高原暴露下人类肠道菌群的动态适应：急性期与长期暴露的纵向分析

这篇研究通过纵向追踪406名健康男性在800米至4500米海拔变化中的肠道菌群动态，揭示了急性高原暴露（7天）和长期适应（3个月）对微生物组的差异化影响。采用16S rDNA测序（V3-V4区）发现，急性缺氧显著改变α/β多样性（P<0.05），增加机会致病菌（如Ruminococcus）而减少短链脂肪酸（SCFA）生产者（如Faecalibacterium），且部分变化在返回低海拔后仍持续。功能分析显示代谢通路（如能量代谢和氨基酸合成）重编程，为高原生理适应和疾病预防提供了新见解。

　　

ABSTRACT

研究首次通过大规模纵向队列（406名健康男性）探究高原暴露对肠道菌群的时序性影响。样本采集于三个时间点：基线（800米）、急性暴露7天（4500米）及返回低海拔后2周（3个月高原停留后）。16S rDNA测序显示，急性暴露导致α多样性（Shannon指数）显著波动（P<0.05），而β多样性（UniFrac距离）的结构性改变持续存在。机会致病菌（如Ruminococcus和Oscillibacter）丰度增加，而有益菌（如Faecalibacterium和Bifidobacterium）减少。功能分析揭示能量代谢和氨基酸合成通路的重构，提示菌群通过代谢调整协助宿主适应低氧环境。

INTRODUCTION

高原医学定义海拔2500米以上区域为显著影响人体功能的高原环境，其低氧分压、极端气候和强紫外线可引发急慢性高原病。肠道菌群稳态通过短链脂肪酸（SCFA）生产、胆汁酸代谢等途径调节宿主健康。既往动物模型表明，缺氧会改变菌群结构（如增加Parabacteroides，减少Bifidobacterium），但人类大规模纵向数据匮乏。本研究填补了这一空白。

MATERIALS AND METHODS

研究对象为从乌鲁木齐（800米）赴和田（4500米）工作的健康男性，排除近期抗生素使用或慢性疾病患者。标准化饮食（55%-65%碳水化合物）和活动方案控制混杂因素。粪便样本经干冰保存，DNA提取后对16S rDNA V3-V4区测序（Illumina NovaSeq平台）。数据分析采用QIIME 1（α多样性）和R语言（β多样性、LEfSe、PICRUSt2功能预测）。

RESULTS

α/β多样性动态
急性暴露显著升高α多样性（Chao1指数，P=8.1e^-12），但返回后恢复；β多样性（加权UniFrac，R²=0.007）变化持久，表明菌群结构不可逆重塑。

菌群组成变化
急性期Firmicutes/Bacteroidetes（F/B）比值下降，伴随Gemmiger（抗炎菌）和Parabacteroides（SCFA生产者）增加，而Faecalibacterium（丁酸盐生产者）减少50%。长期暴露后，Prevotella和Lachnospiraceae_incertae_sedis持续上升。

功能通路差异
急性期富集异生素降解（Xenobiotics Biodegradation）和氨基酸tRNA合成通路；长期适应后能量代谢（Energy Metabolism）和维生素合成通路激活。

生活方式关联
吸烟与Odoribacter丰度负相关（R=-0.095，P=0.004），饮茶提升Methanobrevibacter（R=0.081）。

DISCUSSION

研究揭示了高原适应的双阶段模式：急性期以菌群多样性震荡和机会致病菌增殖为特征，可能引发炎症；长期暴露则通过代谢重构（如SCFA减少）促进能量效率。Faecalibacterium的持续减少与肠道屏障损伤风险相关，而Gemmiger的短暂增加可能缓解缺氧炎症。值得注意的是，β多样性变化的不可逆性提示高原暴露可能造成菌群“生态记忆”。

结论

高原环境通过重塑菌群结构与功能驱动宿主适应，急性缺氧的影响更为剧烈，而长期暴露诱导代谢稳态调整。该研究为高原疾病防治提供了微生物组视角的干预靶点。