背景
胆结石（Gallbladder stones）是全球范围内最常见的消化系统疾病之一，成人患病率高达20%。尽管多数患者无症状，但约10%–15%的无症状患者会在5年内发生胆绞痛、胆囊炎等并发症。手术切除胆囊是主要的治疗方法，给社会医疗体系带来沉重负担。近年来，肠道菌群与代谢性疾病关联的研究揭示了其在胆结石发生发展中的关键作用。肠道菌群可通过胆汁酸代谢、胆固醇吸收平衡、胆囊收缩功能调节及局部炎症反应激活等多条途径参与结石形成过程。其中，菌群依赖的胆汁酸代谢调控被认为是最有价值的通路。本研究的目的是通过分析临床样本，深入探讨肠道菌群结构特征与胆结石形成之间的关联，为阐明疾病机制和开发靶向菌群的预防与治疗策略提供依据。
方法
本研究在2022年1月至2024年7月期间，从兰州大学第一医院、中山大学附属第一医院及中山大学附属第七医院的健康管理中心、门诊和住院患者中招募参与者。最终纳入62名胆结石患者（GD组）和62名健康对照者（NC组）。收集了参与者的基本临床信息、空腹血液样本和粪便样本。粪便样本用于宏基因组测序，血清样本用于胆汁酸代谢物检测。采用BGISEQ/MGISEQ平台进行测序，并使用LC-MS/MS系统对血清中胆汁酸进行靶向代谢组学分析。统计分析包括α/β多样性分析、LEfSe分析、KEGG功能富集分析以及差异胆汁酸与差异菌种之间的斯皮尔曼相关性分析。
结果
1. 参与者基本特征
两组参与者在年龄、性别、BMI、教育水平、吸烟饮酒习惯、睡眠状况、体育锻炼、饮食习惯（如红肉、蔬果、茶、咖啡、含糖饮料摄入）及高血压、糖尿病等合并症方面均无显著差异，表明两组基线特征均衡可比。
2. 胆结石患者与健康个体的肠道菌群差异
在α多样性方面，胆结石患者的Shannon指数显著低于健康对照组，表明菌群物种分布的均匀性降低。在β多样性方面，基于Bray-Curtis距离的主坐标分析（PCoA）显示两组菌群组成存在显著差异（PERMANOVA，p= 0.012），表明胆结石患者的肠道菌群整体结构发生了改变。
3. 胆结石患者与健康个体的肠道菌群丰度变化
在门水平，与对照组相比，胆结石患者中拟杆菌门（Bacteroidota）和变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度呈上升趋势，而厚壁菌门（Firmicutes）呈下降趋势。在科水平，与炎症反应相关的肠杆菌科（Enterobacteriaceae）丰度在胆结石患者中呈上升趋势。在属水平，胆结石患者中具有抗炎作用的粪杆菌属（Faecalibacterium）、普雷沃菌属（Prevotella）等丰度呈下降趋势，而拟杆菌属（Bacteroides）、大肠杆菌属（Escherichia）等丰度呈上升趋势。
4. 胆结石患者的进一步差异菌群组成分析
LEfSe分析（LDA>2.5）进一步揭示，在胆结石患者中，具有胆盐水解酶（BSH）活性的细菌，如拟杆菌属（Bacteroides）、肠球菌属（Enterococcus）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）和乳杆菌科（Lactobacillaceae）丰度增加。同时，产生短链脂肪酸的细菌，如罗氏菌属（Roseburia）、毛螺菌属（Lachnospira）、布劳特氏菌属（Blautia）丰度减少。
5. 肠道菌群改变影响代谢功能
对差异菌群进行的KEGG功能富集分析显示，显著富集的信号通路主要与初级和次级胆汁酸代谢以及脂质和胆汁酸前体代谢相关，如脂肪酸生物合成、脂质生物合成蛋白等。此外，还发现了可能导致肠道菌群失调的通路，如抗菌素耐药基因，以及与细胞壁合成相关的通路。这些结果证实了胆结石患者存在肠道菌群失调和潜在的胆汁酸代谢紊乱。
6. 胆结石患者血清胆汁酸变化的特征
靶向代谢组学分析（44对样本）显示，与健康对照组相比，胆结石患者血清中疏水性胆汁酸石胆酸（LCA）、异别石胆酸（Iso-allo-LCA）和甘氨脱氢胆酸（GDHCA）水平升高，而亲水性胆汁酸牛磺石胆酸（TLCA）水平降低。
7. 血清胆汁酸变化与肠道菌群相关
差异胆汁酸与差异细菌物种之间的斯皮尔曼相关性分析显示，肠道石胆杆菌（Bacteroides intestinalis）与LCA呈正相关，而脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）与TLCA呈负相关。Parasutterella、青春双歧杆菌（Bifidobacterium adolescentis）和霍氏罗氏菌（Roseburia hominis）与LCA和Iso-allo-LCA呈正相关。这些结果进一步证实了BSH活性菌在胆汁酸失调中的作用。
讨论
本研究通过多维组学分析，系统揭示了胆结石患者肠道菌群结构和功能的特征性改变，并阐明了其与胆汁酸成分异常的密切关联。研究结果支持“肠道菌群失衡-胆汁酸代谢紊乱-胆结石形成”轴的存在。具体机制包括：一方面，BSH阳性菌的过度增殖加速了胆固醇溶解性胆汁酸（如CDCA）的分解，并促进疏水性次级胆汁酸（如LCA）的生成，从而降低胆汁中胆固醇的溶解度。LCA的强烈疏水性使其难以与胆固醇和磷脂形成稳定的可溶性胶束，导致胆固醇逐渐过饱和并形成结石。此外，LCA的积累还会诱发胆囊黏膜炎症，损害胆囊收缩功能，进一步加剧胆汁淤积和结石形成。另一方面，短链脂肪酸产生菌的减少损害了肠道代谢缓冲能力和屏障功能。这些因素共同促进了胆汁成分失衡和胆结石的形成。
本研究的局限性包括样本量较小，且缺乏通过粪便菌群移植或属特异性干预的动物实验验证。未来研究可结合宏转录组学和代谢组学，进一步剖析菌群-胆汁酸相互作用的分子机制，并重点关注BSH在胆结石形成中的作用。这项工作为理解胆结石的发病机制和开发基于菌群的靶向预防与治疗策略提供了新的视角和依据。
