《Scientific Reports》：A prospective randomized controlled pilot study of gut microbiome modulation by Nigella sativa seed oil and thymoquinone metabolism in healthy volunteers: implications for gastrointestinal surgery
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摘要专业翻译
维持肠道微生物平衡可能影响胃肠外科手术的预后。膳食补充剂具有选择性调节肠道微生物组成的潜力。黑种草籽油（NSSO）含有生物活性化合物百里醌（TQ），具有抗菌和免疫调节特性，但关于重复口服暴露后NSSO相关肠道微生物组变化及尿液中TQ可检测性的人体
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维持肠道微生物平衡可能影响胃肠外科手术的预后。膳食补充剂具有选择性调节肠道微生物组成的潜力。黑种草籽油（NSSO）含有生物活性化合物百里醌（TQ），具有抗菌和免疫调节特性，但关于重复口服暴露后NSSO相关肠道微生物组变化及尿液中TQ可检测性的人体数据仍然有限。在这项前瞻性、单中心、随机开放标签先导研究中，八名健康成年人被分配至治疗组（n=4），接受含TQ的NSSO胶囊（每日三次、每次两粒，持续20天），或对照组（n=4）不接受任何补充剂。在五个时间点收集粪便样本，并通过16S rRNA基因测序进行分析。研究人员进行了α多样性和β多样性分析、探索性差异丰度分析及机器学习分析。研究人员对食物日记进行了描述性审查。在两个时间点收集的尿液样本采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析，以检测TQ及其代谢产物。两组之间未观察到α或β多样性的显著差异，证明微生物组组成保持稳定。然而，特定分类群出现增加或减少，其中包括地中海乳杆菌（Mediterraneibacter lactaris）（p=9×10??）和梅氏土孢杆菌（Terrisporobacter mayombei）（p=3×10??）分别呈现增加和减少。在重复摄入NSSO后，治疗组尿液样本中定性检测到TQ和/或TQ-H?。该先导研究表明，重复摄入NSSO对于纵向微生物组和尿液代谢物采样是可行的，并为健康成年人中分类群特异性变化提供了初步证据。尿液中TQ/TQ-H?的检测证实了重复摄入NSSO后的可检测性，但尚不能得出药代动力学结论。这些发现可为未来设盲、安慰剂对照、饮食控制的围手术期微生物组研究设计提供参考。
试验注册：该试验于2026年3月4日在ClinicalTrials.gov（NCT07450807）进行回顾性注册。
论文解读
一、研究背景与研究目的
肠道微生物组长期以来被视为单纯的消化器官，但近年研究揭示其是由细菌、病毒、真菌等构成的复杂生态系统，在代谢、免疫调节乃至行为等方面发挥关键作用。健康的肠道微生物组可通过细菌来源的短链脂肪酸（SCFA）如丁酸盐强化黏膜屏障，并通过调节Toll样受体表达、抗原呈递细胞、T细胞分化及淋巴滤泡形成来增强局部肠道免疫。微生物多样性反映分类群的数量与相对丰度，较高的微生物多样性通常与更强的生态系统稳定性相关，有助于抵抗抗生素、感染或免疫抑制等因素的干扰。肠道菌群失调与炎症性肠病（IBD）、非酒精性脂肪性肝炎、肠易激综合征等疾病相关。
胃肠外科手术及围手术期因素如禁食、肠道准备和抗生素使用会破坏上皮屏障，显著影响肠道微生物组。例如，丁酸盐已被证明可增强大鼠端端肠吻合术的吻合口强度，而肠吻合口漏的平均风险高达10–15%，提示肠道微生物组组成可能在术后并发症中发挥重要作用。尽管手术改变肠道菌群已得到公认，但术前和术后的具体微生物动态仍未被充分表征，现有研究多聚焦于减重手术、治疗结局或动物模型，对手术愈合的临床意义探索不足。
