《Microbiological Research》：Longitudinal multi-omics pilot study: Small sample size human model of gut microbiota-mitochondrial metabolic dysregulation in primary biliary cholangitis
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本研究针对原发性胆汁性胆管炎(PBC)患者中20-40%对一线药物熊去氧胆酸(UDCA)应答不佳的临床难题，通过为期8年的纵向多组学分析，揭示了UDCA无应答者存在以Collinsella为中心的促炎菌群网络、丁酸盐产生菌耗竭、白色念珠菌扩张为特征的持续性肠道菌群失调，并伴有微生物毒力因子（如鞭毛）富集和宿主能量代谢障碍，特别是线粒体三羧酸(TCA)循环功能紊乱（表现为血清丙酮酸持续升高）。而应答者则表现出菌群重塑和线粒体功能改善（衣康酸富集）。研究构建的微生物-代谢物预测模型为识别UDCA无应答者提供了新策略，为针对"肠道-线粒体"轴的个体化治疗提供了新见解。
在肝脏疾病领域，原发性胆汁性胆管炎（Primary Biliary Cholangitis, PBC）是一种让医生和患者都倍感棘手的自身免疫性肝病。这种疾病主要攻击肝脏内的小胆管，导致慢性炎症和进行性胆管破坏。令人困惑的是，尽管熊去氧胆酸（Ursodeoxycholic Acid, UDCA）作为PBC的一线治疗药物已经应用多年，但临床上仍有20-40%的患者对UDCA治疗反应不佳。这些"无应答者"面临着疾病持续进展、最终可能发展为肝硬化和肝功能衰竭的风险。
为什么同样的疾病、同样的药物，治疗效果却存在如此显著的差异？这个问题长期以来困扰着肝病学界。近年来，随着研究的深入，科学家们逐渐将目光投向了人体内一个复杂的"生态系统"——肠道微生物群，以及细胞内的"能量工厂"——线粒体。肠道与肝脏通过"肠-肝轴"紧密相连，肠道菌群的紊乱可能通过多种途径影响肝脏健康。而线粒体功能异常，特别是与PBC核心自身抗原——丙酮酸脱氢酶复合体E2（PDC-E2）相关的代谢紊乱，被认为是PBC发病的关键环节。
然而，肠道菌群与线粒体代谢之间是否存在内在联系？这种联系是否会影响UDCA的治疗效果？这些问题尚未得到系统阐述。正是为了解开这些谜团，浙江大学医学院附属第一医院的研究团队在《Microbiological Research》上发表了他们的最新研究成果。
研究人员采用了一种综合性的研究策略，核心是建立了一个包含47名PBC患者和47名健康对照的纵向随访队列，并进行了长达8年的跟踪观察。他们在基线、第4年和第8年三个时间点收集血液和粪便样本，运用了多种先进的技术方法：通过流式细胞术分析外周血淋巴细胞亚群以评估免疫状态；采用宏基因组测序全面分析肠道微生物组成（包括细菌、古菌、真菌和病毒）；利用非靶向代谢组学分析粪便代谢物谱；通过靶向有机酸组学定量检测血清中13种关键三羧酸（Tricarboxylic Acid, TCA）循环代谢物水平；并构建微生物共现网络识别关键物种，最后整合多组学数据建立预测模型。
3.1. 患者队列和多组学分析
研究团队筛选了129名PBC患者，最终纳入47名符合标准的患者，并设立了年龄、性别匹配的健康对照组。所有PBC患者均接受了长达8年的随访，分别在基线、第4年和第8年收集样本和数据。基于对UDCA的治疗反应，患者被分为应答组和无应答组。
3.2. PBC患者的基线临床表型和免疫失调
分析显示，与健康对照相比，PBC患者在基线时多个关键生化指标出现显著异常。长期随访发现，UDCA无应答组在第4年和第8年时，ALT、AST、ALP、GGT等肝酶指标持续显著高于应答组。免疫学分析发现PBC患者存在广泛的淋巴细胞减少，特别是CD4+T细胞绝对计数降低。
3.3. 肠道菌群失调：PBC患者微生物群落的结构重塑和功能紊乱
