Rob Knight再发NBT：数据降维新方法助力肠道菌群研究 | 热心肠日报

今天是第1571期日报。

Nature子刊：Rob Knight团队发表微生物组数据降维新方法

Nature Biotechnology[IF:36.558]

① 探索菌群数据的常用降维方法，如主坐标分析，但不能实现基于菌群动态对表型进行聚类；② 成分张量因子分解（CTF）新方法可以对重复测量的数据进行无监督的降维，从而生成传统的β多样性分析以及差异特征丰度评估；③ CTF假设数据具有潜在的低等级结构，其中只有少数表型因素解释了大部分方差；④ 它充分利用重复的测量，同时考虑到微生物组测序数据集的高维，稀疏性和组成性；⑤ 可用于现有数据集的重新分析以及未来微生物群落的研究。

Context-aware dimensionality reduction deconvolutes gut microbial community dynamics
08-31, doi: 10.1038/s41587-020-0660-7

【主编评语】人类微生物组研究的解读能力受到个体间差异很大的限制。现有的降维方法没有考虑微生物组数据高维，稀疏性、组成性、变异大等特点。加州大学圣地亚哥分校Rob Knight团队描述了一种降维方法，成分张量因子分解（compositional tensor factorization，CTF）。该方法将来自多个样本中同一宿主的信息合并在一起，以揭示驱动表型微生物组成差异的模式。CTF可以识别稀疏成分数据集中的稳健模式，从而可以检测可在数据集之间重现的特定表型相关的微生物变化。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

菌群药物RBX2660可帮助rCDI患者的肠道菌群恢复

Microbiome[IF:11.607]

① 66名接受抗生素治疗后的rCDI患者分别接受2个剂量RBX2660、1个剂量RBX2660+1个剂量安慰剂、2个剂量安慰剂治疗；② 所有患者治疗后7天之内，肠道菌群多样性显著恢复，抗生素耐药基因相对丰度显著降低；③ 相比于安慰剂组，接受RBX2660治疗的患者的复发减少，肠道菌群组成及耐药组的恢复更为显著且持久；④ 耐药组向供体的趋近变化与RBX2660的定殖显著相关；⑤ 相比于安慰剂，RBX2660可有效清除抗生素耐药细菌（ARO），但也可引入少量新ARO。

Impact of investigational microbiota therapeutic RBX2660 on the gut microbiome and resistome revealed by a placebo-controlled clinical trial
08-31, doi: 10.1186/s40168-020-00907-9

【主编评语】RBX2660是Rebiotix公司开发的一款菌群药物（来自健康供体的菌群悬液），正在进行治疗复发性艰难梭菌感染（rCDI）的3期临床试验。来自Microbiome上发表的一项最新研究，分析了RBX2660对rCDI患者的肠道菌群组成及耐药组的影响，发现在停用抗生素治疗后，所有患者的肠道菌群组成显著恢复，且抗生素耐药基因的相对丰度显著降低，而相比于安慰剂组，接受RBX2660治疗的患者的肠道菌群及耐药组可更快、更显著且更持久地恢复（趋近于健康供体）。（@szx）

阿糖基木聚糖调控超重/肥胖者的肠道菌群组成及代谢

Microbiome[IF:11.607]

① 31名超重/肥胖成年人随机分为2组，15名每日补充高剂量的提取自玉米糠中的长链阿糖基木聚糖，16名每日补充微晶纤维素，持续干预6周；② 阿糖基木聚糖显著改变粪便细菌群落组成，增加长双歧杆菌等特定分类群，降低菌群的α-多样性；③ 阿糖基木聚糖显著增加粪便丙酸盐浓度，根据补充阿糖基木聚糖后的粪便丙酸盐浓度升高/降低，将受试者分为2组；④ 基于干预前的菌群组成及干预后的菌群组成变化，可预测受试者补充阿糖基木聚糖后的丙酸盐应答。

Gut microbiota modulation with long-chain corn bran arabinoxylan in adults with overweight and obesity is linked to an individualized temporal increase in fecal propionate
08-19, doi: 10.1186/s40168-020-00887-w

【主编评语】膳食纤维在不同个体中发挥的不同健康效应，可能是由肠道菌群将其代谢为有益代谢产物的能力差异而造成的。来自Microbiome上发表的一项RCT研究，在31名超重/肥胖受试者中，分析了玉米糠中的长链阿糖基木聚糖对肠道菌群多样性、组成及代谢的影响，发现阿糖基木聚糖可显著增加部分受试者的粪便丙酸盐水平，而阿糖基木聚糖对丙酸盐的影响与其诱导的菌群组成变化及基线菌群组成相关。该研究提示，可基于肠道菌群的群落特征预测膳食纤维对个体健康的影响。（@szx）

