Nat Commun | 朱书团队绘制人肠道微生物定植因子图谱，揭示菌群定植策略及炎性相关结构重塑|免疫|定植因子|宿主|微生物|朱书|肠道菌群|菌株

肠道微生物能够参与宿主营养代谢、屏障稳态和免疫调控，一个基本前提是它们必须首先适应复杂的肠道环境，建立生态位并实现持续定植。近年来，宏基因组学极大拓展了我们对肠道菌群组成及功能的认识，但多数研究仍主要回答微生物群落变化及代谢功能差异。相比之下，一个更基础的生态学问题仍缺乏系统认识：不同微生物依靠哪些功能性状在肠道中生存、竞争并长期驻留？当炎症等因素改变肠道微环境时，疾病相关菌群重塑背后是否存在对特定定植性状的生态选择？此外，受微生物培养和遗传操作条件限制，对于微生物如何定植的认识长期集中于少数可操作菌株，尚缺乏覆盖整个肠道微生物群的系统性功能框架。

近日，四川农业大学朱书教授团队在 Nature Communications 在线发表题为 An atlas of colonization factors in the human gut microbiome reveals ecological strategies and inflammatory bowel disease signatures 的研究论文。该研究将微生物定植研究从单菌尺度拓展至微生物组尺度，构建了系统性的人肠道微生物定植因子（colonization factor，CF）同源图谱，进一步揭示不同微生物谱系可能采取差异化的定植策略，并发现肠炎相关菌群失衡伴随着特定定植功能及其携带菌群的选择性重塑。由此，该研究建立了一个连接微生物谱系与定植策略、并以疾病相关菌群重构为应用场景的分析框架，深化了领域内对肠道菌群在健康及疾病条件下稳态维系与失衡驱动方面的认知。

研究团队整合大规模人肠道微生物基因组和蛋白资源，在近 29 万个微生物基因组中鉴定出超过 700 万个 CF 同源基因。值得注意的是， 99.9% 的肠道微生物基因组至少编码一种 CF ，提示定植相关功能广泛存在于肠道微生物群；与此同时，不同微生物谱系所携带的 CF 组合存在明显差异，形成了一个广泛共享但具有谱系分化特征的定植功能层。

进一步基于 CF 组合特征，研究识别出三类潜在定植策略，分别主要体现为代谢与营养利用、应激耐受与环境适应，以及资源感知与微生物交流。这些策略在不同微生物谱系中呈现明显的分布偏好，并与其全基因组功能特征相互呼应，提示不同肠道微生物可能通过不同的功能组合解决 “ 如何适应肠道生态位并持续定植 ” 这一共同问题。

随后，研究团队将这一框架应用于炎性肠病（ inflammatory bowel disease, IBD ），整合 10 个独立队列中的 2,858 份宏基因组和 808 份宏转录组样本。研究发现， IBD 相关菌群失衡并非表现为整个定植功能体系的全面扰乱，而更多体现为特定 CF 及其携带菌群的选择性重塑。其中，多类与磷酸转移酶系统（ PTS ）、糖类利用及环境感知相关的 CF 在不同队列中反复呈现疾病相关变化。在此基础上，研究还将复杂的疾病相关信息压缩为由 13 类 CF 构成的紧凑功能特征组合。其价值并非替代传统的物种水平分类，而是以较少、具有明确生态学含义的功能特征表征 IBD 相关菌群失衡，并为后续筛选值得实验验证的定植功能及其携带菌提供线索。

人肠道微生物定植因子图谱构建、生态组织及其在疾病场景中的应用（自绘）

这一研究思路也具有向动物微生态拓展的潜力。尤其对于猪这一高级哺乳动物模型和重要生产动物，断奶、日粮转换、应激及病原感染均会显著改变肠道营养环境、黏膜屏障和免疫压力，并伴随快速的菌群重构。未来，将宿主特异的微生物基因组资源与定植功能分析相结合，有望进一步解析感染和肠炎微环境如何选择特定微生物定植性状，以及这些性状如何影响共生菌持续驻留和条件致病菌扩张，从而为猪重大疫病相关菌群变化的机制研究及微生态干预提供新的研究入口。

值得一提的是，本研究也是团队菌群功能研究从具体机制向群落生态尺度的一次拓展。 2026 年 2 月，团队曾背靠背在 Nature Communications 发表两项研究，从实验层面解析肠道菌群协同代谢色氨酸产生吲哚丙酸（ IPA ）等代谢物，并通过调控 HOPX + 储备干细胞和 LGR5 + 活跃干细胞促进炎症后的肠上皮再生（ Zhang et al., Nat Commun., 2026a; 2026b ）。此前工作聚焦于菌群代谢产物如何通过核受体调控宿主肠黏膜稳态，而本研究则利用大规模基因组、宏基因组和宏转录组数据，从群落尺度进一步追问特定菌株“ 为什么能够在这里留下、竞争和扩张 ” 。从具体菌株和代谢物的功能机制，到微生物群落的定植生态规律，这项以生物信息学和大数据分析为主体的工作拓展了团队既有的菌群功能研究框架，也为未来形成以“ 大数据挖掘肠道菌群相关靶标，通过动物模型验证机制 ” 的研究路径提供了基础。

四川农业大学动物医学院猪重大疫病基础研究与应用开发创新团队朱书教授、张雅楠教授为论文通讯作者，浙江大学动物科学学院博士生孟锦鑫为第一作者，博士生陶巍夫、涂舒谕及硕士生李雯迪参与该研究。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76763-2

制版人：十一

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