基于宏基因组全基因组测序的喉气管狭窄患者气道微生物组特征及功能通路研究

本研究通过宏基因组全基因组测序(mWGS)技术，首次在喉气管狭窄(LTS)患者气道微生物组中发现菌群多样性降低、特定致病菌富集及脂肪酸代谢通路异常。美国辛辛那提大学医学院团队采用生物信息学工作流(BioBakery)分析12例临床样本，揭示S. aureus等病原体与甲醛代谢通路可能参与LTS发病机制，为开发靶向微生物干预策略提供新思路。

　　

喉气管狭窄(LTS)作为进行性气道狭窄疾病，其发病机制与微生物组的关联长期存在认知空白。传统16S rRNA测序技术仅能识别菌属水平差异，而慢性炎症环境下特定菌株的功能特性可能才是关键。更棘手的是，临床常见的治疗手段如气管造口术本身就会改变气道微环境，使得真实致病因素与继发改变难以区分。这些瓶颈严重制约了针对LTS微生物靶点的精准治疗开发。

美国辛辛那提大学医学院(University of Cincinnati College of Medicine)的研究团队在《Scientific Reports》发表创新研究，首次将宏基因组全基因组测序(mWGS)技术应用于LTS气道微生物分析。他们收集8例LTS患者（含3例气管造口患者）和4例对照的术中拭子样本，通过QIAamp DNA Microbiome Kit富集微生物DNA，采用Illumina NextSeq 2000平台进行双端测序。运用BioBakery生物信息学工作流进行质量控制后，结合MetaPhlAn4和HUMAnN3分别开展物种注释和功能通路分析，并针对6个优势菌种构建定制数据库进行菌株水平解析。

研究结果部分，物种多样性分析显示LTS组Shannon指数显著降低（p=0.028），且气管造口患者菌群组成呈现最大离散度。相对丰度图谱可见LTS气道被金黄色葡萄球菌(S. aureus)、伪生殖道棒状杆菌(C. pseudogenitalium)等机会致病菌主导，而韦荣球菌(Veillonella)等共生菌减少。差异丰度分析特别揭示，气管造口患者中阴道厌氧球菌(A. vaginalis)和C. pseudogenitalium的log2FoldChange分别达3.6和3.7。功能通路分析发现LTS组富集硬脂酸生物合成(PWY-5972)和甲醛代谢(RUMP-PWY)等通路，其中甲醛氧化I通路差异最显著（log2FoldChange=5.6）。菌株异质性分析虽未达统计学显著性，但观察到气管造口患者中链球菌和韦荣球菌的菌株多样性降低趋势。

该研究通过高分辨率测序技术，首次绘制了LTS气道微生物组的物种-功能双重图谱。其核心发现包括：气管造口术作为关键混杂因素对菌群结构的显著影响；S. aureus等病原体在部分患者中的绝对优势定植；以及甲醛解毒和脂肪酸代谢通路的上调可能参与慢性炎症维持。这些发现为理解微生物组在LTS中的作用机制提供了新视角——不仅是简单的"病原体存在"，更涉及特定菌株与宿主代谢微环境的复杂互作。尽管受限于样本量和临床混杂因素，该研究证实了mWGS在呼吸道疾病研究中的应用价值，为后续大规模研究设计提供了重要方法学参考，并为开发针对病原体定植或代谢通路的精准干预策略指明了方向。