GFHDT: 呼吸檢測成為監測微生物組健康的新工具
呼吸檢測成為監測微生物組健康的新工具
27 Jan 2026 at 04:04pm
呼吸檢測成為監測微生物組健康的新工具
2026年1月23日
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人類腸道棲息著數以萬億計的有益微生物，對健康起著重要作用。 雖然腸道菌群（細菌和病毒組成的精密生態系統）紊亂已被證實與肥胖、哮喘、癌症等疾病相關，但目前仍缺乏能快速診斷菌群變化並指導治療的工具。
聖路易斯華盛頓大學醫學院（WashU Medicine）與費城兒童醫院的研究人員近日發現，腸道中與疾病相關的細菌可通過呼氣檢測被識別。 他們證實，腸道微生物釋放的化學物質以揮發性有機化合物（VOCs）形式存在於兒童和小鼠的呼出氣體中，這些物質能揭示腸道內細菌的組成情況。 研究還表明，哮喘患兒的呼氣樣本可預測某種與該疾病關聯的細菌存在。
研究者認為，該發現有望推動開發一種僅需向設備呼氣即可快速監測和診斷腸道健康問題的無創檢測方法。 “快速評估腸道微生物組健康情況將顯著提升臨床診療水準，尤其對兒童群體至關重要，”聖路易斯華盛頓大學醫學院醫學系副教授安德魯 L考（Andrew L. Kau）醫學博士/哲學博士表示，“早期檢測可為過敏症和早產兒嚴重細菌感染等疾病提供及時干預機會。 本研究為開發此類關鍵診斷工具奠定了基礎。 ”
發表在《細胞代謝》期刊的論文《腸道微生物群塑造人類與小鼠呼吸揮發物組》中，資深作者考及其團隊總結道：“我們的研究識別出呼氣中的微生物源性VOCs，證實腸道細菌代謝直接貢獻於哺乳動物呼氣VOC譜型，併為開發無創式微生物組診斷工具提供依據。 “論文第一作者為聖路易斯華盛頓大學醫學院MD/PhD學生阿裡爾 J埃爾南德斯-萊瓦（Ariel J. Hernandez-Leyva），共同通訊作者為費城兒童醫院兒科傳染病斯坦利普洛特金講席教授奧黛麗 R奧多姆約翰（Audrey R. Odom John）醫學博士/哲學博士。
“醫療決策通常依賴與疾病狀態相關的生物標誌物，這些標誌物提供預後或診斷資訊，”作者在論文中指出，“儘管許多臨床生物標誌物需通過侵入性採樣獲取，但呼出氣體代表了一種潛在的非侵入式生物標誌物識別途徑。 呼氣檢測具有易獲取特性，其包含的多樣化化合物豐度與人類健康密切相關。 ”
除人體自身產生的VOCs外，微生物消化人體無法分解的食物時也會釋放VOCs，並通過呼氣排出體外。 “除人體內源性產生的化合物外，人類排放的多種VOCs源自定植微生物的代謝過程，”作者強調。 考及其團隊由此探究呼氣中的化合物類型是否有助於識別腸道微生物組的細菌組成。
為驗證該假設，埃爾南德斯-萊瓦團隊在聖路易斯華盛頓大學醫學院開展了一項針對6至12歲兒童的臨床研究。 研究人員分別分析27名健康兒童的呼氣樣本（檢測微生物源性化合物）和糞便樣本（檢測腸道微生物），以確定特定微生物與呼氣化合物的關聯。
團隊發現，兒童呼氣中的化合物與糞便樣本中微生物已知產生的化合物相匹配，證實呼氣可有效反映腸道微生物群落狀態。 “在健康兒童中，我們通過氣相色譜-質譜法評估的呼氣VOC組成（即揮發物組）與腸道微生物組組成及功能顯著相關，”研究者寫道。 團隊在小鼠實驗中獲得相似結果：將人類樣本細菌移植到無自身腸道微生物的無菌小鼠體內后，再次證實可通過呼氣化合物識別腸道細菌。 通過對移植人類糞便的無菌小鼠及單一菌株定植無菌小鼠的呼氣進行捕獲分析，我們發現小鼠呼氣同樣顯著受腸道微生物組影響。”
研究人員還將健康兒童與哮喘患兒的呼氣及糞便樣本進行對比。 影響近五百萬美國兒童的兒科哮喘，與腸道中西拉伊氏優桿菌（Eubacterium siraeum）豐度升高相關。 通過呼氣分析，他們成功預測了哮喘患兒體內該菌的豐度。 “儘管樣本量有限且存在潛在干擾因素，我們仍確認了西拉伊氏優桿菌與哮喘患者間既往描述的關聯，並闡明瞭可能預測其腸道豐度的呼氣VOC變化特徵。”
