《Gut Microbes》：Bridging the gap: Prevotella/Segatella's impact on gut barrier function and advanced cultivation strategies to realize the uses in gut health
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这篇综述系统阐述了普雷沃菌属（Prevotella）和塞加特菌属（Segatella）作为肠道核心菌群，通过多层屏障（物理、化学、免疫、生物网络）调控肠道稳态的分子机制，并梳理了23种传统与新一代基因组学驱动的培养策略，旨在克服其培养瓶颈，最终推动基于菌株特异性和多组学分析的个性化微生物疗法开发。
分类学界定与生态关联
普雷沃菌（Prevotella）和塞加特菌（Segatella）是革兰氏阴性、厌氧、不运动、不产孢的细菌。2022年，基于平均氨基酸一致性（AAI）和保守蛋白百分比（POCP）等基因组学比较分析，原有的普雷沃菌属被重新分类，其中包含普雷沃菌和塞加特菌等多个属。例如，以前被称为Prevotella copri的细菌，现在被归为Segatella copri。截至2025年5月，通过整合宏基因组学和培养组学方法，已成功表征超过50个细菌物种。其丰富的基因组（最大达8.301 Mb）和分类多样性，奠定了它们作为连接饮食模式、宿主生理和健康状态的关键功能纽带这一深刻的生态角色。
代谢偏好与生态位竞争：为屏障强化奠定基础
普雷沃菌和塞加特菌是 versatile 的肠道细菌成员，拥有超过100个碳水化合物活性酶（CAZymes），能够广泛降解淀粉、纤维素、半纤维素、果胶等多种碳水化合物。其中，降解半纤维素的能力尤为关键，这使其成为植物纤维消化中的先锋。它们通过分解外层的半纤维素，暴露出内部的纤维素，为诸如拟杆菌属（Bacteroides）和梭菌属（Clostridium）等专门的纤维素降解菌提供 access，从而驱动微生物群落的协作性转变。这种代谢活动产生的短链脂肪酸（SCFAs），如丁酸和丙酸，不仅为宿主提供额外能量，更是滋养和强化肠道屏障的关键信号分子。
通过多层策略调控肠道屏障功能
物理屏障功能
肠道物理屏障的紧密性由紧密连接（TJs）、粘附连接（AJs）和桥粒等连接复合体维持。普雷沃菌能够上调紧密连接蛋白（如ZO-1和Occludin）的表达，从而加强上皮屏障。其机制涉及多种途径：例如，其代谢产物丁酸可以通过激活G蛋白偶联受体（GPR）41/43，触发PI3K/Akt通路，或通过AMPK通路提升上皮细胞能量代谢，从而上调连接蛋白的表达。此外，丁酸作为组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂，能通过表观遗传方式促进ZO-1和Occludin的产生。普雷沃菌中间体（P. intermedia）分泌的色氨酸酶能将色氨酸转化为吲哚，后者作为芳香烃受体（AhR）的配体，参与调节与紧密连接和细胞骨架组织相关的基因。
通过粘蛋白和抗菌肽构建化学屏障
肠道化学屏障主要由富含粘蛋白（如MUC2）和抗菌肽的粘液层构成。普雷沃菌衍生的代谢物能促进粘液分泌。例如，丁酸能增加杯状细胞中MUC2 mRNA的表达，并诱导三叶因子家族（TFF）肽的表达。普雷沃菌通常通过琥珀酸途径与丙酸形成相关，而丙酸和琥珀酸本身都能通过不同途径（如激活缺氧诱导因子-2α/HIF-2α或AKT通路）上调MUC2表达。此外，普雷沃菌还能直接产生抗菌肽，如Prevotellin-2，有效抑制沙门氏菌等病原体。从生态学角度看，普雷沃菌作为长期腔内专家，优先代谢膳食植物多糖而非宿主粘蛋白，这可能在生态上平衡了诸如嗜粘蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）和多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）等 specialized 共生菌的粘蛋白降解活动，从而起到屏障保护作用。
免疫屏障功能
肠道免疫系统是人体最大的免疫部分。普雷沃菌（Prevotella spp.）可以通过结构多样的表面脂多糖和微生物代谢产物调节宿主免疫反应，产生情境依赖性的促炎或抗炎效应。例如，其分泌的琥珀酸可通过促进巨噬细胞和树突状细胞的增殖与功能来增强先天免疫。而丙酸则能促进调节性T细胞（Tregs）的生成，并抑制诸如Th17等自身反应性T细胞，从而恢复免疫稳态。某些普雷沃菌菌株（如P. copri）表现出免疫平衡作用，其表面脂多糖（LPS）可降低免疫反应的敏感性，减少如NF-κB、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和IL-6等促炎细胞因子的产生。然而，该属细菌的免疫病理反应由细菌系统发育、宿主免疫状态和微环境线索之间复杂的相互作用决定，具有明显的菌株特异性和情境依赖性。
