图1. Genome Biology 刊发了赵方庆研究团队的重要研究成果

在该研究中，研究人员采用机器学习算法和统计学模型，对来自1,956个新生儿的13,776个自测及公共数据集进行了整合挖掘，通过比较不同年龄段的微生物组特征，将出生后前三年的新生儿划分为了四个显著不同的肠型，分别由厚壁菌门、双歧杆菌属、拟杆菌属和普氏菌属主导（图1）。研究人员发现四种肠型具有明显的成熟度的区别，各自代表着不同的发育阶段：以厚壁菌和双歧杆菌为主导的婴儿其肠道微生物生态结构更为松散，菌群成熟度较低，对应新生儿发育的早期阶段；而以拟杆菌和普氏菌为主导的婴儿，其肠道菌群相关的代谢通路更为复杂，具有更高的物种多样性和更高的成熟度，对应于新生儿发育的稍晚时期。同时，四种肠型在全球新生儿人群中也呈现出特定的地域分布模式：在经济卫生水平较高的国家，新生儿肠道菌群倾向于快速成熟，以拟杆菌-普氏菌肠型为主导；而在医疗卫生水平欠佳的地区，新生儿肠道菌群的成熟出现明显的滞后现象，以厚壁菌-双歧杆菌为主导。

在婴幼儿前三年的发育过程中，肠道菌群逐渐发育成熟，肠型也经历了由不成熟的厚壁菌-双歧杆菌向成熟的拟杆菌-普氏菌的确定性转变。研究人员首次利用随机进化生态模型，探究肠道菌群转变过程中的随机性和确定性因素。该模型通过计算每个群落的最近邻分类群指数（Nearest Taxon Index）与洛浦克里克指数（Raup-Crick Index）来确定该群落受到的进化驱动力。群落的进化驱动力随机性越低，则生态群落越成熟，其在随后的发育过程中也倾向于进化得更加稳定。而以拟杆菌和普氏菌为主导的肠道菌群符合这一特征。

该研究覆盖了全球6个主要大陆的17个国家，样本超过1万例，是目前为止最大规模的新生儿肠道菌群研究。该研究阐明了新生儿在出生后前三年肠道菌群的确定性转变，引入生态模型探究了菌群成熟的内在机制，并通过大人群队列分析揭示了肠型在全球新生儿中的特定分布模式。该研究对于新生儿肠道的菌群发育进行了系统总结，拓展了我们对人类肠道早期发育模式的认识，有利于推动与婴幼儿相关的医疗卫生进步，促进人类健康发展。

中科院北京生科院博士研究生肖力文、副研究员王金锋、温州医科大学郑加永为论文的并列第一作者，赵方庆研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金项目和科技部重点研发项目的支持，并在临床样本与信息采集方面得到了温州医科大学合作者的帮助。

论文链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-021-02463-3

图2. 新生儿人群队列及四种肠型的地域分布模式