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前言

腸道菌群在維持消化、代謝和免疫功能中發(fā)揮核心作用。其活躍度和多樣性對健康至關(guān)重要，但傳統(tǒng)檢測方法繁瑣且延遲明顯。

最新發(fā)現(xiàn)表明，呼氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）能夠直接反映腸道菌群的活躍度和多樣性，或為非侵入性健康監(jiān)測提供新途徑。

兒童和小鼠的呼氣分析顯示，菌群活躍時，呼氣VOCs的種類豐富且平衡；菌群失衡時，特定化合物顯著偏高或偏低。

這意味著呼氣信號不僅可反映代謝狀態(tài)，也可以作為菌群健康的快速指標(biāo)。

01關(guān)鍵菌群塑造呼氣特征

腸道菌群通過代謝產(chǎn)物生成特定揮發(fā)性化合物，直接塑造呼氣模式。分析顯示，不同菌群對VOCs貢獻(xiàn)差異顯著。

例如，大腸桿菌增加乙酸水平，Roseburia sp.調(diào)控異戊烯生成，這些化合物可以反映菌群活躍度和組成特征。

在27名健康兒童和14名哮喘兒童的樣本中，特定VOCs與菌群豐度高度相關(guān)。健康兒童呼氣呈現(xiàn)均衡且多樣的VOCs模式，而疾病相關(guān)菌群豐度變化導(dǎo)致部分化合物顯著偏離，為早期識別菌群失衡提供參考。

小鼠實驗進(jìn)一步揭示機(jī)制。常規(guī)化小鼠、無菌小鼠和單菌定殖小鼠每組至少5只，呼氣VOCs顯示明顯差異。

▲腸道微生物群影響宿主小鼠呼出的呼氣揮發(fā)體。

單菌定殖實驗表明，每種菌群生成的揮發(fā)物特征清晰，例如E. coli定殖小鼠呼氣中乙酸升高，C. aerofaciens定殖小鼠呼氣中甲苯增加。

體外厭氧培養(yǎng)顯示，菌群可獨(dú)立生成呼氣VOCs，而宿主貢獻(xiàn)有限。菌群通過直接代謝及間接調(diào)控宿主酶活性和激素水平，形成呼氣特征，為非侵入性監(jiān)測提供科學(xué)基礎(chǔ)。

02腸道菌群調(diào)節(jié)代謝與免疫平衡

腸道菌群通過發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丁酸和丙酸，維護(hù)腸道屏障、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)并參與能量代謝。

菌群失衡可能導(dǎo)致代謝紊亂和炎癥風(fēng)險增加，對兒童生長及免疫耐受性產(chǎn)生影響。

呼氣VOCs提供觀察菌群活躍度和代謝狀態(tài)的非侵入性方法。

▲腸道微生物群影響宿主小鼠呼出的呼氣揮發(fā)體。

單菌定殖實驗顯示，特定菌群的存在或缺失即可顯著改變呼氣化合物組合，說明關(guān)鍵菌群在維持代謝平衡和健康中發(fā)揮核心作用。

這種方法能夠快速反映菌群活躍度和多樣性，相比便樣或血液檢測更便捷。

結(jié)合飲食、作息和環(huán)境因素分析，呼氣VOCs在未來或可用于兒童和成人的健康管理、疾病早期干預(yù)及營養(yǎng)指導(dǎo)，提供科學(xué)依據(jù)和直觀反饋。

03生活方式與菌群健康管理

生活方式對菌群平衡影響顯著。高纖維飲食可促進(jìn)有益菌增殖，提高短鏈脂肪酸生成，優(yōu)化腸道環(huán)境；高脂高糖飲食則可能減少有益菌數(shù)量，增加潛在致炎菌群。通過呼氣VOCs，可直觀觀察飲食對菌群的實時影響。

兒童和小鼠實驗顯示，飲食干預(yù)快速改變呼氣模式，提示菌群可被積極調(diào)控以改善代謝健康。

▲通過呼氣VOC數(shù)據(jù)預(yù)測哮喘相關(guān)微生物E. siraeum的豐度。

菌群代謝產(chǎn)物通過影響能量利用和免疫反應(yīng)，與宿主形成互作網(wǎng)絡(luò)，是生活方式調(diào)節(jié)健康的重要介質(zhì)。

結(jié)合個體差異，如年齡、性別和環(huán)境因素，通過呼氣VOCs監(jiān)測配合智能分析，可實現(xiàn)個性化健康管理。

長期監(jiān)測呼氣化合物模式可直觀呈現(xiàn)菌群動態(tài)，為科學(xué)飲食、作息和健康調(diào)控提供依據(jù)，并支持家庭健康管理和早期干預(yù)策略。

04呼氣VOCs為腸道菌群監(jiān)測提供創(chuàng)新工具

呼氣VOCs作為菌群代謝信號，為非侵入式健康監(jiān)測提供新視角。

它能反映菌群活躍度、多樣性及潛在失衡，但仍屬于研究階段，尚不可直接用于日常檢測。

未來研究可擴(kuò)展至不同年齡和特殊人群，探索菌群縱向變化及干預(yù)效果。

結(jié)合人工智能和可穿戴傳感技術(shù)，呼氣VOCs有望逐步發(fā)展為實時、個性化的腸道健康參考工具，為公眾提供科學(xué)、直觀的菌群健康信息，輔助飲食調(diào)控和疾病預(yù)防。

注明 參考文獻(xiàn)

The gut microbiota shapes the human and murine breath volatilome

Ariel J. Hernandez-Leyva，Amalia Z. Berna……

DOI: 10.1016/j.cmet.2025.12.013

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