膳食纤维赋能益生元/益生菌产品（综述）

Trends in Food Science and Technology[IF:11.077]

① 膳食纤维（DFs）可调节肠道菌群组成和代谢，进而在维持肠道健康、控制慢性疾病和病毒感染中发挥重要作用；② DFs作为益生元不仅对肠道环境有保护作用，还可进行免疫调节，并控制体重；③ 上述活性可能与肠道菌群发酵DFs产生的短链脂肪酸（SCFAs) 有关，比如丁酸和丙酸；④ DFs赋能的益生菌或益生元制剂等产品逐渐出现，其特定特点、体内释放与剂量以及临床表现是未来关注重点。

Effects of prebiotic dietary fibers and probiotics on human health: With special focus on recent advancement in their encapsulated formulations
06-23, doi: 10.1016/j.tifs.2020.06.010

【主编评语】近年来，随着肠道菌群研究的逐渐开展和深入，膳食纤维作为菌群的“食物”受到极大关注。很多研究也表明，膳食纤维的摄入有利于机体健康，膳食纤维相关的益生菌和益生元产品也逐渐在市场上出现。本文结合现有研究，重点关注了膳食纤维赋能的益生元/益生菌的制剂配方，为新型功能食品的开发提供依据。（@兵兵）

乳制品对肠道菌群的影响（综述）

Gut Microbes[IF:7.74]

① 纳入8项随机对照试验，涉及468名参与者，研究乳制品对肠道菌群的影响；② 共3项研究表明食用的乳制品类型（牛奶、酸奶和开菲尔）增加了有益的乳酸杆菌和双歧杆菌的丰度，1项研究表明酸奶降低了致病菌株脆弱拟杆菌的丰度；③ 乳清和酪蛋白分离以及乳制品消耗量不会促使肠道菌群发生变化；④ 除1项研究报告了摄入牛奶后细菌多样性降低外，其他研究均未发现乳制品影响细菌多样性；⑤ 牛奶、酸奶等乳制品可能会调节肠道菌群的组成。

The effects of dairy and dairy derivatives on the gut microbiota: a systematic literature review
08-23, doi: 10.1080/19490976.2020.1799533

【主编评语】目前，关于膳食对菌群的影响研究如火如荼，但是乳制品对肠道菌群的影响似乎还并不明确。本文结合现有的文献分析发现，一些乳制品可能可以增加有益菌（乳酸杆菌和双歧杆菌）的丰度，抑制有害菌的增殖，或者改善肠道环境，从而影响肠道菌群，进而影响人体健康。但是，一些乳制品衍生物，比如乳清和酪蛋白等对肠道菌群的影响甚微。文章认为，现有的研究有限，乳制品及其衍生品对肠道菌群的影响需要进一步研究明确。（@兵兵）

甜味剂和高脂膳食或可导致代谢内毒症

Gut Microbes[IF:7.74]

① 三氯蔗糖（SU）和甜菊糖甙（SG）导致大鼠肠道菌群的α-多样性水平最低；② SU尤其增加了脆弱芽孢杆菌的丰度，导致闭合蛋白的丰度降低，促炎细胞因子、葡萄糖耐受不良、脂肪酸氧化和酮体增加；③ 蔗糖（S）+HFD导致代谢内毒素血症、体重增加、体脂、总SCFA、血清TNFα水平和葡萄糖耐受不良等增加；④ 食用SU或S会导致参与LPS和SCFA合成的细菌基因富集；⑤ 红糖和蜂蜜与代谢内毒素血症的缺席，细菌基因多样性和抗炎标志物增加、血糖稳态等有关。

The development of metabolic endotoxemia is dependent on the type of sweetener and the presence of saturated fat in the diet
08-17, doi: 10.1080/19490976.2020.1801301

【主编评语】研究用不同的甜味剂干预大鼠饮水4个月。结果发现，不同的甜味剂对大鼠的影响不同。但总体看来，甜味剂与高脂膳食共同作用，可以特定性的影响大鼠肠道菌群，通过LPS和SCFA相关代谢途径影响代谢内毒症的发生。（@兵兵）

人远端回肠菌群与结肠菌群显著不同

Clinical Microbiology and Infection[IF:7.117]

