文献解读 | 从平原到高原，肠道细菌竟成了适应高海拔的关键！

背景介绍

高海拔通常指海拔2500米以上地区，具有低氧、低温、强紫外线辐射和干燥等极端环境特征，其中慢性缺氧是核心生理应激因素，可引发一系列适应性或病理性反应，如高原反应、睡眠障碍、认知功能下降、胃肠功能紊乱等。中青年群体，如军人、科研人员、登山者、旅游者等是进入高海拔地区的主力人群，其身体机能虽处于高峰，但仍面临急性或慢性高原病风险。近年来研究发现，肠道菌群在高原适应过程中也扮演着重要角色，因此开展相关研究具备明确应用价值，为制定基于肠道菌群调节的高原健康保障策略提供循证依据。

 

材料方法

研究纳入70名健康中青年志愿者，分别在进入高海拔地区前后采样(记为PG和HG组)，构成自身前后对照配对队列，样本收集新鲜粪便样本用于菌群与代谢物分析，–80°C冷冻保存，干冰运输至实验室，避免反复冻融。DNA提取后基于Illumina MiSeq/Novaseq平台进行16S测序，样本经甲醇/乙腈提取后，基于LC-MS/MS平台进行代谢检测；测序数据采用DADA2或QIIME2生成ASVs，比对Silva数据库获得细菌分类信息；代谢物鉴定基于精确质量数、保留时间及二级质谱，匹配HMDB、METLIN等数据库。生物信息学方法包括α多样性分析，基于Chao1、Shannon/Simpson指数绘制稀释曲线，β多样性分析基于Bray-Curtis距离矩阵，进行PCoA/NMDS可视化；差异分析以Kruskal–Wallis检验、LEfSe识别标志性差异菌；基于OPLS-DA筛选差异代谢物；利用PICRUSt2测KEGG通路，或基于代谢数据KEGG进行富集分析。统计方法包括正态性检验，组间比较，多重检验校正，相关性分析，Spearman秩相关分析，可视化工具主要为R语言。

 

结果讨论

研究发现高海拔环境导致肠道菌群在门和属水平发生重构，厚壁菌门比例下降，而拟杆菌门相对丰度上升，多个关键属如产丁酸抗炎菌等显著减少，而条件致病或碳水化合物降解菌增加，启示有益菌减少可能削弱肠道屏障功能，增加内毒素易位风险，这或为高原胃肠道不适和系统性低度炎症的潜在机制之一。研究揭示，高海拔暴露降低了肠道菌群的多样性和群落稳定性，HG组的Chao1、Shannon和Simpson指数稀释曲线均低于PG组，表明α多样性低，HG组富集一些潜在致病菌，而短链脂肪酸产生菌减少，这种致病菌扩增与有益菌减少共同构成“菌群失调”表型，可能影响高原适应效率。研究表明，高海拔暴露引发广泛的代谢扰动，尤其影响脂质、氨基酸和能量代谢通路，如溶血磷脂酰胆碱下调、棕榈酸等饱和脂肪酸上调，而有益菌与抗炎类脂质呈正相关，HG中磷脂和鞘脂类减少，脂肪酸降解与不饱和脂肪酸生物合成等通路占比高，提示机体试图通过调整脂质代谢应对能量危机。

 

研究结论

研究系统揭示了高海拔暴露导致青中年人群肠道菌群失调与代谢重编程的双重机制，发现有益菌减少、致病菌扩增，同时脂质代谢紊乱，这些变化解释了高原环境下胃肠功能障碍和系统性炎症的潜在根源，识别出可用于风险预警的菌群与代谢生物标志物。研究首次将肠道微生态纳入高原适应评估体系，为开发基于益生菌、营养干预或代谢调节的个体化防护策略提供了科学依据，果有望推动高原医学从传统心肺代偿视角向“肠–代谢–免疫”系统调控新方向发展，在军人、科考、旅游等高原作业人群中具有重要临床转化价值和公共卫生意义。

 

结果展开

图1. 显示高海拔暴露前后肠道菌群组成的组成差异比较。

A. 显示高低海拔组肠道菌群在门水平的组成差异比较。

B. 显示高低海拔组肠道菌群在属水平的组成差异比较。

C. 显示高低海拔组肠道菌群在门水平的优势菌关联热图。

D. 显示高低海拔组肠道菌群在属水平的优势菌关联热图。

 

图2. 显示中青年人群进入高原前后肠道菌群多样性的比较。

A. 显示中青年人群进入高原前后肠道菌群α-多样性稀释曲线——Chao1指数。

B. 显示中青年人群进入高原前后肠道菌群α-多样性稀释曲线——Shannon指数。

C. 显示中青年人群进入高原前后肠道菌群α-多样性稀释曲线——Simpson指数。

D. 显示高海拔组与低海拔组肠道菌群α-多样性差异——Chao1指数。

E. 显示高海拔组与低海拔组肠道菌群α-多样性差异——Shannon指数。

F. 显示高海拔组与低海拔组肠道菌群α-多样性差异——Simpson指数。

G. 显示高海拔组与低海拔组肠道菌群β多样性比较。

H. 显示基于Bray-Curtis算法的PCoA聚类分析。

 

图3. 显示中青年人群高海拔暴露前后差异菌群分析。

A. 显示高海拔组与低海拔组ASV的Venn图。

B. 显示门水平差异菌的Kruskal–Wallis秩和检验结果。

C. 显示属水平差异菌的Kruskal–Wallis秩和检验结果。

D. 显示高海拔组与低海拔组LEfSe分析柱状图。

E. 显示高海拔组与低海拔组进化分支图。

 

图4. 显示中青年人群高海拔暴露前后差异代谢物分析。

A. 显示基于肠道菌群代谢物的差异代谢物超类层级分类树状图(HMDB数据库)。

B. 显示差异代谢物弦图分析。

C. 显示差异代谢物火山图分析。

D. 显示基于代谢物关联矩阵的热图，图中每个圆圈代表一种代谢物，圆圈颜色与大小表示相关性强弱与幅度。

E. 显示KEGG富集气泡图，X轴为富集比例，Y轴为各通路名称。

F. 显示高海拔组与低海拔组不同脂质类别代谢物数量比较。

G. 显示差异代谢物前20条KEGG富集通路。

 

参考文献：Kan H, Yuan Y, Zhao K, Sun X, Li J, Huo F, Zhang X. Long-term effects of altitude on changes in intestinal flora in a young and middle-aged population: a longitudinal analysis before and after 6 months of entry to high altitude. Front Microbiol. 2026 Jan 2;16:1699737.