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前言
肠道菌群在维持消化、代谢和免疫功能中发挥核心作用。其活跃度和多样性对健康至关重要，但传统检测方法繁琐且延迟明显。
最新发现表明，呼气中的挥发性有机化合物（VOCs）能够直接反映肠道菌群的活跃度和多样性，或为非侵入性健康监测提供新途径。
儿童和小鼠的呼气分析显示，菌群活跃时，呼气VOCs的种类丰富且平衡；菌群失衡时，特定化合物显著偏高或偏低。
这意味着呼气信号不仅可反映代谢状态，也可以作为菌群健康的快速指标。
01关键菌群塑造呼气特征
肠道菌群通过代谢产物生成特定挥发性化合物，直接塑造呼气模式。分析显示，不同菌群对VOCs贡献差异显著。
例如，大肠杆菌增加乙酸水平，Roseburia sp.调控异戊烯生成，这些化合物可以反映菌群活跃度和组成特征。
在27名健康儿童和14名哮喘儿童的样本中，特定VOCs与菌群丰度高度相关。健康儿童呼气呈现均衡且多样的VOCs模式，而疾病相关菌群丰度变化导致部分化合物显著偏离，为早期识别菌群失衡提供参考。
小鼠实验进一步揭示机制。常规化小鼠、无菌小鼠和单菌定殖小鼠每组至少5只，呼气VOCs显示明显差异。
▲肠道微生物群影响宿主小鼠呼出的呼气挥发体。
单菌定殖实验表明，每种菌群生成的挥发物特征清晰，例如E. coli定殖小鼠呼气中乙酸升高，C. aerofaciens定殖小鼠呼气中甲苯增加。
体外厌氧培养显示，菌群可独立生成呼气VOCs，而宿主贡献有限。菌群通过直接代谢及间接调控宿主酶活性和激素水平，形成呼气特征，为非侵入性监测提供科学基础。
02肠道菌群调节代谢与免疫平衡
肠道菌群通过发酵膳食纤维产生短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丁酸和丙酸，维护肠道屏障、调节免疫反应并参与能量代谢。
菌群失衡可能导致代谢紊乱和炎症风险增加，对儿童生长及免疫耐受性产生影响。
呼气VOCs提供观察菌群活跃度和代谢状态的非侵入性方法。
▲肠道微生物群影响宿主小鼠呼出的呼气挥发体。
单菌定殖实验显示，特定菌群的存在或缺失即可显著改变呼气化合物组合，说明关键菌群在维持代谢平衡和健康中发挥核心作用。
这种方法能够快速反映菌群活跃度和多样性，相比便样或血液检测更便捷。
结合饮食、作息和环境因素分析，呼气VOCs在未来或可用于儿童和成人的健康管理、疾病早期干预及营养指导，提供科学依据和直观反馈。
03生活方式与菌群健康管理
生活方式对菌群平衡影响显著。高纤维饮食可促进有益菌增殖，提高短链脂肪酸生成，优化肠道环境；高脂高糖饮食则可能减少有益菌数量，增加潜在致炎菌群。通过呼气VOCs，可直观观察饮食对菌群的实时影响。
儿童和小鼠实验显示，饮食干预快速改变呼气模式，提示菌群可被积极调控以改善代谢健康。
▲通过呼气VOC数据预测哮喘相关微生物E. siraeum的丰度。
菌群代谢产物通过影响能量利用和免疫反应，与宿主形成互作网络，是生活方式调节健康的重要介质。
结合个体差异，如年龄、性别和环境因素，通过呼气VOCs监测配合智能分析，可实现个性化健康管理。
长期监测呼气化合物模式可直观呈现菌群动态，为科学饮食、作息和健康调控提供依据，并支持家庭健康管理和早期干预策略。
04呼气VOCs为肠道菌群监测提供创新工具
呼气VOCs作为菌群代谢信号，为非侵入式健康监测提供新视角。
它能反映菌群活跃度、多样性及潜在失衡，但仍属于研究阶段，尚不可直接用于日常检测。
未来研究可扩展至不同年龄和特殊人群，探索菌群纵向变化及干预效果。
结合人工智能和可穿戴传感技术，呼气VOCs有望逐步发展为实时、个性化的肠道健康参考工具，为公众提供科学、直观的菌群健康信息，辅助饮食调控和疾病预防。
注明 参考文献
The gut microbiota shapes the human and murine breath volatilome
Ariel J. Hernandez-Leyva，Amalia Z. Berna……
DOI: 10.1016/j.cmet.2025.12.013
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