PBC患者表现出显著的肠道微生物生态系统改变。真菌物种丰富度和病毒群落多样性增加。在物种水平上，PBC患者肠道中富含多种炎症相关细菌，而短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs）产生菌显著减少。机会性病原真菌如白色念珠菌（Candida albicans）明显富集。功能分析显示，PBC患者微生物群落中与细菌生存和致病潜力相关的通路富集，而核心代谢和能量转换通路则显著耗竭。
3.4. PBC患者的代谢重塑揭示能量代谢的核心功能障碍
代谢组学分析发现PBC患者整体代谢谱发生重塑。差异代谢物主要富集在能量代谢相关通路中。靶向有机酸检测显示，与健康对照相比，PBC患者血清中酮戊二酸和L-乳酸水平显著升高，而草酰乙酸水平降低。
3.5. 微生物群、代谢物、免疫细胞和临床数据的整合网络分析
相关性分析揭示了特定肠道微生物、代谢物和肝损伤临床标志物之间的关联。例如，某些Phocaeicola物种的丰度增加与肝损伤标志物升高显著正相关。肠道微生物群与宿主免疫细胞谱也存在直接且显著的关联。
3.6. UDCA无应答者中进行性肠道菌群失调、网络改变和代谢功能障碍
纵向分析显示，UDCA无应答者的肠道菌群失调随时间推移而持续或恶化。在无应答组中，重要的有益菌如长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）显著减少，而多种机会性病原菌富集。细菌共现网络分析发现，UDCA无应答组中最大的网络模块是以Collinsella属为核心。代谢组学分析显示，无应答组中许多与能量代谢相关的物质随时间推移逐渐耗竭。特别值得注意的是，无应答组血清丙酮酸水平在第4年和第8年持续显著升高。
3.7. UDCA的系统性调节作用及在应答者和无应答者中的差异表现
UDCA治疗在不同应答人群中诱导了差异化的微生物和代谢调控。在无应答组中，肠道菌群失调状态持续或恶化，而在应答组中，肠道微生物群逐渐改善，有益菌如Faecalibacterium prausnitzii等显著增加。有机酸分析发现，UDCA应答组中衣康酸（itaconate）、乌头酸和草酰乙酸显著富集，而L-乳酸水平相应降低。
3.8. 多组学整合构建UDCA治疗应答预测模型
研究团队整合多组学数据构建了预测模型，基于5个核心微生物标志物和5个关键代谢物的组合模型显示出优越的预测性能。
研究结论和讨论部分强调，这项小型样本人体模型研究表明，UDCA无应答者表现出持续的肠道菌群失调，其特征是有益丁酸盐产生菌耗竭、机会性真菌如白色念珠菌扩张，以及以Collinsella为中心的促炎细菌网络富集。在功能上，这种菌群失调表现为微生物毒力因子（如鞭毛）富集和宿主能量代谢受损，特别是线粒体TCA循环功能障碍，这一点得到血清丙酮酸水平持续升高的支持。
相反，UDCA应答者表现出肠道微生物群的重塑和线粒体功能的改善，血清衣康酸显著富集。这种差异十分显著：无应答者体内TCA循环前底物的积累表明能量生产存在障碍，而应答者则积累了TCA循环衍生的代谢物，能积极缓解炎症。
这些发现表明，UDCA的作用机制不仅仅是改善胆汁流动，而是成功改变了整体细胞代谢和炎症状态。肠道微生物群、其代谢产物和肝线粒体功能紧密耦合，共同形成调节肝细胞稳态、损伤和修复的关键网络。
研究的临床和转化意义在于，UDCA无应答者独特的微生物、代谢和线粒体特征表明，UDCA单药治疗对此患者亚组可能不足。因此，未来的干预策略应考虑多维靶向治疗，如针对无应答者中肠道网络枢纽菌Collinsella使用抗生素，对应答者进行粪便微生物移植以恢复肠道微生态，以及代谢调节干预如补充丁酸盐以改善线粒体功能和肠屏障完整性。
研究人员也指出了研究的几个局限性：相对较小的样本量，加上长期随访中的样本损耗，削弱了统计效力；观察到的关联缺乏机制验证；其他潜在的未测量混杂因素，如长期饮食和生活方式，未得到充分探讨。
总之，这项研究通过纵向多组学分析，揭示了肠道菌群-线粒体代谢轴在PBC患者UDCA治疗应答异质性中的核心作用，为理解PBC病理机制和开发个体化治疗策略提供了新的视角和理论基础。
