赵立平携女回顾2020：菌群走向因果，回归培养！| 热心肠日报

今天是第1683期日报。

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赵立平等：菌群研究走向因果，回归培养必不可少（Nature Reviews年度回顾）

Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology[IF:29.848]

① 回顾今年3项使用细菌纯培养来阐释潜在的致病或保护性肠道细菌的作用机制的研究；② 分离自人结直肠癌（CRC）组织的产基因毒素大肠杆菌菌株，能诱导与其长期共培养的人肠道类器官发生类似CRC患者的基因突变特征；③ 小鼠的F. BP1菌株及其对应的人肠道菌H. biformis，通过产生丁酸，在CRC小鼠模型中发挥抗肿瘤作用；④ 通过对细菌和无菌小鼠进行遗传操作，证明了LPS-TLR4的互作是源自肥胖患者的阴沟肠杆菌B29引发肥胖相关表型的关键上游事件。

Demonstration of causality: back to cultures
12-21, doi: 10.1038/s41575-020-00400-6

【主编评语】科赫法则是证明病原体引发疾病的金标准。其中关键的一环是，将分离出的病原体在培养基上养成纯培养，用其感染健康个体后能引发相同的疾病。在菌群研究走向因果和机制的当下，也需要用相同的思路来证实特定的肠道菌群成员与健康或疾病表型的因果关系。Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology最新发表了由美国罗格斯大学、上海交通大学的赵立平教授与女儿赵乃思合作撰写的年度回顾文章，重点介绍了今年发表的3项研究，这些研究都使用了细菌纯培养来阐释特定肠道细菌对宿主的致病或保护性作用及其生物学机制；并指出，通过对宿主和细菌中的关键基因进行遗传操作以阐明细菌-宿主互作中的分子机制，是菌群因果性研究的重要思路。（@mildbreeze）

Science：微生物的单细胞RNA测序技术

Science[IF:41.845]

① 研发了microSPLiT，这是一种适用于革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的高通量scRNA-seq方法，可以解决异质转录问题；② 检测处于不同生长阶段的25,000多个枯草芽孢杆菌细胞，绘制了其代谢和生活方式变化的图谱；③ 揭示了与已知但罕见状态（如适应性和原噬菌体诱导）相关的详细基因表达谱，并鉴定新的和未知基因表达状态，包括细胞亚群中生态位代谢途径的异质激活；④ 为细菌群落中基因表达的高通量分析铺平道路，否则无法对细菌进行单细胞分析。

Microbial single-cell RNA sequencing by split-pool barcoding
12-17, doi: 10.1126/science.aba5257

【主编评语】单细胞RNA测序（scRNA-seq）已成为鉴定真核生物基因表达的重要工具，但目前的方法与细菌不兼容。Science近期发表的文章，开发了微生物的单细胞RNA测序技术——microSPLiT，可用于革兰氏阴性和阳性菌的高通量基因表达检测，并在枯草芽孢杆菌中成功应用，为细菌群落中基因表达的高通量分析铺平道路。（@爱的抉择）

特定母乳寡糖或与肠道菌群互作，影响早产儿NEC

Gut[IF:19.819]

① 纳入33名NEC患儿及37名对照，NEC患儿摄入的HMO中的DSLNT浓度显著降低；② 将DSLNT的浓度阈值设置为241nmol/mL，可以90%的敏感度及90%的特异性区分NEC患儿与对照；③ 在48名婴儿（14名NEC患儿）中，对不同时间点的共644份粪便样本进行菌群分析；④ NEC发病前的粪便菌群中，长双歧杆菌的相对丰度较低，阴沟肠杆菌的相对丰度较高；⑤ 较低的DSLNT浓度与较慢的菌群成熟相关；⑥ 结合HMO及菌群数据，可在发病前以87.5%的准确率区分NEC患儿与对照。

Human milk oligosaccharide DSLNT and gut microbiome in preterm infants predicts necrotising enterocolitis
12-16, doi: 10.1136/gutjnl-2020-322771

【主编评语】母乳寡糖（HMO）可能通过与婴儿肠道菌群的互作，在坏死性小肠结肠炎（NEC）中发挥保护性作用。来自Gut上发表的一项队列研究结果，发现NEC患儿摄入的母乳中，一种特定的HMO——disialyllacto N-tetraose（DSLNT）的浓度显著低于对照。另外，NEC患儿发病前的肠道菌群组成也不同于对照，而较迟缓的菌群发育与较低的HMO DSLNT浓度相关。结合DSLNT浓度及菌群，可在NEC发病前较准确地区分患儿与对照。（@szx）