黑种草（Nigella sativa）是一种广泛用于传统医学体系的药用植物，其精油主要成分百里醌（TQ）被认为是主要生物活性化合物，具有保肝、抗炎、抗纤维化、抗/促凋亡、抗癌和抗氧化等特性。TQ的口服LD50为2,400 mg/kg，副作用极低。然而，关于TQ代谢的了解仍有限，已有动物研究提示NSSO及其多糖组分可调节肠道微生物群，但人体数据极为匮乏。此前研究在单次口服给药后未能通过非靶向GC-MS和LC-MS在血清或尿液中检测到TQ及其代谢物，可能归因于化合物不稳定性、未知代谢途径或单次给药剂量不足。
基于上述背景，本研究的主要目的是评估重复摄入含TQ的NSSO胶囊是否与健康成年人粪便微生物组成的可检测变化相关，次要目的是评估重复暴露后是否可通过非靶向GC-MS在尿液中检测到TQ和/或TQ-H?。该研究设计为探索性概念验证先导研究，旨在为未来围手术期微生物组研究中设计更大规模、设盲、安慰剂对照的研究提供初步人体数据。
二、研究设计与主要结论
该研究为前瞻性、单中心、随机开放标签先导研究，在德国耶拿大学医院开展，共纳入八名健康成年参与者，随机分为治疗组（n=4）和对照组（n=4）。治疗组参与者每日三次、每次两粒接受含TQ的NSSO胶囊（每粒含TQ 12.195 mg），持续20天；对照组不接受任何补充。在五个时间点（基线前10天、基线前3天、基线后10天、20天、30天）收集粪便样本，在基线和基线后第10天、第20天收集尿液样本。所有参与者均维持食物日记。
研究得出以下主要结论：两组之间未观察到α或β多样性的显著差异，表明整体微生物组组成保持稳定；但特定分类群出现选择性变化，其中Mediterraneibacter lactaris显著富集（p=9×10??），而Romboutsia timonensis（p=0.001）、Bifidobacterium longum（p=5×10??）、Terrisporobacter mayombei（p=3×10??）、Pseudaquidulcibacter saccharophilus（p=0.003）和Lentihominibacter hominis（p=0.003）显著减少。此外，重复摄入NSSO后，治疗组尿液样本中定性检测到TQ和/或TQ-H?。该研究的重要意义在于提供了重复NSSO摄入对健康成人肠道微生物分类群选择性调节的初步人体证据，同时证实了尿液中TQ/TQ-H?的可检测性，为未来围手术期微生物组调节策略和药代动力学研究提供了可行性基础。
三、关键技术方法
研究人员采用了以下几项关键技术方法。第一，16S rRNA基因扩增子测序：使用ZymoBIOMICS?靶向测序服务，扩增V1–V2高变区，在Illumina? NextSeq?平台测序，通过DADA2软件包进行质量过滤、嵌合体去除、扩增子序列变体（ASV）推断和分类学注释，使用RDP朴素贝叶斯分类器及RDP trainset No. 19数据库进行分类。第二，生物信息学统计分析：在MicrobiomeAnalyst 2.0平台中进行α多样性指数（Shannon、Chao1、Simpson）、β多样性（Bray-Curtis相异度、PERMANOVA）、主坐标分析（PCoA）、非度量多维尺度分析（NMDS）、差异丰度分析（MaAsLin2，以参与者ID为分组因子）、LEfSe和随机森林分析。第三，气相色谱-质谱联用（GC-MS）尿液分析：在ISO 15189认证实验室中，对尿液样本进行液液萃取和乙酰化衍生化后，在Shimadzu QP 2010 Ultra GC-MS系统上进行非靶向分析，通过NIST EI谱库鉴定TQ及其代谢物。第四，食物日记描述性审查：作为分类群导向的饮食混杂因素合理性评估。样本来源为德国耶拿大学医院的八名健康成年志愿者。
四、研究结果
人口学数据：八名参与者均完成研究，无失访或排除，两组各四人，均无需要持续用药的相关既往疾病。
