年度综述聚焦：医疗充满副作用，改善菌群来规避？| 热心肠日报

今天是第1619期日报。

微生物组不良事件的挑战与机遇（综述）

Annual Review of Pharmacology and Toxicology[IF:11.25]

① 微生物组不良事件（MAE）充满挑战与机遇：医学干预会改变微生物组，而其治疗效果又受到微生物组的影响；② 通过粪菌移植、服用益生菌或益生元、使用工程化细菌等方法改变肠道菌群或有助于预防和治疗MAE；③ 微生物生态关系的复杂性以及难以推断的因果关系成为研究的阻碍；④ 统计建模、多组学技术和适当的动物模型的选择是医学干预和微生物组之间的因果关系研究和预防MAE的有效方法；⑤ 对于不同个体的MAE，需要一种个性化的诊断和缓解方法。

Engineering the Microbiome to Prevent Adverse Events: Challenges and Opportunities
10-13, doi: 10.1146/annurev-pharmtox-031620-031509

【主编评语】在过去的微生物组研究中，人们了解到共生微生物群与药物、辐射和外科手术等医疗干预措施之间的许多不良相互作用。如果我们能改变我们的微生物群来预防这些事件呢？发表在Annual Review of Pharmacology and Toxicology的一篇综述文章，讨论了减轻微生物组不良事件（Microbiome adverse event，MAE）的潜在途径，包括微生物组基因工程等新兴领域的应用。了解和预防微生物组不良事件充满了挑战，这需要数据驱动的方法，包括因果推理、多组分技术分析以及针对不同人群的个性化手段等。（@EADGBE）

肠道细菌可能引起帕金森药物副作用

BMC Biology[IF:6.765]

① 肠道中的生孢梭菌可通过其脱氨基途径，将帕金森药物左旋多巴代谢为3-(3,4-二羟苯基)丙酸（DHPPA），EDU38870是起始该途径的关键氨基转移酶；② 在小鼠肠道体外模型中，DHPPA能抑制回肠的肌肉收缩、减少肠道运动；③ 使用左旋多巴的帕金森病患者粪便中，存在菌群代谢产生的DHPPA，且DHPPA可被迟缓埃格特菌进一步转化为3-(3-羟苯基)丙酸；④ 肠道菌群代谢未吸收的残余药物可能引起药物副作用。

Gut bacterial deamination of residual levodopa medication for Parkinson’s disease
10-20, doi: 10.1186/s12915-020-00876-3

【主编评语】肠道菌群与药物之间存在不可忽视的相互作用。BMC Biology发表的一项最新研究发现，特定的肠道细菌能通过脱氨基作用，将帕金森病药物——左旋多巴转化为抑制肠道蠕动的代谢产物，提示肠道细菌可能促进药物副作用。（@mildbreeze）

国内团队：分析影响人类微生物组的宿主遗传和免疫因子的新数据库

Nucleic Acids Research[IF:11.501]

① 建立“塑造人类微生物群的宿主遗传（HGF）和免疫因素（HIF）（GIMICA）”的数据库，研究HGF和HIF对于微生物群的影响；② 基于定殖在人体9个部位的4257个微生物，收集调节370个微生物表达的2851个HGF（1368个单核苷酸多态性、186个拷贝数变异和1297个非编码核糖核酸）和调节455种微生物丰度的549种HIF（126种淋巴细胞和吞噬细胞、387种免疫蛋白和36种免疫途径）；③ GIMICA不仅可以考虑不同类型的宿主因素，而且可以研究宿主和环境因素。

GIMICA: host genetic and immune factors shaping human microbiota
10-12, doi: 10.1093/nar/gkaa851

【主编评语】除了对微生物群落组成具有巨大影响的环境因素外，包括两种主要类型（宿主遗传因子（HGF）和宿主免疫因子（HIF））的宿主因素最近在其在塑造人类微生物群中的作用上引起了广泛关注。但是，没有数据库可提供两种类型的综合因素。在此，来自浙江大学、重庆大学和重庆医科大学的团队，建立了一个名为“塑造人类微生物群的宿主遗传和免疫因素（GIMICA）”的数据库。GIMICA不仅可以考虑不同类型的宿主因素，而且还可以考虑宿主与环境因素，无需登录即可免费访问：https://idrblab.org/gimica/。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

衰老小鼠的菌群可诱导肥胖

Genome Medicine[IF:10.675]

