深挖1000+人数据：菌群与饮食和代谢到底啥关系？| 热心肠日报

今天是第1703期日报。

Nature子刊：分析1000+人，鉴定菌群、饮食和代谢的关系

Nature Medicine[IF:36.13]

① 肠道菌群与特定营养素、食物种类和饮食模式等有显著关联，健康植物性食物尤其塑造菌群组成，大量与饮食/健康相关的微生物尚待表征；② 鉴定出可在其他队列中重复的肥胖相关菌群标志物；③ 粪便普氏菌和芽囊原虫与较好的餐后糖代谢相关，整体的菌群组成可预测一系列空腹和餐后的心血管代谢标志物；④ 与饮食健康及心血管代谢健康相关的菌群物种存在大量重叠，一组含30种微生物的标志物可区分无病症个体的心血管代谢和饮食的整体健康好坏。

Microbiome connections with host metabolism and habitual diet from 1,098 deeply phenotyped individuals
01-11, doi: 10.1038/s41591-020-01183-8

【主编评语】肠道菌群受饮食调控，并能影响宿主的代谢健康，三者之间存在着非常复杂的关联。Nature Medicine近期发表的一项新研究，对英国和美国2个队列的1098人进行了分析，深入探究了肠道菌群特征与心血管代谢和习惯饮食之间关系，值得专业人士仔细研读。（@mildbreeze）

Nature子刊：趣味数据！人体每天更新多少细胞和细菌？

Nature Medicine[IF:36.13]

① 评估人体（70千克体重的成年人）不同类型细胞的更替情况；② 人体每天更替的总细胞数量约3300±200亿个，其中86%是血细胞（红细胞、中性粒细胞为主），其余主要是胃肠上皮细胞；③ 人体每天更替的总细胞质量约80±20克，血细胞和胃肠上皮细胞各约占40%；④ 尽管脂肪和肌肉细胞占人总细胞质量的75%，但由于其更替缓慢，只占每天更替细胞质量的5%；⑤ 以肠道菌群为主的人体细菌，每天更替的总数量和总质量分别约10~400万亿个和60~2000克。

The distribution of cellular turnover in the human body
01-11, doi: 10.1038/s41591-020-01182-9

【主编评语】Nature Medicine本周发表的一项有趣研究，评估了成年人体内不同类型细胞的更新情况，胃肠道细胞的更替不论是在数量还是质量上都颇为可观，而每天更替的肠道细菌的质量可能比每天更替的人体细胞质量还要大。（@mildbreeze）

Cell：绘制人体肠道发育的时空图谱

Cell[IF:38.637]

① 利用scRNA-seq和空间转录组描述肠道的形态发生过程，鉴定上皮、间充质祖细胞群等101种细胞状态，以及关键形态发生的里程碑事件；② 描述了隐窝-绒毛轴行程的原理，神经、血管、间充质的形态发生以及肠道发育中的免疫细胞群；③ 确定了发育中成纤维细胞和肌成纤维细胞亚型的分化层次；④ 成纤维细胞在干细胞、血管系统和肠道相关淋巴组织具有功能多样性；⑤ 构建形态梯度模型，描述细胞分化的顺序，确定罕见的发育性肠道疾病有关的细胞和位置。

Spatiotemporal analysis of human intestinal development at single-cell resolution
01-05, doi: 10.1016/j.cell.2020.12.016

【主编评语】Cell近期发表的文章，利用单细胞RNA测序和空间转录组，绘制人体肠道形态发生的时间和空间的转录图谱，描述了隐窝绒毛轴形成的原则以及神经、血管、间充质的形态发生，发育中肠道的免疫细胞群。并且构建了一个公开的在线资源——胎儿肠道发育时空分析（STAR-FINDer），为进一步的研究工作提供便利。（@爱的抉择）

中国药科大学：压力大，伤肠道，饮食-肠菌互作发挥什么作用？

Nature Communications[IF:12.121]

