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细菌性阴道病（BV）影响女性健康，但其微生物组成和代谢互作机制不明。研究人员分析阴道拭子宏基因组数据，通过全基因组代谢网络重建（GENREs）预测 BV 相关细菌代谢互作，结合体外实验，发现 BV 细菌共培养产生咖啡酸等代谢物，为 BV 分型和治疗提供新方向。
细菌性阴道病（bacterial vaginosis, BV）是育龄女性最常见的阴道感染性疾病，表现为阴道微生态失衡，乳酸杆菌减少、多种厌氧菌过度增殖，伴随阴道 pH 升高、分泌物异常及异味等症状。BV 不仅增加 HIV 等性传播疾病感染风险，还与早产、流产等妊娠并发症密切相关，仅美国每年相关医疗成本就高达 144 亿美元。然而，目前对 BV 微生物群落的组成复杂性及细菌间代谢互作机制知之甚少，临床仍依赖广谱抗生素治疗，缺乏精准干预策略。
为揭示 BV 的微生物互作机制，美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）的研究团队开展了一项跨学科研究。他们结合宏基因组测序、全基因组代谢网络重建（genome-scale metabolic network reconstructions, GENREs）、体外共培养实验及代谢组学分析，系统解析了 BV 相关细菌的代谢互作模式，研究成果发表在《Nature Communications》。
研究采用的关键技术包括：① 宏基因组测序分析：对 91 例症状性 BV、489 例无症状 BV 及 122 例健康女性的阴道拭子进行测序，通过 Gardnerella 属优势菌定义 BV 菌群特征；② GENREs 建模：构建 195 株 Gardnerella 及 7 种共栖菌（如 Prevotella amnii、Lactobacillus iners 等）的代谢网络模型，模拟数千对细菌间的竞争与共生关系；③ 体外验证实验：利用 Gardnerella 属菌株的培养上清液（spent media）培养其他 BV 相关细菌，结合代谢组学检测差异代谢物。
研究结果
1. BV 症状状态与细菌共现模式差异
症状性 BV 样本中，Aerococcus christenssii 和 Prevotella bivia 与 Gardnerella 共现频率更高，而无症状样本中 Prevotella amnii、Prevotella buccalis 和 Hoylesella timonensis 更常见。基因组分析显示，Gardnerella 属存在 13 个遗传 distinct 种，如 G. vaginalis、G. piotii 等，其遗传相似性与代谢功能未必相关。
2. 细菌间复杂的代谢互作网络
通过 GENREs 模拟发现，Lactobacillus iners 和 A. christensensii 与其他细菌多呈共生关系，而部分 Gardnerella 菌株（如 G. 8、G. 9）竞争能力显著。代谢物分析显示，L - 组氨酸（L-histidine）、硒代半胱氨酸（selenocysteine）、铁离子（Fe3?）等是主要竞争或共享代谢物。例如，G. piotii 在含 0.1% L - 组氨酸的培养基中生长提升 41.3%，验证了代谢模拟的准确性。
3. 代谢组学揭示关键互作代谢物
体外共培养实验表明，Fannyhessea vaginae 在 Gardnerella piotii 上清液中特异性产生咖啡酸（caffeate），该化合物可结合雌激素受体 α（ERα），可能参与调节阴道上皮微环境。此外，Gardnerella 属菌株可产生原儿茶酸（PCA）和 2 - 羟基异丁酸（2-HIBA），而 H. timonensis 消耗丙酸（propionic acid），后者在 BV 患者阴道分泌物中含量升高。
4. 代谢互作的临床意义
研究发现，无症状 BV 患者年龄偏大，但其菌群结构与健康人群差异显著，提示 BV 可能存在不同亚型。代谢互作网络显示，遗传多样性高的 Gardnerella 菌株更倾向于共生，而竞争型菌株遗传相似度更高，这为 BV 分型提供了新依据。
结论与讨论
本研究首次整合多组学技术，系统解析了 BV 菌群的代谢互作网络，揭示了症状性与无症状 BV 的菌群组成差异及关键代谢物（如咖啡酸、L - 组氨酸）的作用机制。研究表明，BV 并非单一菌群失调，而是由遗传和代谢功能异质性细菌共同驱动的复杂生态系统紊乱。咖啡酸通过结合 ERα 影响阴道上皮稳态的发现，为理解宿主 - 微生物互作提供了新视角，也为开发靶向代谢通路的精准疗法（如调控雌激素相关代谢物）奠定了基础。
尽管体外实验尚未完全模拟体内微环境，但本研究建立的 GENREs 模型为预测细菌互作提供了可复用的计算框架。未来结合单细胞测序和宿主免疫分析，有望进一步揭示 BV 发展的动态机制，推动基于菌群代谢特征的个性化诊疗策略研发。
