Nature Outlook专题：肠道菌群研究的现在和未来 | 热心肠日报

今天是第1357期日报。

Nature最新上线了聚焦肠道菌群的Outlook专题，从基础研究和转化应用等多个角度，介绍并展望了肠道菌群研究的重要热点领域。本期《热心肠日报》对该专题的11篇文章进行了内容介绍，希望能助你涨知识。

Nature Outlook：人肠道微生物组研究

Nature[IF:43.07]

① 人体存在无数细菌、病毒、真菌等，其中肠道微生物最受研究关注；② 肠道菌包含有益菌、有害菌，通过研究良好的肠道微生物组组成，可了解肠道菌群在健康和疾病中的作用；③ 收集微生物组数据将利于深度表型分析，促进药物发现，益生菌研究可为药物研发提供思路；④ 癌症、自身免疫性疾病、自闭症等疾病受肠道微生物组变化的影响，肠道微生物组也与某些药物互作，影响药效；⑤ 合成生物学家正在设计微生物组以预防疾病；⑥ 饮食可影响肠道菌群结构。

The gut microbiome
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00194-2

【主编评语】Nature最近发表了关于肠道菌群的Outlook专题，这是其中的第一篇，对人体肠道微生物组研究做了简要概括。可速览获取专题主要信息。（@nana）

Nature Outlook：寻找健康的肠道菌群

Nature[IF:43.07]

① 人体生命早期肠道菌群来自于母乳、皮肤接触，更大一部分是通过母亲产道时获得的；② 生命早期的环境暴露以及后期的饮食也是影响肠道菌群的外在因素；③ 从人类演化角度看，饮食与环境因素在塑造人类肠道菌群中均扮演了很重要的角色；④ 与基因组数据相比，肠道菌群数据依旧不够多，且主要来自于欧洲、美国和中国；⑤ 标准的肠道菌群分析主要集中于细菌的鉴别，尚未能很好的鉴别其他常见微生物如真菌。

The hunt for a healthy microbiome
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00193-3

【主编评语】该篇Nature Outlook专题文章从生命进程及人类演化角度介绍了影响人体肠道菌群的因素。同时作者指出，尽管我们现在对人类肠道菌群是什么样有了大致了解，但哪些组成对我们健康至关重要尚未厘清。这一方面是由于现在的肠道菌群数据不够多（与基因组数据相比），以致我们不能得出统计学上可靠的结论；另一方面肠道菌群数据主要来源于欧洲、美国和中国，缺乏其他地方比如非洲、东南亚和南美洲的数据。现在标准的菌群检测方法也不能很好的鉴别除了细菌以外的微生物。（@flying dutchman）

Nature Outlook：聚焦微生物分子

Nature[IF:43.07]

① 构建了一套梭状芽胞杆菌遗传系统，可控制特定分子的产生；② 试图找出支链短链脂肪酸发挥作用的组织、受体及对宿主的生物学影响；③ 脂肪酸可调节免疫，如支链短链脂肪酸或可调节产免疫球蛋白A的细胞的活动，但仍需进一步研究；④ 通过识别微生物分子结合的受体，可设计与这些受体互作的药物，微生物本身也有望作为药物；⑤ 需构建一种动物模型：菌群组成已知且足够复杂，与天然肠道菌群类似，实验中可移除某种微生物或某微生物的一个基因。

Homing in on the molecules from microbes
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00195-1

【主编评语】Nature发表的关于肠道菌群研究的Outlook专题中，对斯坦福大学的生物工程师Michael Fischbach教授进行了采访，其内容涉及研究肠道菌产支链短链脂肪酸的方法，脂肪酸的作用及研究意义（如可通过识别微生物分子结合的受体，设计与这些受体互作的药物），并指出了未来研究的方向。（@nana）

Nature Outlook：药物-微生物组的双向互作

Nature[IF:43.07]

① 药物可改变肠道菌群平衡，大量非抗生素药物（包括抗精神病药物）也有抑菌作用；② 反过来，菌群可广泛影响药物代谢，从而影响药物疗效和副作用，例如粪肠球菌和迟缓埃格特菌可影响帕金森药物左旋多巴代谢；③ 菌群可通过肠脑轴影响心理健康，粪菌移植实践应关注供体的精神病学特征；④ 药物与微生物组间的复杂相互作用是个性化医学需要关注的焦点，例如细菌与药物的互作机制，以及菌群的地域差异对药物在不同人群中的疗效的潜在影响。

The complex relationship between drugs and the microbiome
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00196-0

【主编评语】药物与菌群的相互作用是菌群研究的一个新兴热点。近期的一些重量级研究表明，药物与肠道菌群的双向互作对菌群平衡和药物疗效都有不可忽视的作用，是个性化医学中不可或缺的部分。Nature Outlook最新上线的肠道菌群专题文章对此进行了报道，回顾了该领域中的重要发现，并对相关研究者进行了采访，值得关注。（@mildbreeze）

