综述：感染作为生态系统：微生物发病机制中的群落代谢互作

这篇综述深入探讨了宿主相关微生物群落在动态生态系统中的代谢互作网络，聚焦口腔和呼吸道感染，揭示了环境因素（pH、氧分压、营养异质性）与微生物竞争-协作谱系如何共同塑造群落功能与疾病进展（如CF、COPD），为靶向干预菌群代谢提供了新视角。

　　

宿主相关环境的动态性

宿主微环境是微生物群落的竞技场，其营养异质性、拓扑结构和波动条件（如pH、氧分压）塑造了独特的生态位。以囊性纤维化（CF）气道为例，粘蛋白的积累形成缺氧环境，促使发酵菌（如链球菌属）将粘蛋白分解为短链脂肪酸（SCFA），进而被铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）利用。这种营养级联反应揭示了微生物如何通过代谢协作构建"代谢经济圈"。

营养循环与异质性

核心营养素（碳、氮、铁）的获取是微生物生存的关键。在口腔中，唾液糖蛋白被链球菌降解为乳酸，而韦荣菌（Veillonella）将其转化为弱酸乙酸，形成pH波动循环——这种代谢接力赛既驱动龋齿发生，又筛选出耐酸菌群。

拓扑结构的筛选作用

肺部纤毛运动和皮肤脂质分泌等物理特性迫使微生物进化出适应性策略。例如，铜绿假单胞菌在CF患者气道中通过藻酸盐生物膜抵抗清除，而表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）则依赖皮肤汗液中的尿素渗透调节系统立足。

微生物互作光谱

从协作到竞争，微生物通过精密的化学对话维系群落平衡。

协作：共生与共谋

• 交叉喂养：罗氏菌（Rothia mucilaginosa）分泌的乳酸被铜绿假单胞菌转化为谷氨酸，增强其毒力因子产量。

• 分工合作：大肠杆菌（Escherichia coli）亚群通过分区完成TCA循环，共享α-酮戊二酸和丙酮酸以降低代谢负担。

• 解毒联盟：嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）分泌金属β-内酰胺酶灭活碳青霉烯类抗生素，使铜绿假单胞菌耐药性提升16倍。

竞争：生存战争

• 铁争夺战：伯克霍尔德菌（Burkholderia cepacia）通过铁载体奥尼巴汀（ornibactin）垄断铁资源，迫使铜绿假单胞菌启动高亲和力铁载体（pyoverdine）反击。

• 细菌暗杀：路邓葡萄球菌（Staphylococcus lugdunensis）分泌抗菌肽lugdunin直接裂解金黄色葡萄球菌（S. aureus）。

• 环境改造：变形链球菌（Streptococcus mutans）发酵产酸制造低pH禁区，排挤口腔共生菌。

未解之谜与未来方向

尽管研究揭示了微生物代谢网络的冰山一角，宿主微环境时空动态的精确模拟、多物种代谢通路的实时追踪仍是挑战。开发类器官模型与单细胞代谢组学结合的新技术，或将破解"代谢暗物质"如何驱动感染转归——这不仅是生态学命题，更是对抗耐药菌感染的治疗密码。