① 常规饲料（CD）和精制饲料（PD）对小鼠在慢性束缚应激状态下的肠上皮损伤、菌群改变和肠道干细胞（ISC）功能紊乱造成不同影响（CD小鼠轻微、PD小鼠严重）；② CD使应激小鼠中的罗伊氏乳杆菌增多，给PD小鼠定植罗伊氏乳杆菌可减轻慢性应激诱导的肠上皮损伤；③ 机制上，CD中富含的棉子糖可维持罗伊氏乳杆菌生长，后者将棉子糖代谢为果糖，果糖通过促进糖酵解为ISC增殖提供能量，从而形成有利于ISC维持的前馈代谢循环。

A diet-microbial metabolism feedforward loop modulates intestinal stem cell renewal in the stressed gut
01-11, doi: 10.1038/s41467-020-20673-4

【主编评语】饮食和社会心理因素可影响肠道菌群和人体健康，但饮食和压力的相互作用对肠道菌群和肠道健康的影响，仍待研究。中国药科大学郝海平、郑啸与研究团队在Nature Communications发表的一项新研究发现，膳食棉子糖和罗伊氏乳杆菌能构成一种代谢前馈回路，将饮食、精神压力和肠道干细胞连接起来，为研发改善精神压力引起的肠道损伤提供新思路。（@mildbreeze）

Nature子刊：发现能直接分化成肠内分泌细胞和潘氏细胞的肠道干细胞

Nature Cell Biology[IF:20.042]

① 非典型Wnt/PCP激活的肠道干细胞（ISCs）倾向于分化成肠内分泌细胞（EEC）或潘氏细胞（PC）谱系；② 该ISCs亚群通过单能过渡态直接分化成EEC和PC，不经过之前假设的双能或多能分泌祖细胞的状态；③ 成熟为PC的单能过渡细胞处于休眠状态，表达干细胞和分泌细胞谱系基因，即为之前报道的Lgr5+标记保留细胞；④ Wnt/PCP激活的Lgr5+ ISCs与Wnt/β-catenin激活的Lgr5+ISCs在转录水平上没有显著差异，表明两者谱系分化命运的不同发生在转录后水平。

Non-canonical Wnt/PCP signalling regulates intestinal stem cell lineage priming towards enteroendocrine and Paneth cell fates
01-04, doi: 10.1038/s41556-020-00617-2

【主编评语】典型的Wnt//β-catenin通路是维持Lgr5+ ISCs所必需的，而非典型Wnt/PCP通路与其共享一些信号通路的组分，且两者相互拮抗。那么，Wnt/PCP信号是否参与调控ISC的异质性和谱系决定？Nature Cell Biology近期发表的文章，发现非典型Wnt/PCP激活的ISCs可直接分化为肠内分泌细胞或潘氏细胞谱系，不经过之前假设的双能或多能分泌祖细胞的状态。Wnt/PCP激活的Lgr5+ ISCs与Wnt/β-catenin激活的Lgr5+ISCs在转录水平上没有显著差异，但两者分化命运不同，这表明两者谱系分化的差异主要发生在转录后水平。（@爱的抉择）

国内团队：CREPT调控肠道干细胞

Nature Communications[IF:12.121]

① 促肿瘤蛋白CREPT在小鼠肠隐窝（而非肠绒毛）中表达；② 敲除肠上皮中的CREPT，会导致小鼠体重降低，伴随大肠隐窝结构异常、肠上皮细胞迁移减缓、小肠细胞增殖减少，且肠上皮在X射线辐射或DSS处理诱导损伤后无法再生；③ 敲除CREPT会减少稳态下肠道干细胞（ISC）的增殖和分化相关的基因表达，导致隐窝内的Lgr5+ ISC数量减少；④ 肠道再生期间，CREPT促进ISC细胞核内的β-catenin积累，活化Wnt信号；⑤ 因此，ISC的维持需要CREPT。

CREPT is required for murine stem cell maintenance during intestinal regeneration
01-11, doi: 10.1038/s41467-020-20636-9

【主编评语】清华大学常智杰、王银银和北京大学人民医院叶雄俊与研究团队，在Nature Communications发表一项最新研究，揭示了促肿瘤蛋白CREPT在小鼠肠道干细胞中的关键作用。（@mildbreeze）

Nature子刊：乙酰胆碱或调控肠内分泌细胞的分化

Nature Communications[IF:12.121]

