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为优化微生物组疗法，研究人员构建 HACK 指数，量化菌群与健康关联，助力疗法设计。
肠道微生物组研究：解锁健康密码的新征程
在人体这个奇妙的 “宇宙” 中，肠道微生物组宛如一个神秘而庞大的 “小宇宙”，栖息着数以万亿计的微生物。它们与人体健康息息相关，参与消化、免疫调节等诸多重要生理过程。近年来，基于肠道微生物组的疗法成为科研热点，有望为多种疾病的治疗开辟新路径，如使用 “益生菌”（常为乳杆菌或双歧杆菌）、益生元（促进肠道有益菌生长的膳食成分）等。
然而，目前这类疗法在不同研究人群中的效果差异较大。究其原因，是科学界对于什么是与健康相关的稳定肠道微生物组尚未达成共识。这就好比在黑暗中摸索，没有清晰的地图指引方向。不同疾病状态下，微生物组的变化复杂多样，难以确定统一的健康标准。因此，找到一种可靠的方法来衡量肠道微生物组与健康的关系，成为亟待解决的关键问题。
为了攻克这一难题，来自印度英迪拉?普拉萨德信息技术学院（IIIT - Delhi）、全印度医学科学研究所（AIIMS）以及爱尔兰科克大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Reports》上，为我们理解肠道微生物组与健康的关系提供了新视角。
研究人员开展的这项研究聚焦于构建一个能综合衡量肠道微生物组与宿主健康及微生物组稳定性关联的指数。为此，他们进行了一系列复杂而严谨的工作。在样本选择上，研究涉及来自 42 个国家、28 个疾病组的 141 个研究队列，共计 45424 个肠道微生物组样本，涵盖了不同年龄、地域和疾病状态的人群，确保了研究结果的广泛代表性。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是数据处理与分析，对于不同来源的样本，如从公共数据库下载的和其他渠道获取的，分别使用相应的工具进行处理，像 metaphlan3 和 SPINGO 等，以生成准确的分类丰度谱。其次，在计算各种关联分数时，运用了独特的算法和模型，如通过 “去除 - 重新归一化 - 关联”（3R）方法计算核心关联分数，利用随机效应模型进行荟萃分析计算稳定性关联分数等。此外，还通过对大量文献的综合分析，确定了实验验证的代谢功能和基因组注释，为深入探究微生物组的功能提供了有力支持。
下面来看看具体的研究结果：
- 全球肠道微生物分类群排名：研究人员基于非患病成人肠道微生物组中微生物的流行程度和群落关联，对 201 种肠道微生物分类群进行了排名。通过 3R 方法，他们发现核心关联特性仅存在于肠道微生物组的一小部分中。像一些常见的微生物，如拟杆菌属（Bacteroides）的某些物种、普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）等在核心关联分类群中较为突出。而且，核心关联与物种丰度并无直接关联，一些低丰度的微生物也可能在核心关联中发挥重要作用。
- 基于荟萃分析的分类群排名：研究人员进一步探究了不同分类群与微生物组时间稳定性的关联。通过对 23 个纵向研究队列的分析，计算 “随访距离” 来衡量微生物组的稳定性。结果发现，某些分类群与微生物组稳定性密切相关，如普拉梭菌、均匀拟杆菌（Bacteroides uniformis）等。这些分类群被称为核心关键物种，它们在维持微生物组稳定性方面可能起着关键作用。
- 基于健康关联的分类群排名：研究人员还研究了分类群与健康的关联。通过对 18020 个微生物组样本的分析，涵盖 62 个研究队列和 28 种不同疾病，他们确定了与健康和疾病相关的分类群，并计算了健康关联分数（HS）。结果显示，某些分类群在多种疾病中表现出一致的变化模式，如瘤胃球菌属（Ruminococcus）的一些物种在疾病状态下丰度变化明显。
- 综合 HACK 指数排名：综合上述三个方面的研究，研究人员构建了健康相关核心关键指数（HACK 指数）。该指数结合了核心关联分数（CS）、稳定性关联分数（SS）和健康关联分数（HS），对 201 种分类群进行综合排名。结果发现，排名靠前的分类群，如普拉梭菌、均匀拟杆菌等，与多种治疗干预的积极反应相关，而排名靠后的分类群则多为口腔微生物和已知的与疾病相关的谱系。
- HACK 指数的验证与应用：研究人员在 14 个验证队列中对 HACK 指数进行了验证，结果表明该指数在不同地理区域、疾病和健康状态下都具有良好的再现性。此外，HACK 指数还与地中海饮食干预和免疫检查点抑制剂治疗的反应相关。例如，在接受地中海饮食干预的人群中，HACK 指数较高的分类群丰度增加更为明显。同时，研究还发现了与 HACK 指数相关的功能和代谢特征，这些特征涉及多种有益的代谢产物和功能，如短链脂肪酸的产生、对特定碳水化合物的偏好等。
在研究结论与讨论部分，研究人员提出的 HACK 指数为肠道微生物组研究提供了新的视角和工具。它通过对多种特性的综合考量，为微生物组疗法的设计和评估提供了更合理的依据。利用 HACK 指数，能够更精准地选择潜在的微生物治疗靶点，推动个性化医疗的发展。此外，研究还发现了一些此前未被充分探索的微生物，为未来的研究指明了方向。不过，该研究也存在一定的局限性，如目前仅适用于成人肠道微生物组，且在菌株水平和特定宿主人群方面还有待进一步研究。随着更多公开数据的出现，HACK 指数有望得到进一步优化和完善。
总体而言，这项研究为肠道微生物组与健康关系的研究奠定了重要基础，HACK 指数的提出是该领域的一项重要进展，为未来基于微生物组的疗法开发和疾病治疗提供了新的思路和方法，有望在生命科学和健康医学领域产生广泛而深远的影响。
