宿主源微生物群驱动小鼠功能性恢复与艰难梭菌清除的机制研究

这篇研究揭示了粪菌移植(FMT)治疗复发性艰难梭菌感染(rCDI)的关键机制：通过比较小鼠源和人源微生物群在清除艰难梭菌(Clostridioides difficile)中的差异，发现尽管人源菌群能恢复分类学多样性并携带相关功能基因，但因宿主-菌群适应性差异导致次级代谢产物缺陷，最终影响清除效果。研究强调了微生物治疗需兼顾功能潜力与宿主环境适配性。

　　

ABSTRACT

肠道微生物群提供的定植抗性对抵抗艰难梭菌(Clostridioides difficile)初始感染(CDI)和复发感染(rCDI)至关重要。尽管粪菌移植(FMT)通过恢复微生物组成和功能成功治疗rCDI，但标准化粪便产品的作用机制尚不明确。研究结合16S rRNA基因测序、宏基因组测序和代谢组学，在小鼠rCDI模型中比较人源与鼠源FMT的效果。结果显示，尽管人源菌群恢复了分类多样性和典型清除相关的细菌功能，但其清除艰难梭菌的效果弱于鼠源菌群。代谢组学分析揭示人源菌群移植后次级代谢产物水平显著低于鼠源FMT组，表明人类微生物在新宿主环境中存在功能性重塑。

INTRODUCTION

艰难梭菌作为重要的医疗相关病原体，其复发感染因抗生素治疗后微生物群进一步紊乱而难以治疗。肠道微生物群通过产生次级胆汁酸和短链脂肪酸(SCFA)等代谢物抑制艰难梭菌，而FMT能恢复这些功能。然而，宿主环境对移植菌群功能表达的影响尚未阐明。本研究旨在揭示跨宿主移植时微生物功能实现的关键限制因素。

MATERIALS AND METHODS

实验采用5-8周龄C57BL/6小鼠，通过抗生素预处理建立rCDI模型。分别移植健康小鼠粪便(mFMT)、其他遗传背景小鼠粪便(mFMT-other)或6名健康人粪便(hFMT)。通过16S rRNA测序、宏基因组测序和代谢组学分析微生物组成、功能基因及代谢产物变化。测序数据使用mothur和HUMAnN3等工具处理，代谢物通过UPLC-MS/MS和GC-MS检测。

RESULTS

人源菌群定植但未能清除艰难梭菌
hFMT组尽管恢复了微生物α多样性（Shannon指数提升），且定植了与清除相关的菌属（如拟杆菌属Bacteroides和毛螺菌科Lachnospiraceae），但艰难梭菌载量持续高于mFMT组。宏基因组分析显示hFMT组携带胆汁酸水解酶(bsh)和丁酸合成基因(but/buk)，但代谢产物检测发现其丁酸和次级胆汁酸水平显著低于mFMT组。

功能基因与代谢产物的宿主特异性差异
虽然hFMT组微生物携带氨基酸代谢相关基因，但代谢组显示其氨基酸衍生物（如尸胺cadaverine）积累，而mFMT组更有效利用氨基酸。次级胆汁酸如脱氧胆酸(DCA)在小鼠特异性胆汁酸w-MCA恢复不足，提示宿主特异性代谢转化障碍。

DISCUSSION

研究首次证明微生物治疗疗效不仅依赖分类组成和基因潜力，更需宿主环境支持其功能表达。人源菌群在小鼠肠道中虽定植成功，但因无法完全适应宿主代谢网络（如鼠特异性胆汁酸转化缺陷），导致关键抗菌代谢物不足。这为开发跨宿主微生物疗法提供了重要启示：需同步优化菌群功能与宿主微环境适配性。