肠道疾病诊治新手段：元基因组信息的宏蛋白质组学研究时代即将来临

我们的胃肠道和里面的微生物群落一起构成了一个活跃的代谢界面，这对于我们消化食物、调节免疫系统和抵抗疾病都非常重要。我们吃的东西会显著影响肠道的功能、微生物群落的组成以及它们之间的互动。如果这种平衡被打破，特别是在那些有遗传风险的人身上，就可能引发各种疾病，比如炎症性肠病、乳糜泻、营养不良、代谢问题、癌症和神经退行性疾病。

传统的微生物群落研究主要依靠DNA测序，但这并不能很好地告诉我们微生物群落的活性功能。因为很多生物学功能是在蛋白质层面发生的，所以使用质谱法进行蛋白质组学分析可以更准确地描述活跃的微生物群落以及它们与宿主的互动。宏蛋白质组学的进步，通过定制的数据库和高分辨率技术，提高了蛋白质鉴定的准确性，但在实现物种水平分辨率和区分功能性细菌蛋白方面，我们仍然面临重大挑战。同样，我们对人类肠道粘膜蛋白如何响应饮食和微生物变化的理解还不够深入。虽然有数百种肠道蛋白在健康和疾病状态下表达不同，但目前只有钙卫蛋白（由S100A8和S100A9蛋白组成）被常规用来评估炎症性肠病的严重程度，其敏感性和特异性都是中等的。

另一个挑战是准确和直接地量化人类对营养物质的暴露。我们的饮食内容和长期消费模式被认为是影响整个胃肠道中宿主肠道粘膜和微生物组功能的关键因素。然而，我们通常依赖于主观的问卷或食物日记来量化饮食摄入量，这些方法容易出现记忆偏差、依从性变化和分辨率不足。目前，我们缺乏一种客观的方法来在单一营养素水平上非侵入性地评估食物暴露和吸收的全球情况。此外，公正评估饮食暴露对宿主和微生物组功能的生态位特异性影响，以及宿主和微生物组对食物消化和吸收的逆向影响，将有助于我们从功能上解码宿主-微生物组-饮食对人类生理和疾病的贡献。

2025年1月，以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的Eran Elinav教授团队在《Cell》杂志上发表了他们的最新研究“人类肠道微生物组、宿主和饮食暴露组的元基因组信息元蛋白质组学揭示了健康和炎症性肠病的特征（Metagenome-informed metaproteomics of the human gut microbiome, host, and dietary exposome uncovers signatures of health and inflammatory bowel disease）”。这项研究揭示了元基因组信息的宏蛋白质组学研究在肠道疾病的诊治应用前景。

Eran Elinav教授的研究小组通过使用一种叫做宏蛋白质组学的技术，在小鼠和人身上进行了研究。这项技术利用元基因组信息，帮助科学家们不通过手术或其它侵入性手段，就能观察到在我们肠道里居住的有益菌和有害菌，以及它们是如何随着我们的饮食和抗生素的使用而变化的。他们还发现，通过分析粪便样本，可以准确地了解一个人的饮食情况。在研究小鼠的自身炎症和人类的炎症性肠病时，他们发现肠道微生物群的组成和功能出现了失衡。这种失衡是由肠道细菌对炎症反应的抑制作用引起的。通过转移微生物群，他们观察到宿主和细菌之间相互作用的早期动态变化。此外，他们的预测分析还找出了一些可能作为炎症性肠病生物标志物的蛋白质，这些蛋白质在诊断上可能比目前使用的钙卫蛋白更有效。重要的是，通过同时分析粪便中的营养物质，他们能够识别出与炎症性肠病相关的饮食习惯、饮食治疗的依从性，以及小肠消化功能的问题。这些发现有助于更好地理解和治疗炎症性肠病。。

总的来说，Eran Elinav教授和他的团队开发了一种创新的研究方法，他们称之为IPHOMED，即“宿主-微生物-饮食集成蛋白质基因组学”。这种方法能够同时追踪和分析我们的饮食、肠道微生物以及我们身体对这些微生物的反应。通过这种方法，科学家们可以更全面地了解这三者之间的复杂互动。IPHOMED的核心在于它能够揭示微生物组与疾病之间的联系。微生物组，也就是生活在我们体内的微生物集合，对我们的健康有着深远的影响。通过这种方法，研究人员可以更深入地理解某些疾病，比如炎症性肠病，是如何由微生物组的变化引起的。这不仅有助于我们更好地理解这些疾病的成因，还可能为开发新的诊断工具和治疗方法提供线索。

此外，IPHOMED还可能揭示新的治疗机会。例如，如果我们知道某种特定的微生物或饮食习惯与疾病的发生有关，我们或许可以通过调整饮食或使用特定的微生物疗法来预防或治疗这些疾病。这种方法的潜力巨大，因为它不仅能够帮助我们理解微生物组如何影响我们的健康，还能够指导我们如何利用这些知识来改善健康和治疗疾病。简而言之，IPHOMED为我们提供了一个强大的工具，以探索和利用微生物组在维护和促进人类健康方面的潜力。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867424014296?via%3Dihub