人类肠道微生物组是一个复杂的生态系统，密集定殖着成千上万种微生物。它因人而异，取决于宿主基因型和环境因素，如饮食和抗生素的使用。在这篇综述中，我们将重点讨论，肠道微生物组的基本生态特性——稳定性和恢复力，及其与人类健康的相关性。微生物多样性、代谢灵活性、功能冗余性、微生物-微生物和宿主-微生物的相互作用，似乎是维持微生物组恢复力的关键因素。肠道生态系统的平衡可能会被干扰，例如抗生素治疗，导致功能丰富性和微生物多样性显著下降，并影响代谢健康。因此，肠道微生物组可能会发展出不平衡的状态，甚至是不健康的稳定状态，这可能会导致或助长疾病。因此，为了防止或恢复由紊乱引起的不健康状态，研究人员已经制定了一些策略，来操纵肠道微生物组，包括粪菌移植、补充益生菌或不可消化的碳水化合物，以及更广泛的饮食调整。然而，越来越多的研究已经证明了，个体对饮食和干扰的应答的程度和方向有所差异，因为每个个体的微生物组有着独特的特征。从临床和转化的角度来看，在肠道微生物生态系统受到干扰之前，改善其恢复力，或在干扰之后，恢复其平衡的能力，将带来显著的益处。为了使之有效，这种治疗方法，可能需要对个体遗传学、饮食、肠道微生物和其他可能涉及的环境因素，进行个性化或亚群化的理解。
论文ID
原名：Gut microbiome stabilityand resilience: elucidating the response to perturbations in order to modulate gut health
译名：肠道微生物组的稳定性和恢复力——阐明对干扰的应答，调节肠道健康
期刊：Gut
IF：19.819
发表时间：2020.10
通讯作者：Erwin G Zoetendal
通讯作者单位：瓦赫宁根大学微生物学实验室
研究意义
一、关于这个问题我们已经知道了什么？
1对人类肠道微生物组的干扰，会破坏生态系统的稳定性，可能导致与疾病相关的顽固（可恢复的）不健康状态。
2肠道微生物组对干扰和调节策略的应答，是高度个体特异性的。
二、新发现是什么？
1在受到干扰后，标志着肠道微生物组转变为不健康状态的临界点，才刚刚开始被阐明。
2调节肠道微生物组，使其达到健康的可恢复状态的策略，还处于起步阶段。
三、在可预见的未来，它将如何影响临床实践？
1了解形成和决定肠道微生物组恢复力的机制，将有助于研发调节策略，以增加健康状态的恢复力，或者更确切地说，减少并最终克服不健康状态的恢复力。
2基于微生物组的医学的未来，应该包括个体肠道微生物组的特征和个性化策略，以及将下一代“组学“工具和复杂的统计方法，扩展到临床实践。
主要内容
人类肠道微生物组，是一个多样而复杂的生态系统，栖息着几千种微生物，它们与宿主共同进化，并在健康和疾病中发挥着重要的作用。肠道微生物组的组成因人而异，而且在宿主不同的发育阶段也有所不同，并取决于宿主基因型和环境因素。早期的微生物暴露、饮食、年龄、地理和抗生素暴露，都与肠道微生物多样性的起始状态和维持有关。其中，饮食及其对肠道微生物组组成的影响，受到了特别关注。
尽管肠道微生物组不断地暴露在外部挑战之下，但它有能力在受到干扰后恢复平衡，比如病原体感染或抗生素治疗。这种自我更新的能力，也被称为恢复力（表1）。拥有恢复力高的不健康微生物组，可能会导致人类微生物组相关的慢性疾病，包括肥胖和胰岛素抵抗、2型糖尿病（T2DM）、胃肠道疾病与难辨梭状芽胞杆菌（原名：艰难梭菌）反复感染。
表1
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我们迫切需要了解，使肠道微生物组恢复稳定状态的机制，以便研发调节策略，来增加健康状态的恢复力，或者更确切地说，减少或克服不健康状态的恢复力。为了实现这一目标，个性化的方法是必要的，这种方法包括对肠道微生物组、个体遗传学、饮食和其他环境因素的理解。因此，本综述的目的，是概述肠道微生物组恢复力的潜在机制，这些机制可能控制微生物组对干扰的应答，并确定膳食成分是否可以塑造肠道微生物组的组成，并使其朝着恢复健康状态的方向发挥作用。
1 人类肠道微生物组：概述
