欲护脑，先护肠！Nature子刊揭示菌群影响大脑衰老的新机制 | 热心肠日报

今天是第2109期日报。

Nature子刊：肠道菌群如何影响小胶质细胞的衰老？

Nature Neuroscience[IF:24.884]

① 比较年轻和老年的有菌和无菌小鼠，发现菌群影响大脑小胶质细胞的衰老相关基因表达；② 肠道菌群促进了老年小鼠小胶质细胞中的氧化应激和线粒体功能障碍；③ 代谢组学分析发现，N6-羧甲基赖氨酸（CML）在有菌的老年小鼠血液和大脑中积累，在人血清和大脑中CML也随衰老而升高；④ CML使小鼠小胶质细胞中的活性氧增加、抑制线粒体活性和ATP蓄积；⑤ 老年小鼠的菌群使其肠道通透性增加，促进了CML从肠道进入循环系统和大脑、损害小胶质细胞。

Gut microbiota drives age-related oxidative stress and mitochondrial damage in microglia via the metabolite N6-carboxymethyllysine
03-03, doi: 10.1038/s41593-022-01027-3

【主编评语】小胶质细胞是大脑中的一类重要的免疫细胞，其功能随衰老而发生改变，参与多种神经退行性疾病的发生发展。Nature Neuroscience近期发表的这项研究，揭示了肠道菌群如何影响小胶质细胞的衰老。该研究表明，在衰老过程中，肠道菌群介导的肠道通透性增加，使得肠道内的有害代谢物N6-羧甲基赖氨酸（一种晚期糖基化终末产物）能够更容易地跨越肠屏障进入机体，其在大脑中的积累可损伤小胶质细胞。这些发现提示，通过增强肠道屏障功能来减少有害的肠内代谢物移位进入大脑，或是促进老年大脑健康的有效手段。（@mildbreeze）

国内外合作Nature子刊：肠道AMPK如何“喊话”脂肪组织，调节代谢？

Nature Communications[IF:14.919]

① 敲除肠上皮中的AMPKα1使小鼠棕色脂肪组织（BAT）生热功能受损、能量消耗减少，加剧了高脂喂养下的肥胖和糖稳态损伤；② 这些小鼠肠道菌群的组成和代谢物改变，参与糖/脂/能量代谢的菌种丰度改变、毛螺菌科减少，丙酮醛水平升高，其中丙酮醛能抑制BAT生热，参与了肠道AMPK对BAT功能的远程调控；③ 肠道AMPK通过上调Reg3γ等抗菌肽来塑造肠道菌群；④ 二甲双胍改善代谢的作用依赖于肠道AMPK，可能由肠道AMPK-抗菌肽-肠道菌群途径介导。

Intestinal AMPK modulation of microbiota mediates crosstalk with brown fat to control thermogenesis
03-03, doi: 10.1038/s41467-022-28743-5

【主编评语】腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是一种营养传感器，对于维持细胞能量稳态至关重要，也是治疗肥胖和2型糖尿病的重要靶点。AMPK在调控肝脏、大脑、脂肪组织和骨骼肌代谢中的功能已得到充分研究，相关研究也证实AMPK的激动剂二甲双胍及中药活性物质可有效改善糖脂代谢，但关于肠道中AMPK的功能尚未明确。近期，美国希望之城国家医学中心黄文栋与上海中医药大学杨莉及团队在Nature Communications 发表文章，发现肠道AMPK通过调控抗微生物肽的表达来塑造肠道菌群，影响丙酮醛（甲基乙二醛）等菌群代谢产物的水平，从而远程调控棕色脂肪组织的产热功能，进而调节机体能量平衡和葡萄糖稳态。这一机制可能一定程度上介导了二甲双胍的抗糖尿病作用。这些发现也可为中药活性成分通过调节肠道菌群治疗肥胖和2型糖尿病提供新的靶点和方向。（@mildbreeze）

导致野生灵长类动物个体间肠道菌群差异的驱动因素

Microbiome[IF:14.65]

① 收集41只（7个群体）野生维氏冕狐猴不同季节的519份粪便进行菌群分析；② 不同群体的α多样性不同，环境因子不能解释群体间差异；③ 相较于群体间成员，同一群体成员肠道菌群更相似；④ 不论是群体间还是群体内，具有母系亲缘关系个体的肠道菌群更相似；⑤ 具有优势地位的雄性狐猴在菌群组成上和其他群体成员不同，可能与等级相关的生理和气味标记行为差异有关；⑥ 未发现肠道菌群多样性与性别、雌性生殖状态及粪便中糖皮质激素浓度有关。

Drivers of gut microbiome variation within and between groups of a wild Malagasy primate
02-09, doi: 10.1186/s40168-021-01223-6

