肠道多界微生物组分析揭示肠易激综合征伴抑郁焦虑的细菌-病毒互作机制

本研究针对肠易激综合征(IBS)患者普遍伴发心理症状的临床难题，通过宏基因组测序技术对360例香港队列样本进行多界微生物组分析，首次系统揭示了肠道病毒组（特别是噬菌体）通过宿主代谢调控参与IBS抑郁焦虑共病的分子机制。研究发现抑郁型IBS患者肠道内溶原性噬菌体具有更广的宿主范围，且硫代谢通路相关病毒辅助代谢基因(AMGs)显著富集，通过机器学习构建的预测模型(AUC=0.78)证实病毒组特征可作为精神共病诊断标志物。该成果为理解肠-脑轴多界微生物互作提供了新视角，发表于《npj Biofilms and Microbiomes》。

　　

当肠道微生物的"暗物质"遇上心理健康——解析IBS患者肠道病毒组的秘密

在现代快节奏生活中，肠易激综合征(IBS)已成为困扰6.6%香港人群的常见功能性胃肠疾病，更令人担忧的是，约28.8%患者伴有抑郁症状，39.1%存在焦虑障碍。这种"肠脑共病"现象背后，传统研究多聚焦于细菌群落，却忽视了占据肠道微生物组重要组成的病毒——尤其是那些专性寄生细菌的噬菌体。这些被称为生物学"暗物质"的病毒颗粒，正逐渐显现出调控宿主代谢与神经系统的惊人潜力。

香港浸会大学中医药学院团队在《npj Biofilms and Microbiomes》发表的研究，首次采用多界微生物组整合分析策略，对360例严格表型分型的IBS患者和84例健康对照(HC)进行宏基因组测序。研究通过加权相似性网络融合(WSNF)算法识别出两个特征鲜明的患者亚群，并创新性地将病毒组特征纳入机器学习模型，成功构建了精神共病预测系统。尤为重要的是，该研究揭示了噬菌体通过硫代谢通路相关辅助代谢基因(AMGs)影响宿主神经递质合成的分子机制，为理解肠-脑轴的多界微生物互作提供了全新视角。

关键技术方法包括：1) 基于罗马IV标准的前瞻性队列设计（香港地区444份粪便样本）；2) 多界微生物组整合分析（205细菌、91真菌、242噬菌体）；3) 病毒基因组组装与质量评估（CheckV鉴定1302个完整病毒基因组）；4) 宿主预测与功能注释（VIBRANT识别31,819个AMGs）；5) 机器学习建模（随机森林十折交叉验证）。

【肠道病毒驱动IBS与健康对照的差异】
研究通过Hopkins聚类分析发现IBS患者存在显著的微生物组异质性（Hopkins统计量=0.97），最优划分为两个亚群（轮廓系数0.93）。β多样性分析显示两组间微生物组成差异显著（PERMANOVA R²=0.07, p<0.01）。随机森林模型鉴别病毒组贡献度高达54%，显著高于细菌(26%)和真菌(20%)。健康对照组展现出更复杂的微生物互作网络（HC 423 vs IBS 168-228个互作），其中大肠杆菌噬菌体HK639与健康标志菌Bacteroides uniformis呈负相关，这种关系在IBS患者中消失。

【精神共病相关的病毒特征谱】
通过Zung量表和HAMD-17评估，研究者将患者分为常规IBS(rIBS)、抑郁型(dIBS)、焦虑型(aIBS)和共病型(adIBS)。MaAsLin2分析发现抑郁组富集肠杆菌噬菌体（如Enterobacteria_phage_cdtI），而焦虑组特异性增加沙门氏菌噬菌体118970_sal3。值得注意的是，抑郁患者中短链脂肪酸产生菌Eubacterium rectale和Akkermansia muciniphila显著减少，而致病菌Klebsiella pneumoniae增加。网络分析显示adIBS组存在最强的噬菌体-细菌负相关（如拟杆菌-噬菌体对），提示精神症状加剧了病毒介导的菌群失衡。

【构建香港IBS噬菌体基因组目录】
研究组装获得626,559条病毒contig，其中1302个为完整基因组。vConTACT2聚类鉴定105,365个病毒基因组（95%相似度），优势类群为有尾噬菌体目（Caudoviricetes），包括Sepvirinae(n=2388)和Peduoviridae(n=2312)。抑郁焦虑患者呈现独特的病毒簇分布模式，Kostyavirus和Eucampyvirinae等家族呈现差异化分布。宿主预测显示8.08%的vOTUs可关联到宿主菌，其中67.2%靶向厚壁菌门。

【IBS噬菌体具有更广的宿主范围】
比较分析揭示IBS噬菌体呈现更广泛的宿主特异性：平均每个宿主菌属对应7.32±18.27个噬菌体（HC为5.36±12.91），其中Bilophila携带最多前噬菌体（IBS 2237 vs HC 394）。Peduoviridae家族在IBS中跨越10个细菌属（HC仅3个），这种扩展的宿主范围可能加剧菌群失衡。特别发现抑郁患者中，靶向Bilophila的噬菌体含有77个独特宿主基因组，显著高于HC(13个)。

【病毒AMGs连接宿主代谢与精神共病】
功能分析鉴定出31,819个AMGs，主要涉及氨基酸代谢(29.9%)和辅因子代谢(20.3%)。抑郁患者显著富集硫代谢通路相关AMGs（如dcm、cysH），其中参与泛醌合成的ubiG基因表达降低——该基因编码的SAM-e依赖性甲基转移酶与抑郁症密切相关。焦虑患者则呈现独特AMGs谱：pcaC（异生物代谢）上调而coaD（辅因子合成）下调，揭示不同精神症状可能存在差异化的病毒代谢调控机制。

这项开创性研究首次系统描绘了IBS患者肠道病毒组的生态与功能特征，突破性地证实：1) 溶原性噬菌体通过扩展宿主范围重塑菌群结构；2) 病毒编码的AMGs（特别是硫代谢相关基因）可能通过影响神经递质前体合成参与抑郁发生；3) 多界微生物标志物可有效预测精神共病（AUC 0.78）。这些发现不仅为理解肠-脑轴提供了病毒组视角，更启示未来治疗策略需考虑细菌-噬菌体-宿主的三角互作关系。特别值得注意的是，研究建立的香港地区IBS病毒组数据库（PRJNA1143938）为亚洲人群相关研究提供了宝贵资源，其中鉴定到的DNMT1-like AMGs（27.5%检出率）可能代表噬菌体逃逸宿主防御的新机制，这为开发靶向病毒组的干预策略指明了方向。