寄生在人体上的微生物细胞，至少和人体细胞一样丰富，它们贡献的非冗余基因，比人类基因组多得多。放大到单个个体的肠道生态系统，据估计，在肠道内栖息的细菌种类超过1000种，它们的宏基因组拥有数百万个基因。占优势的细菌门是放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和软毛菌门，而梭杆菌门、Saccharibacteria菌门、螺旋体门、互养菌门和疣微菌门的丰度较低。
各种研究表明，肠道微生物组中存在一个核心菌群，包括生态系统中的优势肠道菌群、基因和细菌生命的基本功能，这种菌群存在于大多数个体中，不随时间的推移而变化。关键的微生物物种，已经被证明在肠道中是保守的，尽管它们的丰度有规律的波动，有可能有助于维持一个促进健康的共生微生物组组成。
2 人类肠道微生物组的稳定性、抗性和恢复力
稳定性、抗性和恢复力，是肠道微生物组的基本生态特性，它们对人类健康非常重要。在没有干扰的情况下，肠道微生物组会围绕一个稳定的生态状态来回波动，表现出动态平衡。肠道微生物组通常对干扰具有很强的恢复能力，使宿主能够长时间保存关键微生物物种。尽管每一种微生物的相对丰度，会随着时间而波动，而且个体之间的微生物丰度有所不同，个体内部的微生物丰度，会在他们的一生中发生变化，但在健康成年人体内，肠道微生物组的组成可以稳定数年。因此，究竟有多少和哪些微生物物种，能够真正带来健康益处，以及它们是否与肠道微生物组的稳定性和恢复力有关，这是一个开放的实证问题。
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图1 肠道微生物组的恢复力景观示意图。成年人的肠道微生物组，包括一个稳定的、动态的系统，可在此景观示意图中展示。“峡谷”对应于肠道微生物组的稳定状态，在稳定状态附近，肠道微生物组会上下波动。这张图描述了肠道微生物组的三种稳定状态：健康、可选（健康）和不健康。在干扰的情况下，稳定的生态系统，可以被推到一个类似于“高峰”的不稳定的暂时状态，然后恢复到初始状态或另一个稳定状态。恢复的程度和速度，将取决于临界点，这是决定肠道微生物组组成和/或功能交替状态之间转换的关键因素。
尽管一些综述广泛地讨论了恢复力的概念，还有一些预测模型，已被用于更好地理解微生物组的恢复力，但要将它们应用于复杂的肠道生态系统，仍然具有挑战性。肠道微生物组向不同状态转变的临界值尚不清楚，而在干扰之后，哪些临界点标志着微生物组向稳定不健康状态的关键转变，才刚刚开始被阐明。为此目的，在其他生态系统的恢复力方面获得的知识，可以作为这一进展的有力工具。
阐明肠道微生物组对干扰的应答，可以阐明个体的微生物生态系统的恢复机制。在这种情况下，干扰的持续时间和严重程度（可分为脉冲或压力），将在很大程度上决定其对菌群的影响。外界的干扰，可以将稳定的微生物生态系统转换到一个不稳定、暂时的状态，之后又可能恢复到初始状态。然而，它们也可能促使形成另一种稳定状态（健康），或与疾病相关的不健康稳定状态。图1以景观示意图的形式展现了这些转换。
肠道微生物组稳定性和恢复力的一个关键方面，是微生物多样性，这似乎是由宿主体内的几种选择性压力所决定的。微生物多样性高，导致功能冗余水平的增加，这通常被认为在干扰期间发挥稳定微生物组功能的作用，从而支持恢复力。在生态系统中，具有类似作用的微生物共存，对宿主来说可能是有积极作用的，因为类似的微生物，可以通过提供同样的益处，来弥补某一有益菌株的损失。事实上，两个给定的菌群在组成方面不同，但在功能方面可能非常相似，产生类似的蛋白质和代谢物图谱。
哪些微生物会在肠道中存活，取决于宿主的控制，以及它们在微生物生态系统的生态网络中的竞争能力。微生物之间的相互作用，从互利共生到竞争和补偿，以及微生物和宿主之间的共生关系，都可以被认为是形成微生物组恢复力的重要因素。迄今为止，文献中描述的大多数肠道微生物的相互作用都涉及细菌，在某种程度上也涉及古菌。然而，病毒和真核生物，特别是寄生虫，通过与其他微生物的相互作用，在形成肠道微生物组组成方面的作用，越来越受到关注