① 收集成年小鼠（100-300日龄）及衰老小鼠（550-750日龄）的粪便与血液样本进行对比分析；② 衰老小鼠与成年小鼠的粪便菌群有显著差异，衰老小鼠的厚壁菌门/拟杆菌门比值更高，萨特氏菌属等5个菌属的相对丰度升高；③ 衰老小鼠的体重及脂肪量更高，而瘦体重更低，且血液中的胰岛素及瘦素水平更高；④ 将衰老小鼠的粪菌移植给成年小鼠，后者表现出肥胖相关表型：脂肪量及胰岛素水平更高，摄入的食物更多，且有着更高的呼吸商。

The aging mouse microbiome has obesogenic characteristics
10-12, doi: 10.1186/s13073-020-00784-9

【主编评语】Genome Medicine上发表的一项最新研究，对比鉴定了衰老小鼠与成年小鼠的粪便菌群及血液代谢指标差异，将衰老小鼠的粪菌移植给成年小鼠，可诱导后者表现出肥胖相关表型，包括更高的脂肪量、胰岛素水平、呼吸熵及食物摄入，提示衰老小鼠的肠道菌群具有致肥胖性特征。（@szx）

南京中医药大学：异槲皮苷抑制肠道菌群产生尿毒症毒素

Gut Microbes[IF:7.74]

① 天然产物异槲皮苷（ISO）是一种小分子黄酮类化合物，可在不直接抑制肠道菌群生长及吲哚合成酶TnaA的表达的同时，干扰肠道菌群介导的吲哚产生；② 机制上，ISO通过调节肠道细菌的电子传递链，抑制H质子势的建立，从而抑制色氨酸传输，以减少吲哚的生物合成；③ 在慢性肾病小鼠模型中，ISO可抑制吲哚和硫酸吲哚酚的产生；④ 黄酮苷的去糖基化活性对其抑制吲哚产生的作用十分关键。

Targeting the gut microbial metabolic pathway with small molecules decreases uremic toxin production
10-04, doi: 10.1080/19490976.2020.1823800

【主编评语】硫酸吲哚酚是一种典型的尿毒症毒素，在慢性肾病患者体内累积，且无法通过血液透析除去。南京中医药大学的郭建明团队与段金廒团队在Gut Microbes上发表的一项最新研究，鉴定出一种黄酮类天然产物——异槲皮苷，可通过调控电子传递链，抑制肠道菌群合成吲哚，从而抑制硫酸吲哚酚在小鼠体内的生成。该研究结果提示，靶向肠道菌群的尿毒症毒素代谢途径是抑制慢性肾病进展的潜在策略。（@szx）

酗酒者的精神和行为问题与肠道和菌群紊乱有关

Cell Reports[IF:8.109]

① 队列研究表明酒精依赖（AD）患者的肠漏和肠道菌群失调与社交能力低下有关；② 给抗生素和聚乙二醇处理后的小鼠移植AD患者的粪菌，可复制其社交能力及抑郁样行为上的改变，使髓鞘形成、神经传递受损，并诱导炎症；③ 移植AD患者粪菌可抑制小鼠的脂肪分解，并促进特定细菌属产生乙醇，从而抑制肝脏生酮作用，减少血液中β-羟基丁酸的合成和释放；④ 在戒断AD患者中，菌群产生的乙醇的增加及低血浆BHB水平与社交障碍、抑郁及髓鞘形成降低相关。

Gut Microbiota-Induced Changes in β-Hydroxybutyrate Metabolism Are Linked to Altered Sociability and Depression in Alcohol Use Disorder
10-13, doi: 10.1016/j.celrep.2020.108238

【主编评语】Cell Reports上发表的一项最新研究，发现酒精依赖患者的社交障碍与其肠道屏障功能损伤及肠道菌群失调相关，而小鼠的粪菌移植实验证实，肠道菌群的紊乱介导了酒精依赖患者的抑郁及社交行为变化。进一步研究发现，患者肠道菌群产生的乙醇增加，抑制了肝脏生酮作用，导致β-羟基丁酸合成及释放的减少。同时，血液β-羟基丁酸水平的降低与AD患者的髓鞘形成受损、社交障碍及抑郁相关。（@szx）

肠道细菌如何利用β-葡聚糖

Gut Microbes[IF:7.74]