果聚糖敏感的IBS患儿的肠道菌群变化

Alimentary Pharmacology and Therapeutics[IF:7.515]

① 纳入38名IBS患儿，17名果聚糖敏感，21名果聚糖耐受；② 摄入果聚糖前，果聚糖敏感患儿的粪便菌群α-多样性更低，Holdermania菌属富集，而果聚糖耐受患儿中属于梭菌纲的14个菌属富集；③ 摄入果聚糖后，果聚糖敏感患儿的Agathobacter及蓝细菌富集，而果聚糖耐受患儿中属于梭菌纲的3个菌属富集；④ 相比于对照饮食，摄入果聚糖期间，果聚糖敏感患儿的双歧杆菌属相对丰度增加，β-呋喃果糖苷酶通路富集，而果聚糖耐受患儿的Anaerostipes增加。

Fructan‐sensitive children with irritable bowel syndrome have distinct gut microbiome signatures
12-13, doi: 10.1111/apt.16204

【主编评语】饮食中的果聚糖可能恶化IBS患儿的胃肠道症状。Alimentary Pharmacology and Therapeutics上发表的一项临床研究，对比了17名果聚糖敏感IBS患儿及21名果聚糖耐受IBS患儿在摄入果聚糖前后的肠道菌群组成差异，并分析了在摄入果聚糖期间的肠道菌群变化。（@szx）

脆弱拟杆菌的“套期保值”策略，帮助其逃离宿主防御提高竞争优势

Nucleic Acids Research[IF:11.501]

① 人肠道中的脆弱拟杆菌存在一种不同类型的相变系统，即I型限制修饰系统（R-M）；② 在R-M基因座内可逆的DNA倒位会导致八种不同识别位点的特异性蛋白质产生，并且每个突变只能产生一种特异性蛋白，发现了四种识别位点；③ 这些差异的识别位点导致了种群中广泛的甲基化多样性；④ 转录组分析显示，无论是在体外生长还是从哺乳动物肠道分离的突变体，均具有独特的转录谱；⑤ 这种R-M防御系统在拟杆菌门中的普遍存在揭示了其潜在的生存竞争优势。

Analysis of a phase-variable restriction modification system of the human gut symbiont Bacteroides fragilis
10-12, doi: 10.1093/nar/gkaa824

【主编评语】I型R-M是一种普遍存在的可与外源入侵DNA对抗的防御系统，同时微生物也进化出一套抵抗I-R-M的逃逸机制，革兰氏阴性菌有很多特性，比如在其整个基因组中大量反转倒位DNA的功能，然而这些倒位是否能帮助菌群逃逸噬菌体的追捕，及其背后的作用机制仍不清楚。Nucleic Acids Research报道了一项研究，发现了脆弱拟杆菌在单个R-M基因座中四个不同反向重复序列处的可逆DNA倒位，产生了八个不同的特异性基因，所有这些基因均存在于细菌种群的表达基因座中，从而导致种群中广泛的甲基化多样性，不仅能帮助其避开宿主防御，同时增加其种群的菌株多样性，进一步增强其存活优势。（@宇宙最酷Vera）

肠道菌群影响甲氨蝶呤对RA患者的疗效

Arthritis and Rheumatology[IF:9.586]

① 纳入26名新发RA患者，16名对甲氨蝶呤治疗不应答；② 应答患者与不应答患者的粪便菌群多样性、组成及功能存在差异；③ 不应答患者的菌群多样性更高，厚壁菌门/拟杆菌门比值增加，广古菌门丰度升高，MAPK信号、DNA复制、脂肪酸降解、嘌呤代谢等相关通路显著富集；④ 在另外21名新发RA患者中，基于菌群的模型可较准确地预测对甲氨蝶呤治疗的应答（AUC=0.84）；⑤ 体外共培养患者的粪便菌群与甲氨蝶呤，培养后的甲氨蝶呤水平与患者应答显著相关。

The Pre‐treatment Gut Microbiome is Associated with Lack of Response to Methotrexate in New Onset Rheumatoid Arthritis
12-13, doi: 10.1002/art.41622

