任丽丽团队与国家生物信息中心、中日友好医院合作揭示肠道微生物在预测新冠患者预后中的重要作用

2024年5月22日我所任丽丽团队与国家生物信息中心李明锟研究员和中日友好医院曹彬教授团队联合在Research杂志在线发表了题为“Gut microbiota improves prognostic prediction in critically ill COVID-19 patients alongside immunological and hematological indicators”的论文。

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。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。虽然有研究发现新冠患者的肠道菌群发生了显著变化，但肠道菌群作为疾病预后生物标志物的潜力尚不清楚。

该研究从192名危重症COVID-19患者入院第一天连续采集共583个肛拭子样本，进行宏基因组测序，同时采集了血液样本对27种细胞因子、趋化因子、血液和生化指标进行了检测。研究发现，COVID-19患者肠道菌群多样性显著降低，菌群组成和患者的临床结局相关。其中韦荣球菌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，后期康复患者肠道中菌群的相互作用更加紧密，而死亡患者肠道菌群网络结构更为稀疏，表明预后较差的新冠患者肠道菌群紊乱程相较康复患者更严重。研究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。其中，韦荣球菌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，提示健康肠道微生物在维持宿主免疫和代谢平衡中可能发挥作用。

通过构建COVID-19患者预后预测的随机森林模型，研究发现入院时患者肠道菌群组成的预测曲线下面积（AUC）为0.78，而细胞因子和血液指标预测预后的AUC分别为0.80和0.88。整合后两者的预测模型AUC为0.89，而整合三种指标后模型预测准确性AUC提升为0.93，表明多维度数据的整合能够提供更准确的临床预后预测效果，肠道菌群可以进一步提升现有免疫和血液学指标对COVID-19患者预后的预测效力。

图.新冠肺炎患者肠微生物组成特征及其与预后的关联

该研究获得了中央级公益性科研院所基本科研业务费（2019PT310029）、中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2023-I2M-2-001）、国家自然科学基金（82161148009）等项目的资助。中国医学科学院病原生物学研究所任丽丽研究员、国家生物信息中心李明锟研究员、中日友好医院曹彬教授为本文的共同通讯作者。中国医学科学院病原生物学研究所郭丽研究员、国家生物信息中心博士生钟嘉鑫和中日友好医院王业明博士为本文的共同第一作者。