人的血液中有微生物吗？| 血液微生物组
血液不停地在我们的静脉和动脉中流动，执行着许多对我们生存至关重要的功能。血液由血浆和血细胞组成。血浆内含血浆蛋白（白蛋白、球蛋白、纤维蛋白原）、脂蛋白等各种营养成分以及无机盐、氧、激素、酶、抗体和细胞代谢产物等。血浆的功能主要是运输，缓冲，参与凝血和免疫作用。血细胞包括红细胞、白细胞和血小板三类细胞（图1）。红细胞的功能是运输氧气和二氧化碳，白细胞的功能是杀灭细菌，抵御炎症，参与体内免疫发生过程，血小板主要在体内发挥止血功能。机体的生理变化和病理变化往往引起血液成分的改变，因此检测血液成分（包括其中的遗传物质）具有重要的临床意义。
图1 血液中的红细胞、白细胞和血小板，来源：OnHealth
说回人体微生物组，我们已经知道大量的菌群寄居在人的皮肤、口腔、呼吸道、胃肠道、以及泌尿生殖道中，这些微生物与人类的健康和疾病状态紧密相关。然而，人体循环体液例如脊髓液、血液和其他人体分泌液中鲜有微生物的报道。在传统观念里，人们认为血液是一个完全无菌的环境，如血液中出现微生物则会被认为是感染的指征。然而，有关人类特别是健康人血液中存在微生物的证据正在稳步累积，血液无菌的观念正在被新的观念所取代（图2）。
图2 时间线展示人体血液微生物组研究的重要进展(Castillo et al., 2019)
关于人类血液中存在外来细胞的争议可以追溯到20世纪60年代末，Tedeschi等人在Nature报道了健康受试者血液中存在代谢活性细菌(Tedeschi et al.,1969)。他们发现，在红细胞悬浮液中出现了核苷和氨基酸的吸收增加。由此，他们假设在没有患病的人的血液中存在着类支原体或L型（细胞壁缺陷）细菌。之后Domingue和Schlegel报道，健康人群的血液样本中约有7%的样本显示细菌生长(Domingue et al., 1977)。进入21世纪，新技术的出现进一步加固了健康人血液中存在微生物的观点。Nikkari等人报道了健康人群血液中存在细菌DNA(Nikkari et al., 2001)。这项研究以qPCR为基础，利用rRNA特异性荧光探针和16S rRNA基因特异性引物，鉴定出了属于多个类群的细菌。不久后，McLaughlin等人发现在健康人的血液中存在多形性细菌(McLaughlin et al., 2002)。在这项研究中，研究人员使用多种技术，包括透射电子显微镜(TEM)、暗场显微镜(DFM)、荧光原位杂交(FISH)，和测序16S rRNA和gyrB基因的扩增产物，证实了健康人血液中存在细菌DNA。近些年，又陆续报道健康人和不同疾病患者（糖尿病、心血管疾病、哮喘、肝纤维化、肝硬化、哮喘、阿尔兹海默症等）血液中存在微生物(Velmurugan et al., 2020)。采用宏基因组测序也发现血液中存在病毒和古细菌DNA(Castillo et al., 2019)。Panaiotov等人报道在健康人的血液中存在由两个真菌门（担子菌门和子囊菌门）主导的真菌微生物组(Panaiotov et al., 2018)。
2020年，Poore等在Nature报道血液微生物DNA能用来区分健康人和癌症患者以及不同癌症类型(Poore et al., 2020)（图3）（Nature：Rob Knight团队发现血液和组织微生物组可诊断癌症）。研究人员重新分析了33种癌症的全基因组和全转录组数据（18,116个肿瘤样本），包括来自于患者的肿瘤组织、癌旁组织和血液。通过人工智能（AI）机器学习等多种方法对数据进行归类分析，鉴定出与肿瘤类型相关的微生物DNA和RNA的特征，能够仅使用患者血浆中的微生物DNA来区分不同的癌症类型。识别肺癌患者的灵敏度达86%，识别无肺部疾病者没有出现假阳性报告，在区分前列腺癌和肺癌方面的灵敏度达81%。
图3 血液微生物AI预测癌症，来源：Nature
Castillo, D. J., Rifkin, R. F., Cowan, D. A., & Potgieter, M. (2019). The Healthy Human Blood Microbiome: Fact or Fiction?. Frontiers in cellular and infection microbiology, 9, 148.
Domingue, G., and Schlegel, J. (1977). Novel bacterial structures in human blood: cultural isolation. Infect. Immun. 15, 621-627.
Nikkari, S., McLaughlin, I. J., Bi, W., Dodge, D. E., and Relman, D. A. (2001). Does blood of healthy subjects contain bacterial ribosomal DNA? J. Clin. Microbiol. 39, 1956-1959.
McLaughlin, R. W., Vali, H., Lau, P. C., Palfree, R. G., De Ciccio, A., Sirois, M., et al. (2002). Are there naturally occurring pleomorphic bacteria in the blood of healthy humans? J. Clin. Microbiol. 40, 4771–4775.
Panaiotov, S. et al. (2018) Cultural isolation and characteristics of the blood microbiome of healthy individuals. Adv. Microbiol. 8, 406.
Païssé, S., Valle, C., Servant, F., Courtney, M., Burcelin, R., Amar, J., et al. (2016). Comprehensive description of blood microbiome from healthy donors assessed by 16S targeted metagenomic sequencing. Transfusion 56, 1138–1147.
Poore, G. D., Kopylova, E., Zhu, Q., et al. (2020). Microbiome analyses of blood and tissues suggest cancer diagnostic approach. Nature, 579(7800), 567–574.
Tedeschi, G., Amici, D., and Paparelli, M. (1969). Incorporation of nucleosides and amino-acids in human erythrocyte suspensions: possible relation with a diffuse infection of mycoplasms or bacteria in the L form. Nature 222, 1285–1286.
Velmurugan, G., Dinakaran, V., Rajendhran, J., & Swaminathan, K. (2020). Blood Microbiota and Circulating Microbial Metabolites in Diabetes and Cardiovascular Disease. Trends in endocrinology and metabolism: TEM, 31(11), 835–847.相关阅读
NC：菌群标志物鉴定×因果关系验证 | 微生物专题肿瘤微生物＋多组学轻松登上33分的JAMA Oncology
最近发Cell的肿瘤微生物组，你都了解吗？| 微生物专题
菌群功能因果性验证怎么做？高高手给你支招！
发Microbiome有方法吗？| 微生物专题
所见即所得，绘图高规格联川云平台，让科研更自由