Nature Outlook：菌群干预可能治疗自身免疫疾病吗？

Nature[IF:43.07]

① 一些在自身免疫疾病患者与健康人中存在差异的特定细菌物种被发现可与免疫细胞互作而调节炎症反应；② “分子模拟”是肠道菌群影响自身免疫疾病的另一种可能机制，特定菌群蛋白可能与人体自身蛋白具有类似表位，引发免疫细胞对自身抗原的识别与攻击；③ 肠道菌群可通过代谢产物或者直接跨过肠道屏障以影响全身的免疫系统；④ 目前对肠道菌群调控、菌群-免疫互作机制的研究还不够深入，开展通过菌群干预以治疗自身免疫疾病的临床试验需谨慎。

Could a bacteria-stuffed pill cure autoimmune diseases?
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00197-z

【主编评语】近年来的研究发现肠道菌群与系统性红斑狼疮、1型糖尿病、类风湿关节炎、多发性硬化等自身免疫疾病密切相关。Nature Outlook肠道菌群专题中的这篇文章，对肠道菌群影响自身免疫疾病的可能机制的相关研究进行了简单总结，并探讨了靶向菌群以治疗自身免疫疾病的可能性及面临的挑战。（@szx）

Nature Outlook：肠道菌群与自闭症有关吗？

Nature[IF:43.07]

① 多种证据表明肠道菌群与自闭症谱系障碍（ASD）相关；② 饮食干预或摄入益生菌可改善ASD患儿的行为症状，ASD患儿的肠道菌群与健康儿童不同；③ 缺失特定细菌的动物表现出自闭症样症状，将ASD患者的菌群移植给无菌小鼠可引起行为变化；④ 动物模型中，肠道菌群可能通过短链脂肪酸、色氨酸、胆汁酸等代谢产物调节神经递质的产生以影响自闭症症状；⑤ 在一些临床试验中，菌群移植表现出改善ASD症状的潜能，但其有效性及安全性仍需进一步证实。

Could the gut microbiome be linked to autism?
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00198-y

【主编评语】肠道菌群可能在自闭症谱系障碍中扮演了重要角色，但两者之间的关联机制尚未明确。Nature Outlook肠道菌群专题的这篇文章，简单总结了近年来在人体及动物模型中，对肠道菌群如何影响自闭症发生发展进行的相关研究，并讨论了通过菌群干预治疗自闭症的可能性、现状及未来挑战。（@szx）

Nature Outlook：与致癌菌斗争到底

Nature[IF:43.07]

① 肠道微生物可产生破坏DNA的毒素以及致癌物质，引起促癌炎症反应，使肿瘤对化疗药物产生抗性，并抑制人体的抗癌免疫反应；② 常见的致癌菌有：引起胃癌的幽门螺旋杆菌，引起肠癌的特定脆弱拟杆菌和大肠杆菌菌株以及具核梭杆菌；③ 可发展针对特定致癌菌的药物、疫苗或噬菌体，在杀灭致癌菌的同时不影响有益菌；④ 粪菌移植安全性尚存疑，与直接采用捐赠者粪菌相比，移植经过设计的菌群更安全；⑤ 微生物疗法也需针对特定肿瘤类型进行定制。

Fighting cancer with microbes
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00199-x

【主编评语】该篇Nature Outlook专题文章介绍了几种与癌症（主要是胃癌和肠癌）密切相关的细菌。作者指出，应开发出一些靶向的药物、疫苗或噬菌体来定向消灭这些致癌菌。同时作者也提到了比较火的粪菌移植疗法。去年，接受粪菌移植的病人出现了不良事件，使大家对粪菌移植疗法的安全性产生了疑问。与直接移植捐赠者粪菌相比，移植经过精心设计的菌群或许安全性更高。微生物疗法也应针对特定肿瘤进行定制。（@flying dutchman）

Nature Outlook：多组学大数据，帮助降低药物研发成本

Nature[IF:43.07]

① 昂贵的药物价格与高昂的研发成本有关；② 从分子层面深入挖掘微生物组、基因组、代谢组和蛋白质组数据，结合生理学指标检测，可帮助优化药物研发，甚至可能跳过动物实验直接进行人体试验；③ 肠道微生物组与多种疾病存在因果关系，也会影响药物疗效，这为靶向菌群的饮食/营养等干预方法提供了基础；④ 新药研发需要更深入的分析人体的分子和生理数据，队列研究和同一个体的纵向测量，对于疾病建模、药物靶标鉴定等都有重要意义。

Rich data sets could end costly drug discovery
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00200-7

【主编评语】药物研发通常成本高昂，Nature Outlook肠道菌群专题中，以色列魏茨曼科学研究学院的Eran Segal教授撰写的观点文章提出，整合包括微生物组、基因组、代谢组和蛋白质组等多组学的队列大数据研究，从分子层面对人体表型进行深入解析，将有助于优化药物和干预手段的研发，降低研发成本。（@mildbreeze）