作者指出，此類關於西拉
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本研究結果將助力開發無創式微生物組呼氣檢測工具。 聖路易斯華盛頓大學醫學院研究人員此前已開發出多種微生物呼氣檢測技術，包括可在一分鐘內檢測新冠病毒的設備。 “將微生物組知識整合到臨床護理的關鍵障礙之一，在於分析微生物組數據所需的時間，”埃爾南德斯-萊瓦表示，“呼氣分析提供了一種前景廣闊的無創方式來探測腸道微生物組，有望徹底改變醫學診斷模式。 “研究團隊在論文中總結道：”這些實驗證實腸道微生物群有助於塑造宿主呼氣VOC譜型，並建立了進一步探究腸道微生物群與呼氣生物標誌物關係的模型...... 隨著對特定腸道分類群與呼氣VOCs關係的深入理解，呼吸組學最終將發展為強大的診斷工具，助力快速、無創地評估腸道微生物群健康與疾病狀態。 ”
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聖路易斯華盛頓大學醫學院（WashU Medicine）與費城兒童醫院的研究人員近日發現，腸道中與疾病相關的細菌可通過呼氣檢測被識別。 他們證實，腸道微生物釋放的化學物質以揮發性有機化合物（VOCs）形式存在於兒童和小鼠的呼出氣體中，這些物質能揭示腸道內細菌的組成情況。 研究還表明，哮喘患兒的呼氣樣本可預測某種與該疾病關聯的細菌存在。
研究者認為，該發現有望推動開發一種僅需向設備呼氣即可快速監測和診斷腸道健康問題的無創檢測方法。 “快速評估腸道微生物組健康情況將顯著提升臨床診療水準，尤其對兒童群體至關重要，”聖路易斯華盛頓大學醫學院醫學系副教授安德魯 L考（Andrew L. Kau）醫學博士/哲學博士表示，“早期檢測可為過敏症和早產兒嚴重細菌感染等疾病提供及時干預機會。 本研究為開發此類關鍵診斷工具奠定了基礎。 ”
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“醫療決策通常依賴與疾病狀態相關的生物標誌物，這些標誌物提供預後或診斷資訊，”作者在論文中指出，“儘管許多臨床生物標誌物需通過侵入性採樣獲取，但呼出氣體代表了一種潛在的非侵入式生物標誌物識別途徑。 呼氣檢測具有易獲取特性，其包含的多樣化化合物豐度與人類健康密切相關。 ”
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為驗證該假設，埃爾南德斯-萊瓦團隊在聖路易斯華盛頓大學醫學院開展了一項針對6至12歲兒童的臨床研究。 研究人員分別分析27名健康兒童的呼氣樣本（檢測微生物源性化合物）和糞便樣本（檢測腸道微生物），以確定特定微生物與呼氣化合物的關聯。
團隊發現，兒童呼氣中的化合物與糞便樣本中微生物已知產生的化合物相匹配，證實呼氣可有效反映腸道微生物群落狀態。 “在健康兒童中，我們通過氣相色譜-質譜法評估的呼氣VOC組成（即揮發物組）與腸道微生物組組成及功能顯著相關，”研究者寫道。 團隊在小鼠實驗中獲得相似結果：將人類樣本細菌移植到無自身腸道微生物的無菌小鼠體內后，再次證實可通過呼氣化合物識別腸道細菌。 通過對移植人類糞便的無菌小鼠及單一菌株定植無菌小鼠的呼氣進行捕獲分析，我們發現小鼠呼氣同樣顯著受腸道微生物組影響。”
研究人員還將健康兒童與哮喘患兒的呼氣及糞便樣本進行對比。 影響近五百萬美國兒童的兒科哮喘，與腸道中西拉伊氏優桿菌（Eubacterium siraeum）豐度升高相關。 通過呼氣分析，他們成功預測了哮喘患兒體內該菌的豐度。 “儘管樣本量有限且存在潛在干擾因素，我們仍確認了西拉伊氏優桿菌與哮喘患者間既往描述的關聯，並闡明瞭可能預測其腸道豐度的呼氣VOC變化特徵。”
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