【主编评语】约50%的类风湿关节炎（RA）患者对甲氨蝶呤治疗不产生充分的应答，但缺乏可预测患者应答的预后标志物。Arthritis and Rheumatology上发表的一项最新研究，对比分析了对甲氨蝶呤治疗应答及不应答的RA患者在治疗前的肠道菌群差异，发现基于菌群建立的模型可较准确地预测患者对甲氨蝶呤治疗的应答。另外，体外共培养肠道菌群与甲氨蝶呤的结果表明，肠道菌群对甲氨蝶呤的代谢或清除可能抑制甲氨蝶呤的治疗效果。（@szx）

RA高危个体的肠道菌群变化

Rheumatology[IF:5.606]

① 对25名抗CCP抗体阳性的非RA患者的肠道菌群进行测序，并与44名公共数据库中的对照进行对比；② 抗CCP抗体阳性个体与对照的肠道菌群组成在菌科水平上有显著差异，抗CCP抗体阳性个体的毛螺菌科、螺杆菌科、瘤胃球菌科、丹毒丝菌科、双歧杆菌科丰度增加；③ 5名抗CCP抗体阳性个体在取样及分析期间（中位时间差188天）进展为RA；④ 进展个体与非进展个体的肠道菌群α-多样性及β-多样性无显著差异。

Perturbations of the gut microbiome in anti-CCP positive individuals at risk of developing rheumatoid arthritis
12-11, doi: 10.1093/rheumatology/keaa792

【主编评语】新发类风湿关节炎（RA）患者的肠道菌群与健康对照有所差异，但菌群失调何时发生尚未明确。来自Rheumatology上发表的一项最新研究，鉴定出了RA高危个体——抗环瓜氨酸肽抗体（抗CCP抗体）阳性者与健康对照的肠道菌群组成差异，提示菌群失调发生在RA发病之前。（@szx）

河北医科大学第二医院：降脂药调节菌群以缓解中风小鼠的神经炎症

Free Radical Biology and Medicine[IF:6.17]

① 阿托伐他汀显著改善永久性大脑中动脉结扎（pMCAO）小鼠的感觉运动行为缺陷，减少梗死体积；② 阿托伐他汀抑制pMCAO小鼠的梗塞灶周围皮层的小神经胶质细胞的促炎极化，以抑制神经炎症；③ 阿托伐他汀降低pMCAO小鼠的血清内毒素水平，增加粪便丁酸盐水平，减少支链氨基酸水平；④ 阿托伐他汀可逆转pMCAO小鼠的肠道菌群组成变化，抑制结肠炎症因子表达，并恢复肠道屏障功能；⑤ 将阿托伐他汀处理的小鼠肠道菌群移植给pMCAO小鼠，可缓解神经炎症。

Atorvastatin alleviates microglia-mediated neuroinflammation via modulating the microbial composition and the intestinal barrier function in ischemic stroke mice
12-03, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2020.11.032

【主编评语】先前研究发现，阿托伐他汀在缺血性中风中具有抗炎症作用。河北医科大学第二医院的张祥建团队在Free Radical Biology and Medicine上发表的一项最新研究，在缺血性中风小鼠模型中发现，阿托伐他汀可通过恢复肠道菌群组成，改善肠道屏障功能，并调节肠道免疫应答，从而缓解神经炎症。（@szx）

共生菌通过非编码小RNA促进与宿主的共生

PLoS Biology[IF:7.076]

① 夏威夷短尾鱿鱼的血淋巴中存在费氏弧菌的RNA序列，其中SsrA含量最高；② 通过基因操作获得SsrA敲除株，发现SsrA通过细菌产生的外膜囊泡（OMV）传递到宿主发光器官的隐窝上皮细胞处；③ SsrA敲除株能在发光器官中定植，但其在器官内诱导发光的能力减弱，并会引起异常的宿主反应（发光器官隐窝上皮过早的细胞肿胀和免疫反应增强），影响二者间的持续共生；④ 鱿鱼的胞质RNA感受器RIG-I或能识别含有SsrA的OMV，避免机体异常反应及免疫的增强。

The noncoding small RNA SsrA is released by Vibrio fischeri and modulates critical host responses
11-03, doi: 10.1371/journal.pbio.3000934

【主编评语】夏威夷短尾鱿鱼是一种能发光的生物，但这一功能依赖于其发光器官中定植的一种共生细菌——费氏弧菌。PLoS Biology近期发表的一项研究揭示了介导二者稳定共生关系的一种机制：费氏弧菌通过表达并释放一种非编码的小RNA，来调节宿主反应，促进二者的稳定共生。（@mildbreeze）

感谢本期日报的创作者：mildbreeze，白蓝木，szx，lzm，吴芹，Johnson

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