综述：胃肠道疾病中的微生物组-代谢物信号网络：系统生物学、网络重连与精准治疗

《Archives of Microbiology》：Microbiome–metabolite signaling networks in gastrointestinal disease: systems biology, network rewiring, and precision therapeutics

　　

摘要

胃肠道是一个高度整合的多层信号生态系统，其中微生物群落、代谢物流动、上皮受体、免疫通路以及神经内分泌途径共同构成一个协调的调控网络，而非相互孤立的生物结构。微生物组-代谢物信号网络（MMSN）框架将胃肠道的稳态与疾病视为动态跨层交互作用所产生的涌现现象。本综述主要以炎症性肠病和肠易激综合征这两种典型的胃肠道疾病为研究对象，仅通过其他疾病作为对比示例。在该体系中，由微生物产生的代谢物，如短链脂肪酸、胆汁酸衍生物以及色氨酸分解产物，充当生化中介，将生态信号传递给宿主的受体系统，包括GPR41/43、FXR、TGR5、芳烃受体以及先天免疫传感器。这些通过受体传递的信号会汇聚到细胞内的信号枢纽，如NF-κB、STAT3、炎性小体以及神经免疫介质，这些高中心性节点负责维持上皮完整性、调控细胞因子梯度、协调代谢功能以及控制内脏敏感性。信号枢纽是机制上的汇聚点，能够将各种上游干扰整合为协调一致的炎症或调控反应。而网络脆弱性则意味着系统失去了冗余性、模块化特征以及缓冲能力，从而导致系统容易出现非线性放大效应及病理状态。因此，胃肠道疾病更应被理解为网络重构的表现，其特点为信号枢纽的集中化、代谢物失衡以及模块间耦合强度的增加，而非单纯的微生物组成变化。本综述旨在解释临床上的异质性、疾病进程的波动性以及治疗反应的差异性。基于网络的转化策略注重稳定信号枢纽、调整代谢物水平以及恢复网络的分布式连接性，从而推动精准医疗向以网络拓扑结构为依据的干预方向发展。通过整合微生物学、免疫学、神经科学、系统生物学以及计算医学，可以为胃肠道疾病的预防与治疗提供有机制依据的解决方案。