在科學家研究 COVID-19 時，許多令人困惑的問題之一是其症狀從頭到腳的多樣性，遠遠超出了通常的呼吸道感染範圍：從嗅覺喪失到血栓和中風，再到肢體疼痛和 COVID 腳趾變色。最常見的非呼吸道表現之一是胃腸道問題。多達 50% 的 COVID 患者出現噁心、腹瀉和/或腹痛。根據一篇加拿大綜述論文，在一項大型研究中，16% 的患者只有這些症狀。
研究表明，SARS-CoV-2——導致 COVID 的病毒——可以直接攻擊胃腸道內壁的上皮細胞，透過血管緊張素轉換酶 2 (ACE2) 的分子門戶進入。這些細胞表達高水平的 ACE2，肺部內壁細胞也是如此，肺部是主要感染部位。
但腸道不僅僅是病毒的被動目標。證據表明，它也是決定 COVID-19 嚴重程度的一個因素。過去十年爆發的研究表明，消化道中的微小居民——腸道微生物群——在保護身體免受病原體侵害以及調節對感染的免疫反應方面起著至關重要的作用，COVID 似乎也是如此。
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數萬億的細菌、真菌、病毒和其他單細胞生物以動態的共生生態系統形式存在於胃腸道中。我們每個人都擁有自己獨特的群落。當我們的腸道微生物群處於多樣化但健康且平衡的狀態時，它們會支援我們免疫系統的正常運作。當平衡被擾亂時——科學家稱之為菌群失調——我們的防禦能力會受到損害，我們更容易受到感染。
已知腸道微生物群的多樣性會隨著年齡的增長而下降。同樣，腸道微生物群改變與慢性疾病（如肥胖症、糖尿病和心血管疾病）之間存在關聯——這些疾病使個體更容易患上重症 COVID-19。目前還沒有 COVID 嚴重程度與腸道菌群失調之間直接關係的證據，但證據正在積累。
在 2021 年對 100 名 COVID 住院患者的研究中，香港中文大學的 Siew C. Ng 及其同事發現，總體而言，受試者的腸道微生物組（在糞便樣本中測量）的多樣性明顯低於大流行前對照組的樣本，無論患者是否服用過抗生素或其他藥物。COVID 患者體內缺乏許多有益的細菌種類，微生物組紊亂的程度與疾病的嚴重程度和炎症跡象的增加有關。
“在 COVID-19 患者中，幾種具有已知免疫調節功能的腸道微生物被耗盡，”Ng 解釋道。香港中文大學腸道微生物群研究中心副主任 Ng 表示，它們的耗盡可能是“細胞因子風暴”的一個因素，細胞因子風暴是 COVID 患者有時會出現的危險的過度炎症狀態。
這種情況是我們的腸道居民可能影響 COVID 嚴重程度的幾種方式之一。巴黎聖安託萬醫院研究腸道微生物與免疫系統之間關係的 Harry Sokol 說，精確的機制尚不清楚，“但我們可以假設”。他認為，“在感染的早期階段，腸道微生物群發生了改變，導致微生物群衍生的[物質]產量減少，而這些物質對於控制感染非常重要。”Sokol 2021 年領導的一項研究中觀察到了這種變化，該研究中獼猴感染了 SARS-CoV-2。
Sokol 認為，在 COVID 的後期階段，某些微生物的減少可能會影響腸道的完整性。這些微生物通常會產生有助於維持腸道內壁的物質，包括短鏈脂肪酸，如丁酸。因此，關鍵細菌水平的降低可能會導致“腸漏”，進而可能導致促炎分子滲出，加劇細胞因子風暴，從而導致在重症 COVID 病例中看到的廣泛的器官損傷。
腸道本身以及其他器官的損傷可能是炎症、病毒攻擊本身或 ACE2 正常功能紊亂的結果。在腸道中，ACE2 發揮著許多作用，包括調節腸道微生物群的生態。因此，尚不清楚是 COVID 導致腸道不健康，還是腸道不健康為重症 COVID 奠定了基礎。“可能兩者都是真的並且相關，”Sokol 說。
腸道微生物可能會透過與肺部細胞交換化學訊號來影響 COVID 的結果。最近發現的“腸-肺軸”與大多數生物軸一樣，是雙向的：腸道微生物會影響肺部對感染的反應，肺部炎症也會改變腸道微生物群。例如，巴西科學家今年早些時候發表的一項綜述研究發現，研究表明，腸道細菌傳送並由肺部細胞接收的化學訊號可以幫助保護小鼠免受流感病毒感染，而給小鼠服用破壞其腸道微生物群的抗生素會損害其對流感的免疫反應。如果這種情況也適用於人類的 COVID，那麼臨床醫生應謹慎在 COVID 患者中使用抗生素——除非他們患有繼發性微生物感染。
隨著科學家們更多地瞭解腸道在 COVID 中的作用，可能會對治療和預防產生其他影響。監測腸道健康可能是一種預測嚴重程度的方法，使用益生菌和改善飲食以增強微生物組可能被證明是一種有價值的策略。Ng 指出，她的機構正在進行幾項使用特殊配方益生菌混合物的隨機試驗：這些試驗旨在降低老年人和糖尿病患者等弱勢群體患 COVID 的風險，並改善對 COVID 疫苗的反應。其他研究人員也在測試使用益生菌和將糞便生物移植到腸道菌群不足的 COVID 患者身上的可能益處。
甚至可能對可怕的“長期 COVID”有所啟示。在他們 2021 年的研究中，Ng 及其同事發現，在許多康復的 COVID 患者中，當病毒不再可檢測到時，腸道菌群失調仍然存在，並且可能導致持續的健康問題。該研究對一些患者進行了康復後 30 天的隨訪，作者認為有必要對此問題進行更長時間的隨訪。Ng 說，對於“康復的患者來說，食用已知對腸道微生物組有益的飲食或進行活動可能是明智的：增加纖維攝入量、服用益生菌和鍛鍊身體。”在任何情況下，這都是合理的建議。