Nature Outlook：工程菌有望成为新的活体疗法

Nature[IF:43.07]

① 利用合成生物学，单菌的定制改造已经初步实现，现在研究者希望实现工程菌多功能化，尤其是其检测性及对内环境的监测性；② 由工程菌和天然菌组成的关键菌群群落的定制和移植，是一种可以实现的、更好的方式，其困难在于菌落间的相互作用及其功能实现；③ 基于群体感应原理，工程菌的应用需要结合合成生物学与合成生态学观点；④ 鉴于肠道菌群的复杂性和宿主特异性，且“健康”菌群的定义尚不明确，工程菌的研究面临着极大挑战与机遇。

Therapeutic microbes to tackle disease
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00201-6

【主编评语】粪菌移植的有效性成功激发了菌群疗法的发展。研究者希望能对菌/群落进行定向改造。合成生物学家们已经初步实现单菌的定制，希望进一步将单菌多功能化，以实现对内环境的监测；同时，工程菌的开发和在医学上的使用均要基于生态学观点。纵然工程菌的研发仍处于初级阶段，但是一些科技，比如计算机，为工程菌研究提供了可能。（@兵兵）

Nature Outlook：靶向菌群的饮食干预，没那么简单

Nature[IF:43.07]

① 不同菌群群落对健康的影响尚不确定：以短链脂肪酸（SCFA）为例，虽然膳食介导菌群增加SCFA产生，但是其与菌群及宿主的复杂相互作用并不清楚；② 菌群或代谢物除了受食物中宏量营养素影响外，还受其他成分、加工方式等影响，且其对健康的影响程度未知；③ 目前，有两种方式可以利用菌群数据：生物标志物的发现和靶向菌群的筛选，但是其应用也要结合其他方面的研究数据；④ 鉴于特定膳食难以长期依附，以菌群为靶点的药物应是未来研究方向。

Diet should be a tool for researchers, not a treatment
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00202-5

【主编评语】很多研究结果表明，膳食可以显著改变肠道菌群，也有研究利用膳食诱导特定菌群治愈某些疾病。因此，膳食可以通过介导菌群变化影响身体健康。但是，加州大学的Peter J. Turnbaugh在本文中指出，膳食介导的菌群及代谢物变化，以及其与宿主的相互作用机制并不清楚，尚不能将膳食看做一种疾病治疗手段。作者指出，菌群数据的使用可以参照传统药物的发现过程：生物标志物的发现和靶向菌群筛选。其认为，膳食可以作为一种研究手段，用于发现疾病相关菌群、基因或者酶；而疾病治疗手段应该是传统的小分子药物、生物制品或细胞导向疗法。（@兵兵）

Nature Outlook：肠道微生物组研究重点

Nature[IF:43.07]

① 肠道微生物可经多种途径产生神经活性代谢物，未来将研究微生物群是否影响精神健康；② 粪菌移植治疗溃疡性结肠炎疗效与患/供者粪便中特定菌种丰度相关，可据此筛选患/供者；③ 小规模试验表明活菌或巴氏灭活的Akk菌可治疗代谢综合征；④ 与微生物组结构和机体代谢相关的基因可影响肠道微生物群落，进而影响机体代谢；⑤ 剖宫产和自然分娩儿童的肠道菌群结构差异显著，尚无证据表明其与疾病相关；⑥ 严重肥胖者菌群丰度及多样性低于健康人群。

Highlights from studies on the gut microbiome
01-29, doi: 10.1038/d41586-020-00203-4

【主编评语】Nature Outlook专题的这篇文章，从六个方面回顾了肠道微生物组与健康相关的研究成果，并据此对未来的研究方向进行规划与展望。第一，特定菌种丰度与自我评价的高生活质量正相关，未来将研究微生物群是否影响精神健康；第二，粪菌移植治疗溃疡性结肠炎疗效与患/供者粪便中特定菌种丰度相关，未来可据此筛选患/供者，并使用特定菌种提高疗效；第三，小规模试验表明活菌或巴氏灭活的Akk菌可治疗代谢综合征，未来将扩大试验规模，研究单个分子对动物代谢的影响，以及巴氏灭活菌对人体代谢的影响；第四，研究表明与微生物组结构和机体代谢相关基因可影响肠道微生物群落，进而影响机体代谢，未来将据此进行代谢疾病的个性化治疗研究；第五，剖宫产和自然分娩儿童肠道菌群结构差异显著，但尚无证据表明其与疾病相关，未来将研究因分娩方式不同造成的不同初始肠道菌群是否对人群具有长期影响；第六，严重肥胖者菌群丰度及多样性低于健康人群，减肥手术可增加患者25-40%菌群多样性，但仍低于健康人群，未来将肠道微生物紊乱、严重肥胖和减肥手术结合在一起，或可提高肥胖患者代谢功能。（@Lexi）

感谢本期日报的创作者：nana，flying dutchman，mildbreeze，szx，兵兵，Lexi

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