《Gut Microbes Reports》：Comparison of microbiota profiles of fecal samples, rectal swabs and mucosal biopsies in patients with inflammatory bowel disease
编辑推荐：
肠道微生物群变化与炎症性肠病(IBD)密切相关。然而，基于粪便和直肠拭子的微生物群分析是否能代表炎症部位的黏膜相关微生物群尚不明确。为解决此问题，研究人员在200名IBD患者中对不同来源样本的微生物群进行了系统比较。研究发现，粪便、直肠拭子和结肠活检呈现了明显不同的微生物群特征，且同一样本类型在个体间的相似性很低。这表明在微生物群研究或临床应用中，这三种样本类型不可互换。本研究为IBD微生物群研究的样本选择提供了关键依据。
在我们的肠道中，居住着一个复杂而庞大的微生物“社会”，其成员包括上千种不同的细菌，它们与我们人体的健康与疾病息息相关。这个“社会”的稳定与平衡，一旦被打破，即发生“菌群失调”，就可能导致一系列健康问题，尤其是与免疫系统功能紊乱相关的疾病，比如让人困扰的炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease, IBD)。IBD主要包括溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis, UC)和克罗恩病(Crohn's disease, CD)，其病因复杂，而肠道微生物群被认为是其中一个重要的角色。
为了探索这个微生物“社会”，科学家们需要从人体内获取“样本”进行分析。在大多数研究中，最常用、也最无创的方法是收集“粪便样本”。近年来，一种在门诊即可方便获取的“直肠拭子”也受到了关注。然而，一个关键问题始终悬而未决：我们通过分析粪便或直肠拭子得到的微生物群“画像”，究竟能在多大程度上真实反映肠道黏膜表面，特别是炎症部位的微生物状况？毕竟，IBD的病灶直接作用在肠黏膜上。如果不同采样方法得到的微生物群信息可以“通用”，那将为临床监测带来极大便利。但反之，如果它们本质上“大相径庭”，那么在研究设计和结果解读时就必须非常谨慎，因为它们无法相互替代。
一篇发表于《Gut Microbes Reports》的研究，正是为了拨开这层迷雾。研究人员开展了一项多中心前瞻性观察研究，旨在深入探索IBD患者中不同样本类型的微生物群组成，并评估它们是否可以在研究和临床实践中互换使用。
为了回答上述问题，研究人员采用了IS-pro技术进行分析。这是一种基于细菌16S-23S核糖体DNA间隔区(16S-23S Interspace Region, IS)长度和数量的种属特异性差异，并结合了门特异性荧光PCR引物进行分类的细菌谱分析技术。该研究从荷兰的一家大学医学中心和数家大型教学医院招募了200名有临床症状并计划进行内镜检查的成年IBD患者，形成了MICROBE研究队列。在基线时，研究人员从每位患者那里收集了粪便样本、直肠拭子以及结肠黏膜活检（包括距肛门20厘米处的活检，以及CD患者病变最严重肠段的活检），共计518份样本。通过对这些样本进行DNA提取和IS-pro分析，研究人员比较了粪便、直肠拭子和结肠活检之间，以及不同结肠部位活检之间的微生物群在丰度、多样性及组成相似性（通过余弦相似性衡量）等方面的差异。
研究结果
患者和样本
研究共纳入200名患者（125名UC，73名CD，2名IBD-U），并收集了175份粪便样本、153份直肠拭子和190份结肠活检用于微生物群分析。
不同样本类型的微生物群组成
在所有分析的菌门（拟杆菌门、变形菌门、FAFV群）中，粪便样本和直肠拭子的细菌丰度和香农(Shannon)多样性指数均高于结肠活检。具体而言，直肠拭子中FAFV菌群的丰度和多样性高于粪便样本，而粪便样本中变形菌门（尤其是大肠杆菌）的丰度则高于直肠拭子。在所有样本类型中，Phocaeicola vulgatus都是最丰富的菌种。
相同样本类型在不同患者间的相关性
无论是粪便、直肠拭子还是结肠活检，同一样本类型在不同患者间的微生物群组成都非常不相似（中位余弦相似性仅为0.28-0.31）。主坐标分析(PCoA)图也显示，不同样本类型之间仅有微弱的分离。这表明个体间的微生物群差异巨大，远超样本类型带来的差异。
不同样本类型在个体内和个体间的相关性
这是本研究的一个核心发现。在同一个体内部，粪便、直肠拭子和结肠活检三者之间的微生物群组成也存在显著差异，中位余弦相似性仅为0.43-0.53。其中，粪便与直肠拭子的相似性最高（0.53），而它们分别与活检的相似性则较低（0.43和0.45）。尽管如此，同一个体内不同样本类型的相似性，仍然远高于不同个体间相同或不同样本类型的相似性（后者中位余弦相似性仅为0.27-0.30）。
不同活检位置间的相关性
研究人员进一步比较了来自同一个体结肠内不同位置的活检样本。结果发现，无论活检是取自距离肛门20厘米的固定位置，还是取自炎症最严重的肠段，同一个体内部的活检样本微生物群组成都高度相似，中位余弦相似性高达0.82-0.85。相比之下，不同个体间活检样本的微生物群则差异巨大（中位余弦相似性0.22-0.35）。这意味着，对于CD患者而言，从不同结肠部位获取的黏膜活检，其微生物群特征可能具有良好的一致性。
结论与讨论
本研究通过大样本量系统比较，明确揭示了在IBD患者中，粪便样本、直肠拭子和结肠黏膜活检呈现出明显不同的微生物群特征。粪便和直肠拭子拥有比活检更高的微生物多样性和丰度，可能反映了管腔微生物与黏膜微生物的不同生态位。更重要的是，即使是在同一个体内部，这三种样本类型的微生物群组成也差异显著，其相似性远低于来自同一个体不同结肠部位的活检之间的相似性。
这一发现具有重要的理论与实践意义。首先，它直接回答了研究之初的核心问题：在IBD的微生物群研究和临床应用中，粪便、直肠拭子和结肠活检这三种样本类型不可互换使用。这意味着，基于不同样本类型的研究结果需要谨慎比较和解读。其次，研究证实了同一个体内部微生物群的稳定性（尤其体现在活检样本上）远高于个体间的差异。此外，CD患者结肠内不同位置活检微生物群的高度相似性提示，在特定情况下，或许不需要进行完整的结肠镜检查，仅通过乙状结肠镜取样即可代表其结肠黏膜的微生物群状况，这为降低检查负担和成本提供了可能性。
该研究也存在一些局限性，例如未能从所有患者处收集到全部三种样本，以及IS-pro技术可能高估变形菌门丰度等。但作为迄今为止规模最大的相关比较研究，其结论清晰而有力。它强调了在进行肠道微生物群研究时，明确样本来源并理解其代表意义的重要性，为未来IBD的精准微生物组学研究、疾病活动监测以及治疗反应评估，奠定了关键的样本学基础。