① 肠内神经递质乙酰胆碱通过作用M3R等肠上皮毒蕈碱Gq偶联受体调控肠上皮分泌和免疫功能；② 小鼠中使用非选择性毒蕈碱受体拮抗剂或上皮特异性敲除M3R，能够诱导DCK1阳性簇状细胞选择性扩增，胆碱能阻断可减少Lgr5+肠干细胞；③ Prox1+内分泌细胞能够感知胆碱能阻断，诱导簇状细胞扩增，簇状细胞向肠内分泌型分化，增加粘膜乙酰胆碱水平，维持代偿性PI3K信号；④ 而急性辐射损伤导致这种代偿机制消失，簇状细胞和乙酰胆碱产生减少。

Prox1-positive cells monitor and sustain the murine intestinal epithelial cholinergic niche
2020-01-08, doi: 10.1038/s41467-019-13850-7

【主编评语】肠内神经递质乙酰胆碱可调控重要的肠上皮分泌和免疫功能，但其对肠干细胞的功能和分化的影响未知。Nature Communications近期发表的文章，发现阻断乙酰胆碱信号可诱导Lgr5+肠干细胞减少，簇状细胞选择性扩增并向内分泌型细胞分化，增加粘膜乙酰胆碱水平，维持PI3K信号。表明胆碱能肠道生态位发生变化后，肠分泌型簇状细胞对维持上皮内稳态至关重要。（@爱的抉择）

张和平、魏泓等：生命早期环境暴露影响肠道菌群发育

Gut Microbes[IF:7.74]

① 无菌小鼠分别暴露于草原、森林和沙漠土壤环境中60天后，再部分转移到另外两种环境，收集粪便样本；② 来自不同环境类型的土壤菌群可成功地在小鼠肠道内定殖，不同土壤小鼠的肠道菌群组成和功能显著不同；③ 早期定殖的肠道菌群在环境转移中会显著影响肠道菌群的发展，形成”优先效应“，导致在环境变化后，出生地相关的分类群及功能特征仍持续存在；④ “优先效应”部分解释了早期土壤暴露对生命后期肠道菌群可塑性的影响。

Exposure to soil environments during earlier life stages is distinguishable in the gut microbiome of adult mice
2020-12-31, doi: 10.1080/19490976.2020.1830699

【主编评语】生命早期的环境暴露可影响肠道菌群的组装与发育。内蒙古农业大学的张和平团队、中科院青岛生物能源与过程研究所的Shi Huang团队及华中农业大学的魏泓团队在Gut Microbes上发表的一项最新研究，发现生命早期（60天）的不同土壤环境暴露与小鼠的肠道菌群组成及功能显著相关，且在将小鼠转移至其它环境中后，尽管肠道菌群组成及功能逐渐变得与新土壤环境一致，但生命早期相关的肠道菌群特征仍持续存在。（@szx）

益生菌定植：模式、机制与预测（综述）

Annual Review of Food Science and Technology[IF:8.96]

① 益生菌菌株肠道定植具多样性和种属特异性，受菌株适应环境（宿主、肠道共生菌群）机能的影响；② 来自菌株的影响因素包括转录遗传特征、代谢活性、结构特性如粘附蛋白、免疫原性、协同效应和自然进化史；③ 宿主因素包括遗传、免疫选择如IgA和抗菌蛋白、上皮细胞应答NF-kB通路等；④ 饮食干预包括合生元或添加共生菌群不可利用物质促进定植；⑤ 可采用不同非线性模型可选性回归算法对菌株定植进行预测，并利用菌株移植实验做出验证。

Gut Colonization Mechanisms of Lactobacillus and Bifidobacterium: An Argument for Personalized Designs
2020-12-14, doi: 10.1146/annurev-food-061120-014739

【主编评语】乳酸杆菌和双歧杆菌是迄今为止研究最多、应用最广的益生菌。近期发表在Annual Review of Food Science and Technology中的一篇综述通过对乳酸杆菌和双歧杆菌肠道定植模式、机理及相应的调节手段的总结分析，提供了一个在菌株层面对于肠道生物地理的追踪和了解的范例。文章也提出了采用算法模型和机器学习对益生菌定植进行预测。值得一提的是，对于益生菌发挥作用，菌株是否必须定植，持留多久仍是个见仁见智的议题。（@solo）

感谢本期日报的创作者：mildbreeze，爱的抉择，Echo Quasimodo，菌菌君

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