① 收集150名膀胱癌患者距离回盲瓣25cm处的回肠粘膜进行体外培养，对其中的微生物种类进行鉴定；② 所有样品的菌落形成单位（CFU）均较少，其中丰度较高的有草绿色链球菌、念珠菌、放线菌、罗氏菌和乳酸菌等；③ 分离的结肠相关的严格厌氧菌数量极少；④ 术前是否服用抗生素不影响体外培养的细菌和真菌生长；⑤ 高龄与真菌生长正相关，而质子泵抑制剂处理促进细菌和真菌生长；⑥ 便秘与结肠相关细菌的生长增加有关。

The cultivable microbiota of the human distal ileum
08-21, doi: 10.1016/j.cmi.2020.08.021

【主编评语】一直以来，人们对于健康人回肠远端部分的菌群组成的研究得出不同的结论。早期的研究认为，这里的菌群是稀少的，且近似于口腔菌群，而近期的研究则认为这里的菌群数量大，且更接近于结肠菌群。这可能是由于收集和检测方法不同导致的。早期的研究采用的是在手术过程中获取回肠组织进行菌落培养的技术，而近期的研究则多是穿刺取样，后者不可避免地会接触到其他组织。发表在Clinical Microbiology and Infection上的一项研究，通过手术取样获得150份回肠粘膜样品并通过Maldi-TOF MS检测了微生物种类，发现其微生物种类少、丰度低，与结肠微生物群显著不同。并通过检测它们的生长评估了它们与年龄、抗生素使用、便秘、质子泵抑制剂治疗之间的相关性。该研究强调了取样方法的重要性。（@EADGBE）

真杆菌属细菌与人类健康（综述）

Gut Microbes[IF:7.74]

① 真杆菌属细菌是属于厚壁菌门、梭菌目、真杆菌科的一类革兰氏阳性细菌，是人肠道微生物的重要组成部分，具有较高的系统发育多样性；② 它们在肠道内的丰度与饮食和年龄有关；③ 某些真杆菌通过产生短链脂肪酸缓解宿主肠道炎症、2型糖尿病和肥胖症状；④ 真杆菌产生的丁酸可抑制结直肠癌和动脉硬化；⑤ 真杆菌通过转化胆固醇预防心血管疾病；⑥ 真杆菌通过调节胆汁酸代谢促进肠道和肝脏健康；⑦ 它们还参与体内某些关键代谢发挥有益作用。

Gut microbes from the phylogenetically diverse genus Eubacterium and their various contributions to gut health
08-23, doi: 10.1080/19490976.2020.1802866

【主编评语】在过去的二十年里，我们对肠道菌群及其对健康和疾病的贡献的理解已经发生了转变。在已经被认可的潜在有益微生物的新成员中，有真杆菌属（Eubacterium）的成员，它们构成了人类肠道核心菌群的一部分。发表在Gut Microbes上的一篇综述文章对真杆菌属，从系统发育的角度概述了真杆菌属细菌的种类，描述了它们如何随着饮食和年龄而改变，并总结了它们与人类肠道和各种健康状况的关系。（@EADGBE）

Akk菌可利用母乳寡糖

Scientific Reports[IF:3.998]

① 在含有母乳的体外培养条件下，Akk菌可降解母乳寡糖（HMO），以产生乙酸盐、丙酸盐及琥珀酸盐；② 对在母乳中生长的Akk菌进行蛋白组分析，鉴定出Akk菌可表达多种多糖降解酶——包括β-半乳糖苷酶、α-岩藻糖苷酶、α-唾液酸酶、β-氨基己糖苷酶等，以降解不同的HMO结构；③ 对比在母乳中生长或在黏蛋白中生长的Akk菌的蛋白表达，鉴定出46个蛋白在母乳中生长的Akk菌中高表达，而219个蛋白在黏蛋白中生长的Akk菌中高表达。

Akkermansia muciniphila uses human milk oligosaccharides to thrive in the early life conditions in vitro
08-31, doi: 10.1038/s41598-020-71113-8

【主编评语】Akkermansia muciniphila（Akk菌）是一种可降解粘液的厌氧菌，与人体健康相关。Scientific Reports上发表的一项最新研究，在体外培养条件下，发现Akk菌可表达多种多糖降解酶，以降解母乳寡糖。该研究结果提示，在生命早期，Akk菌可利用婴儿肠道中的母乳寡糖以促进其存活，并可利用黏蛋白以促进其在粘液层的定殖。（@szx）

感谢本期日报的创作者：刘永鑫-中科院-宏基因组，szx，段海蓉，orchid，陈彬林-广西妇幼保健院-营养科，EADGBE

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