生物组可影响虫媒的生理、代谢和免疫以及传播疾病能力^{[10, 11]}。一方面，微生物组参与虫媒的发育和繁殖过程，如影响蚊子的幼虫发育、雌蚊产卵等。另一方面，微生物组可影响虫媒生物的代谢和健康，如提供B族维生素、辅因子等必需营养物质，平衡虫媒生物的血液饮食；消化吸收血液代谢产物，减轻虫媒消化血液产生的毒素；参与氨基酸、脂质和糖原的代谢，影响虫媒的生理状态。而且，微生物组还可促进虫媒免疫系统的成熟，调节免疫活性，影响肠道围食膜（物理屏障）的形成，从而影响虫媒对病原体感染的易感性。有些共生微生物还通过产生抗病原体的化合物或竞争抑制作用直接与病原体互作，影响病原体在虫媒体内的存活和定植。总之，虫媒的共生微生物组可通过多种机制影响虫媒对病原体的抵抗力，从而影响虫媒生物对病原体的感染易感性和传播性，成为防控虫媒疾病传播的新靶点。

除了虫媒的微生物组，虫媒叮咬的动物和人类的肠道微生物组，也同样可以影响病原体的感染和传播^[10]。动物和人肠道微生物组可通过促进皮肤健康、调节皮肤免疫，以及诱导全身性抗病毒I型IFN应答、增强抗病毒免疫应答等机制，影响蚊媒疾病的感染、进展和传播^[12]。

聚焦：利用虫媒微生物防控虫媒疾病

随着微生物组对虫媒疾病的作用被不断揭示，研究者开始关注如何利用微生物组进行虫媒疾病防控。这些策略包括：利用内共生菌沃尔巴克氏菌，让蚊子“不孕不育”，以达到控制蚊子种群数量、减少疾病传播的目的；通过基因工程改造虫媒的共生细菌，影响虫媒的生存和病原体的感染和传播性；开发疫苗，使被虫媒叮咬的宿主能产生针对虫媒共生微生物的抗体，虫媒吸食血液时抗体会随之进入虫媒体内，影响虫媒微生物组，进而影响虫媒生理和传病能力^[11]。（图4.14.4）

图4.14.4 微生物组在虫媒防控中的应用^[11]

近期代表性研究

4.14.2.3 微塑料

微塑料对动物和人体健康——包括对肠道和肠道微生物组——的影响，是目前的研究热点。微塑料是指小于5mm 的塑料颗粒，来自于塑料物体、汽车轮胎、涂料及化妆品等。其中，小于100nm 的颗粒被定义为纳米塑料。微塑料颗粒在环境中无处不在。微塑料能通过静电吸附、分子间作用力、生物膜、孔隙填充等方式吸附、积聚环境中的重金属、有机物、致病菌、纳米材料等污染物。微塑料及其“携带”的污染物能通过食物链进入人体，在胃肠道发生解吸附，进而对肠道的物理、化学、微生物组、免疫屏障等造成损伤。

微塑料对人体健康造成危害的机制复杂多样，涉及多个系统和器官。微塑料及吸附的污染物可以促进肠道微生物组失调，直接损伤肠道黏膜（如削弱黏液层），损害肠屏障功能，增加肠道通透性，促进肠道炎症和病理变化。此外，微塑料及吸附的污染物可以穿过肠屏障进入血液，影响肝脏、肾脏等其他器官功能，导致炎症和组织损伤。微塑料还可能干扰免疫系统功能，导致免疫抑制或过敏反应。^[13]（图4.14.6）

图4.14.5 微塑料和环境污染物的来源、命运以及进入人体的方式^[13]

图4.14.6 微塑料（MPs）/ 污染物破坏肠道屏障的过程^[13]

聚焦：微塑料影响动物肠道微生物组和健康

微塑料污染了世界各地的环境，并被多种动物摄入并在体内积累，这可能对动物健康造成威胁，其中包括对肠道微生物组的不良影响。多个物种的研究都显示，长期摄入微塑料会导致肠道微生物组发生变化，并对肠道屏障、代谢等造成影响，还会通过脑- 肠- 菌群轴影响神经系统和行为。

近期代表性研究

聚焦：挖掘降解微塑料的肠道微生物

微塑料进入机体内，不断累积，对机体的健康造成影响。但近期的研究在大麦虫、黄粉虫、人类等多个物种体内都发现了微塑料发生生物降解的证据。此外有研究从蜡蛾（Galleria mellonella）肠道中分离出了具有降解聚乙烯（PE）微塑料颗粒能力的微生物，并鉴定出两种PE 降解酶。微生物对微塑料的降解、以及如何利用微生物消除微塑料对机体的影响需要更多的探索。

近期代表性研究

第五章    结语

肠道微生物组研究在过去二十年中取得了显著进展，为理解人类健康和疾病的复杂机制提供了全新的视角。在全球研究者的不懈努力之下，在不断进步的技术方法加持之下，肠道微生物组研究已经逐渐从相关性转向因果性，从描述性转向机制性。人们对于肠道微生物组在个体乃至群体层面上的多样性、异质性和动态演变规律，在代谢、免疫、神经等生物学功能方面的作用和分子机制，与肠道疾病、肠外疾病和系统性疾病的关系，在疾病预防、诊断和干预以及在精准医疗方面的应用潜力，都取得了长足进展，显示出利用肠道微生物组改善人类和动物健康的巨大前景。

肠道微生物组研究目前仍面临不少挑战，但也暗藏许多机遇。例如更加标准化的研究方法和流程，更加开放的数据共享和跨学科合作，更加完善和创新的采样、分析技术以及研究模型和工具，揭示更多微生物的特点和功能——尤其是不可培养微生物和细菌以外的微生物，从生态学视角理解微生物组并深入菌株和基因层面解析微生物与宿主的相互作用，探索并拓展更多类型的微生物- 宿主互作的分子机制，研发更为精准可控的微生物组干预方法，开展更多高质量临床试验促进研究成果转化，更加客观地看待微生物组研究的局限性等等。

任何科学突破都不是一蹴而就的，一个领域的发展需要大量资源和精力的投入。过去二十年取得的进展，为肠道微生物组研究的未来发展奠定了坚实的基础。论文发表不是研究的终点，而是进一步拓展认知边界和推进转化应用的起点。感谢所有投身肠道微生物组研究的科学家和研究者，期待这一领域的研究为人类健康带来更多福祉！

参考文献

9.Barillas-Mury, C., J.M.C. Ribeiro, and J.G. Valenzuela, Understanding pathogen survival and transmission by arthropod vectors to prevent human disease. Science,2022. 377(6614): p. eabc2757.

10.Shi, H., X. Yu, and G. Cheng, Impact of the microbiome on mosquito-borne diseases. Protein Cell, 2023. 14(10): p. 743-761.

11.Wang, J., L. Gao, and S. Aksoy, Microbiota in disease-transmitting vectors. Nat Rev Microbiol, 2023. 21(9): p. 604-618.

13.Hu, L., Y. Zhao, and H. Xu, Trojan horse in the intestine: A review on the biotoxicity of microplastics combined environmental contaminants. J Haz