① 单形拟杆菌JCM 13288T可在海带多糖等多种β-葡聚糖中生长，对其进行基因组测序，鉴定出2个β-葡聚糖的多糖利用位点；② 表达出4种糖苷水解酶，3种（BuGH16、BuGH30、BuGH158）内切酶及1种（BuGH3）外切酶；③ BuGH3、BuGH15、BuGH158可切割内部及外部的线性β-1-3连接，BuGH30可切割内部的β-1-6连接；④ BuGH30消化后的终产物为龙胆二糖，BuGH158则产生聚合度为2-7的可溶性凝胶多糖，这些产物可被无法在海带多糖中生长的肠道细菌所利用。

Linear and branched β-Glucans degrading enzymes from versatile Bacteroides uniformis JCM 13288T and their roles in cooperation with gut bacteria
10-10, doi: 10.1080/19490976.2020.1826761

【主编评语】β-葡聚糖是一种常见于燕麦、大麦、藻类及蘑菇中的营养物质，肠道菌群如何消化β-葡聚糖尚未完全明确。Gut Microbes上发表的一项最新研究，通过对可利用多种β-葡聚糖的单形拟杆菌JCM 13288T进行基因组测序，鉴定出4种可切割β-葡聚糖不同位点的糖苷水解酶，而这些糖苷水解酶消化β-葡聚糖的多糖产物可被其它无法在β-葡聚糖中生长肠道细菌所利用。（@szx）

肠道芯片：研究进展和发展前景（综述）

Biomaterials[IF:10.317]

① 肠道芯片微流控系统是研究肠道的体外模型，通常包含两个通道（代表肠腔和血管）以及传感器、电极等元件，使用聚二甲硅氧烷材料，并整合多种细胞和液体流动等机械刺激；② 肠道芯片可研究肠道生理/病理、吸收/屏障功能、药物/化合物的效力/毒性和个性化医疗等，并衍生出了研究宿主-菌群互作的微生物组芯片，以及肠道免疫互作芯片和肠肝芯片等模型系统；③ 肠道芯片在整合原代生理性相关细胞、构建体内样组织结构等方面仍有挑战。

Gut-on-a-chip: Current progress and future opportunities
06-14, doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.120196

【主编评语】Biomaterials发表的这篇综述文章，详细阐述了肠道芯片模型的基础知识和主要应用领域，介绍了基于肠道芯片的系统在研究宿主-菌群互作、肠道-免疫互作以及多器官互作等方面的进展，并探讨了肠道芯片所面临的挑战，推荐专业人士参考。（@mildbreeze）

南京农业大学：共生细菌Wolbachia与稻飞虱的互利共生机制

ISME Journal[IF:9.18]

① 与非感染稻飞虱相比，感染共生细菌沃尔巴克氏菌（Wolbachia）的褐飞虱（N.lugens）和灰飞虱（L.striatellus）具有较高生育能力；② 两种Wolbachia（感染N.lugens的wLug和感染L.striatellus的wStriCN）基因组均含有完整的生物素和核黄素合成途径，且这两种物质在感染稻飞虱体内含量较高；③ 额外添加生物素和核黄素可增强稻飞虱的生育能力；④ Wolbachia的生物素合成通路可能从另一种Cardinium细菌水平转移而来。

Wolbachia supplement biotin and riboflavin to enhance reproduction in planthoppers
2019-11-25, doi: 10.1038/s41396-019-0559-9

【主编评语】微生物广泛存在于地球的各种生态环境中，包括昆虫体内。经长期共进化，许多微生物与昆虫逐渐形成密切的共生关系，并丧失在体外生存的能力。但目前对于这种共生关系形成的分子机制知之甚少。稻飞虱是水稻上的重要害虫，以刺吸水稻等植物的汁液为生。植物汁液中富含糖分，但缺少氨基酸、维生素等营养物质。除了直接刺吸危害水稻以外，它们还能传播病毒病害，严重影响水稻产量。传统的化学防治不仅造成了稻飞虱的抗药性问题，也引起了环境污染、农药残留等问题。因此，寻找更为有效且环境友好的治理稻飞虱问题的方法就显得尤为重要。发表在The ISME Journal上的研究发现，共生细菌沃尔巴克氏菌（Wolbachia）能够通过合成维生素B7（生物素）和B2（核黄素）来补充稻飞虱食料中所缺少的维生素，进而提高稻飞虱种群的增长。基因组水平的系统进化分析推测Wolbachia的生物素合成途径可能从另一种Cardinium细菌水平转移而来。该项工作揭示了共生细菌Wolbachia与稻飞虱互利共生的进化机制，为研究昆虫与共生微生物互作提供了新的视角。（@EADGBE）

感谢本期日报的创作者：黄思思，mildbreeze，Unbroken，szx，大力，秋秋糖，EADGBE

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