样本鉴定与代表性：每名参与者贡献五个粪便样本，共40个样本，均分配唯一编码。
治疗组与对照组粪便微生物组成：16S扩增子数据显示近完全覆盖，测序达到饱和。核心微生物组热图显示两组参与者粪便细菌组成总体相似，主要优势属包括Blautia、Fusicatenibacter、Agathobacter、Faecalibacterium、Anaerostipes、Bacteroides、Bifidobacterium、Streptococcus、Coprococcus、Romboutsia、Subdoligranulum、Collinsella、Roseburia、Ruminococcus和Dorea。
多样性指标分析：α多样性分析显示治疗组与对照组之间无显著差异（p=0.12），但ASV水平上八名个体之间的微生物组组成存在显著差异（p=5×10??），表明每名参与者具有独特且相对稳定的多样性特征，个体差异是数据集中的主要变异来源。β多样性分析（Bray-Curtis相异度）确认了这些发现，未观察到与时间的显著关联，按个体聚类是相似性的主要驱动因素。总体而言，对照组与治疗组之间未观察到实质性组成变化。
差异丰度细菌类型的鉴定：MaAsLin2分析（以参与者ID为分组因子，Benjamini–Hochberg FDR校正）显示，Mediterraneibacter lactaris在治疗后显著富集（p=9×10??），而Romboutsia timonensis（p=0.001）、Bifidobacterium longum（p=5×10??）、Terrisporobacter mayombei（p=3×10??）、Pseudaquidulcibacter saccharophilus（p=0.003）和Lentihominibacter hominis（p=0.003）显著减少。LEfSe和随机森林分析识别出大体重叠的分类群，支持这些信号的一致性。
参与者饮食习惯：食物日记描述性评估显示，对照组纤维和发酵食品摄入更频繁，而治疗组植物性食品和含乳糖产品报告更频繁。两组ω-3摄入均较低，动物蛋白在两组中均为首选。残余饮食混杂无法排除。
尿液样本中百里醌检测：重复摄入NSSO后，治疗组尿液样本中定性检测到TQ和/或TQ-H?。未发现其他TQ相关代谢物。由于方法未经验证用于绝对定量，结果报告为尿液可检测性而非代谢物浓度。研究期间未报告不良事件。
五、讨论总结与结论翻译
讨论总结：该探索性先导研究表明，重复摄入含TQ的NSSO胶囊与个别肠道微生物分类群的选择性变化相关，而α和β多样性无广泛改变，提示整体微生物组稳定性得以保留。富集的分类群包括纤维降解SCFA产生菌Phocaeicola vulgatus、丁酸盐产生菌Dysosmobacter welbionis、与IL-8负相关而具有抗炎特征的Mediterraneibacter lactaris以及产乙酸碳水化合物发酵菌Blautia schinkii；减少的分类群包括与原发性卵巢功能不全存在潜在关联的Terrisporobacter mayombei以及在某些疾病中机会性富集的Intestinibacter bartlettii。与既往单剂量研究不同，重复给药后所有收集的尿液样本中均检测到TQ和/或TQ-H?。研究局限性包括开放标签设计、样本量小、缺乏安慰剂对照、饮食控制不足、干预和随访时间短，以及尿液检测仅为定性结果。研究建议未来采用设盲、安慰剂对照、饮食控制的更大规模研究设计。
结论翻译：这项探索性先导研究提供了初步的人体证据，表明重复摄入含TQ的NSSO胶囊与肠道微生物分类群的选择性调节相关，同时保持整体微生物组稳定性。重复补充后尿液中TQ/TQ-H?的定性检测支持了未来药代动力学研究中尿液监测的可行性。观察到的若干SCFA产生和潜在抗炎共生分类群的富集，为在围手术期进一步研究NSSO作为微生物组调节策略提供了依据。这些发现需要在更大规模、充分把握度、设盲、安慰剂对照且饮食条件受控的研究中得到证实。