细菌-细菌网络
肠道中的大多数微生物参与交叉喂养，形成一个强大的营养网络，这也被视为一种保护宿主免受病原体侵害的生物屏障。普雷沃菌是这个网络中的关键节点。作为主要的琥珀酸生产者，琥珀酸可以被 Phascolarctobacterium 和 Dialister 等细菌交叉喂养，转化为丙酸。同时，主要的丁酸生产者（如Faecalibacterium和Roseburia）通常依赖乙酸盐的交叉喂养。因此，普雷沃菌通过与其他肠道细菌的协同相互作用，共同促进短链脂肪酸（SCFAs）的合成，从而降低肠道pH值，并通过上调紧密连接蛋白来增强上皮屏障完整性。此外，普雷沃菌还利用VI型分泌系统（T6SS）主动在肠道生态位中竞争，通过向原核靶细胞输送效应毒素来引发其裂解，从而抑制竞争微生物的生长。
普雷沃菌/塞加特菌的培养现状与策略
目前，获得普雷沃菌或塞加特菌的纯菌株主要依赖传统、劳动密集的培养方法和定制的培养条件。作为专性厌氧菌，大多数物种需要严格的厌氧条件、丰富的培养基（如脑心浸液琼脂、血琼脂等），并依赖二氧化碳或碳酸氢盐。它们的生长优化还需要注意钠离子浓度、盐度和胆汁盐的影响，且通常需要48-96小时的延长培养时间才能复苏和生长。
针对性的分离富集策略主要依赖于底物特异性培养（如补充木聚糖、低聚异麦芽糖、菊粉或淀粉）并结合相应的指示剂进行 visual 识别。然而，传统策略通常存在通量低、劳动强度大以及缺乏基因组指导的底物补充不精确等限制。
新一代培养：针对普雷沃菌和塞加特菌的基因组学与数据驱动流程
基因组学指导的精确培养与筛选
宏基因组组装基因组（MAGs）为构建基因组尺度代谢模型（GEMs）和划定系统发育一致的种群提供了基础。这些模型能够 robust 地推断生物体特定的营养需求和代谢潜力。当代自动化平台（如CarveMe、gapseq、ModelSEED）可系统地将基因组信息转化为预测的核心代谢网络，为设计定制的培养培养基提供合理基础。例如，通过识别与特定膳食聚糖（如甘露聚糖和半乳聚糖）预测特异性的多糖利用基因座（PULs），可以据此配制以这些聚糖为 exclusive 碳源的培养基，成功筛选出目标菌株。
基因组学指导的基于抗生素的选择性富集
基因组分析还能够通过使用抗生素合理设计靶向富集策略。物种特异性抗生素抗性基因（ARGs）的流行率为基因组学指导的富集提供了范例。例如，β-内酰胺酶基因cfxA、四环素抗性基因tetQ和大环内酯类抗性基因ermF在普雷沃菌不同物种中的分布 pattern，可以直接转化为靶向培养方法。实践中，利用其固有生理抗性的 broad-selection 策略（如使用卡那霉素-万古霉素选择性培养基）更常用于普雷沃菌的 initial 分离，因为它能有效抑制快速生长的非目标竞争者。
高通量靶向菌株回收与鉴定
自动化厌氧微生物分离培养系统（CAMII）集成了基于图像的形态学分析与基因组数据，建立了一个数据驱动的、靶向的 colony-picking 平台。该平台已成功回收了包含普雷沃菌在内的数万株分离株。此外，紫外线（UV）标记可利用普雷沃菌菌落在紫外线下独特的砖红色荧光作为快速表型标记进行 differentiation。荧光激活细胞分选（FACS）则利用rRNA导向的探盒结合光散射和荧光参数，直接从粪便样本中物理分选目标细胞。基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）作为一种广泛应用的高通量鉴定技术，利用已建立的标准谱库可对普雷沃菌进行快速分类鉴定。其他如微流控技术、磁性纳米颗粒原位培养策略等先进技术，也显示出用于未来靶向分离普雷沃菌的巨大潜力。
迈向普雷沃菌/塞加特菌治疗的未来精准与安全
将这些培养菌株转化为安全有效的疗法面临一个 distinct 挑战：其生态功能和临床影响高度依赖于菌株和情境。未来的治疗应用必须建立在菌株特异性和宿主感知的精准框架之上。菌株的临床适用性应由其功能基因 repertoire 决定，并辅以干预前宿主因素评估。例如，携带糖苷水解酶和糖基转移酶基因的P. copri菌株，因其具有增强葡萄糖代谢和调节微生物群组成的潜力，可能成为代谢综合征的候选疗法。相反，编码肽基精氨酸脱亚胺酶的P. copri菌株，由于可能通过蛋白质瓜氨酸化和TLR4/NF-κB依赖途径加剧关节炎症，必须严格禁用于类风湿关节炎患者。因此，高分辨率的基因组分析结合宿主因素分层，对于将普雷沃菌和塞加特菌的功能多样性转化为安全、有效、个性化的微生物组疗法不可或缺。
