2024年5月22日我所任麗麗團(tuán)隊(duì)與國(guó)家生物信息中心李明錕研究員和中日友好醫(yī)院曹彬教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合在Research雜志在線發(fā)表了題為“Gut microbiota improves prognostic prediction in critically ill COVID-19 patients alongside immunological and hematological indicators”的論文。

自COVID-19大流行以來，已造成超過700萬人死亡，現(xiàn)今仍然是對(duì)公共衛(wèi)生安全的重大挑戰(zhàn)。已有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)血液中的細(xì)胞因子以及血常規(guī)指標(biāo)可以作為預(yù)測(cè)新冠患者預(yù)后的生物標(biāo)志物。雖然有研究發(fā)現(xiàn)新冠患者的腸道菌群發(fā)生了顯著變化，但腸道菌群作為疾病預(yù)后生物標(biāo)志物的潛力尚不清楚。

該研究從192名危重癥COVID-19患者入院第一天連續(xù)采集共583個(gè)肛拭子樣本，進(jìn)行宏基因組測(cè)序，同時(shí)采集了血液樣本對(duì)27種細(xì)胞因子、趨化因子、血液和生化指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，COVID-19患者腸道菌群多樣性顯著降低，菌群組成和患者的臨床結(jié)局相關(guān)。其中韋榮球菌的豐度在康復(fù)患者中顯著增加，而在死亡患者中減少。研究還發(fā)現(xiàn)，后期康復(fù)患者腸道中菌群的相互作用更加緊密，而死亡患者腸道菌群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為稀疏，表明預(yù)后較差的新冠患者腸道菌群紊亂程相較康復(fù)患者更嚴(yán)重。研究還發(fā)現(xiàn)腸道菌群與多種促炎性細(xì)胞因子和血液指標(biāo)之間存在顯著關(guān)聯(lián)。其中，韋榮球菌與多種促炎性細(xì)胞因子（如IL-1ra、IL-1b、IL-8等）呈負(fù)相關(guān)，表明其可能在減輕炎癥反應(yīng)中發(fā)揮作用。同時(shí)，一些腸道共生菌（如擬桿菌、糞桿菌）與血液中淋巴細(xì)胞和白蛋白的水平呈正相關(guān)，提示健康腸道微生物在維持宿主免疫和代謝平衡中可能發(fā)揮作用。

通過構(gòu)建COVID-19患者預(yù)后預(yù)測(cè)的隨機(jī)森林模型，研究發(fā)現(xiàn)入院時(shí)患者腸道菌群組成的預(yù)測(cè)曲線下面積（AUC）為0.78，而細(xì)胞因子和血液指標(biāo)預(yù)測(cè)預(yù)后的AUC分別為0.80和0.88。整合后兩者的預(yù)測(cè)模型AUC為0.89，而整合三種指標(biāo)后模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性AUC提升為0.93，表明多維度數(shù)據(jù)的整合能夠提供更準(zhǔn)確的臨床預(yù)后預(yù)測(cè)效果，腸道菌群可以進(jìn)一步提升現(xiàn)有免疫和血液學(xué)指標(biāo)對(duì)COVID-19患者預(yù)后的預(yù)測(cè)效力。

圖.新冠肺炎患者腸微生物組成特征及其與預(yù)后的關(guān)聯(lián)

該研究獲得了中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（2019PT310029）、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2023-I2M-2-001）、國(guó)家自然科學(xué)基金（82161148009）等項(xiàng)目的資助。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所任麗麗研究員、國(guó)家生物信息中心李明錕研究員、中日友好醫(yī)院曹彬教授為本文的共同通訊作者。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所郭麗研究員、國(guó)家生物信息中心博士生鐘嘉鑫和中日友好醫(yī)院王業(yè)明博士為本文的共同第一作者。