Research|肠道微生物可提高对新冠患者预后预测的准确性—国家生物信息中心、中国医学科学院病原所、中日友好医院合作新进展

学术 2024-10-08 22:36 北京

近期，国家生物信息中心李明锟研究组联合中国医学科学院病原生物学研究所任丽丽研究组、中日友好医院曹彬研究组发现肠道菌群的组成和动态变化特征与新冠患者的临床结局显著相关，并且肠道微生物可作为COVID-19预后的生物标志物，增强现有的免疫学和血液学指标的预测效力。相关成果以题为“Gut microbiota improves prognostic prediction in critically ill COVID-19 patients alongside immunological and hematological indicators”发表在 Research 上（Research，2024，doi: 10.34133/research.0389）。

Citation: Zhong J, Guo L, Wang Y,Jiang X, Wang C, Xiao Y, Wang Y, Zhou F,Wu C, Chen L, et al. Gut MicrobiotaImproves Prognostic Predictionin Critically Ill COVID-19 PatientsAlongside Immunological andHematological Indicators. Research 2024;7:Article 0389. https://doi.org/10.34133/research.0389

研究背景

自COVID-19大流行以来，已造成超过700万人死亡，现今仍然是对公共卫生安全的重大挑战。COVID-19导致的死亡主要是由病毒感染后炎症引起的肺组织损伤造成的，而肠道微生物与宿主免疫系统之间存在复杂的相互作用。目前已有多项研究发现血液中的细胞因子以及血常规指标可以作为预测新冠患者预后的生物标志物，肠道菌群作为预后生物标志物的潜力，尤其是与其他标志物的关联，尚未被充分探索。

研究进展

研究团队从192名危重症COVID-19患者连续采集共583份肛拭子样本，进行了宏基因组测序，同时采集了血样以测量27种细胞因子和趋化因子的浓度，并进行了血液和生化指标的测定。研究发现，COVID-19患者的肠道菌群多样性显著降低，并且菌群组成和患者的临床结局显著相关。其中韦荣球菌（Veillonella）的丰度在康复患者中显著增加，而在死亡患者中减少。研究还发现，康复的患者肠道中肠道共生菌的相互作用更加紧密，而死亡患者则网络结构稀疏，结果表明预后较差的新冠患者肠道菌群紊乱程相较于康复患者更严重。

图1 新冠患者肠微生物组成特征以及和预后的关联

研究团队还发现肠道菌群与多种促炎性细胞因子和血液指标之间存在显著关联。例如，韦荣球菌丰度与多种促炎性细胞因子（如IL-1ra、IL-1b、IL-8等）呈负相关，表明其可能在减轻炎症反应中发挥作用。同时，一些肠道共生菌（如拟杆菌、粪杆菌）与血液中淋巴细胞和白蛋白的水平呈正相关，进一步支持了健康肠道微生物在维持宿主免疫和代谢平衡中的重要性。根据入院时患者肠道菌群数据构建随机森林模型，单独预测预后的曲线下面积（AUC）为0.78，而细胞因子和血液学指标的AUC分别为0.80和0.88。然而，当结合这三类数据时，预测准确性显著提高，AUC达到了0.93。这表明，多维度数据的整合能够提供更全面和准确的临床预后预测，肠道菌群可增强现有的免疫和血液学指标的预测效力。

图2 预测临床结局的随机森林模型使用的特征和预测性能

未来展望

该研究系统性揭示了肠道微生物在COVID-19患者预后预测中的潜力，表明其与免疫学和血液学指标相结合能够显著提高预测的准确性。这不仅为COVID-19的临床管理提供了新的见解，也为未来的研究和临床应用奠定了基础。特别是在应对未来可能出现的流行病和改善现有传染性/感染性疾病的预后管理方面，肠道菌群的研究将发挥越来越重要的作用。该研究中样本来自大流行早期阶段，鉴于新冠毒株不断进化的特性，未来需要进一步探究感染新型毒株患者菌群特征以及模型的预测效力的变化。

作者简介

任丽丽，中国医学科学院病原生物学研究所研究员，博士生导师。中国医学科学院呼吸道疾病病原组研究重点实验室主任。长期致力于呼吸道感染病原组和致病机制研究，入选国家高层次人才支持计划。近五年以第一和通讯（含共同）作者在Lancet、JAMA、Cell Host microbe和Am J Respir Crit Care Med等期刊发表SCI论文多篇。连续入选科睿唯安2022年度和2023年度全球高被引科学家。

李明锟，中国科学院国家生物信息中心研究员、博士生导师，应用发展部部长，致力于高通量测序数据深度挖掘与基因组变异及进化分析，入选国家海外高层次人才青年项目，北京重大呼吸道传染病研究中心专家委员会委员，中华预防医学会生物信息学分会和中国医疗保健国际交流促进会临床微生物学分会常务委员。近五年以通讯（含共同）作者在Nature Ecology Evolution、Cell Host microbe、Am J Respir Crit Care Med等期刊发表SCI论文25篇，被引用超过2900次。

曹彬，主任医师/教授，博士生导师；中日友好医院副院长，呼吸与危重症医学科主任，国家呼吸医学中心副主任，中国医学科学院呼吸病学研究院副院长。教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、国家科技创新领军人才。现任中华医学会呼吸病学分会候任主任委员、中国医学科学院学术咨询委员会学部委员、中国抗癌协会第一届肿瘤呼吸病学专业委员会主任委员、国际流感和呼吸道病毒感染学会(ISIRV)抗病毒小组(AVG)委员、Clinical Respiratory Journal副主编。

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