【主编评语】宿主社会环境及其对宿主-菌群关系的相对贡献已成为微生物研究的关键课题。对于群居动物，通常种群内成员的肠道微生物群落比种群间的肠道微生物群落更相似。群体成员之间身体接触的增加有助于微生物的传播，因此是形成不同群体微生物群的普遍机制，通过共享环境的间接传输也可能导致这些模式。尽管如此，在群体成员之间，肠道菌群的组成仍然存在差异。由于动物社会群体内部和群体之间同时存在多种影响因素，因此理解导致群体间微生物组结构变异的机制仍然很困难。发表在Microbiome上的一项研究以生活在马达加斯加的野生维氏冕狐猴为研究对象，研究了7个群体的种群间和种群内的肠道菌群组成和多样性差异，有助于更全面地理解环境、内在和社会因素在多个尺度上塑造野生灵长类动物社会微生物群的相对重要性。（@EADGBE）

浙江工商大学：过敏患者的口腔菌群和代谢物特征

Allergy: European Journal of Allergy and Clinical Immunology[IF:13.146]

① 比较健康者（HC）及单致敏和多致敏表型过敏患者（AP）唾液菌群和代谢物特征；② AP组总蛋白水平、蛋白酶活性及细胞因子MIP-1α和FGF-basic含量高于HC组；③ 根据细胞因子水平的聚类特征，AP组可分为单致敏组（AP_Clus1）和多致敏组（AP_Clus2）；④ 与AP_Clus1相比，AP_Clus2与HC组细胞因子和口腔菌群差异更大，且普雷沃菌属丰度显著降低；⑤ AP_Clus2与HC组差异表达蛋白主要与哮喘、肠道免疫、PI3K-Akt/NF-κB等信号通路及糖和丙酸代谢有关。

Variations in oral microbiota and salivary proteomics reveal distinct patterns in polysensitized individuals
03-04, doi: 10.1111/all.15268

【主编评语】当前，过敏性疾病已经成为严重影响人体健康的全球性问题，其中尤以哮喘、过敏性鼻炎、过敏性皮炎以及食物过敏的现象较为普遍。针对过敏性疾病的表型研究有助于深入理解相关免疫学机制，为过敏性疾病的防控带来借鉴和支撑。来自浙江工商大学的傅玲琳教授团队在Allergy上发表一项研究，通过招募患有单致敏和多致敏表型的过敏患者，以“口腔黏膜免疫”为全新切入点，利用多组学联合分析技术，首次从“微生物群-唾液免疫平衡”角度揭示了不同表型过敏患者的口腔微环境变化以及“宿主-微生物群”的强烈相互作用，证实了多致敏表型与口腔微生态和局部免疫环境的失衡有关。该研究可为过敏性疾病的表型研究提供理论依据，并为多病态过敏性疾病的干预和治疗提供潜在靶点。（@EADGBE）

刘平生团队：嗜麦芽窄食单孢菌诱导线虫脂滴膨大的机制

Gut Microbes[IF:10.245]

① 实验室分离的细菌中，仅嗜麦芽窄食单孢菌（SM）可诱导秀丽隐杆线虫形成超大脂滴；② SM诱导脂滴膨大与SM所含脂肪酸含量及宿主p38 MAPK信号途径无关；③ SM上调宿主SREBP类转录因子sbp-1及其下游元件脂肪酸脱氢酶fat-6和fat-7的表达影响线虫脂肪代谢；④ acs-13和dpy-9基因缺失阻止了SM诱导脂滴增大的能力；⑤ SM通过增强内质网和脂滴相互作用来诱导LD膨胀；⑥ Seipin蛋白SEIP-1和二脂酰甘油酰基转移酶2（DGAT-2）部分参与了SM诱导脂滴膨大过程。

Dietary S. maltophilia induces supersized lipid droplets by enhancing lipogenesis and ER-LD contacts in C. elegans
02-03, doi: 10.1080/19490976.2021.2013762

【主编评语】饮食和共生细菌可以对后生动物的脂质代谢产生重大的影响。最近的研究表明，共生微生物群在动物肥胖和相关健康疾病中起作用，但细菌影响宿主体内脂质储存的机制尚不清楚。为了减少肠道菌群与宿主之间关系的复杂性，通常选择秀丽隐杆线虫作为研究种间相互作用的模式生物。来自中国科学院生物物理研究所的刘平生团队发表在Gut Microbes上的一项研究发现，条件致病细菌嗜麦芽窄食单胞菌（S.maltophilia）可诱导秀丽隐杆线虫脂滴膨大，并对其背后的机制进行了探究，表明秀丽隐杆线虫可以作为研究肠道菌群介导的人类肥胖的模式生物，对预防人类肥胖具有重要意义。（@EADGBE）

首都医科大学：塑料微粒致造血系统损伤的机制

Environment International[IF:9.621]

① 微/纳米塑料（MNPLs）是一种新型的环境污染物，采用C57BL/6J小鼠连续42天灌胃方法研究不同粒径聚苯乙烯MNPLs（PS-MNPLs）对造血系统的影响；② 结果表明，PS-MNPLs具有造血毒性，具体表现为骨髓细胞排列紊乱，集落形成、自我更新几及分化能力下降，淋巴细胞比例增加；③ PS-MNPLs还破坏肠道菌群结构，扰乱代谢和炎症稳态，这与造血系统损伤有关；④ 造血系统损伤程度受MNPLs粒径的影响，粒径越小毒性越大。

Polystyrene micro-/nanoplastics induced hematopoietic damages via the crosstalk of gut microbiota, metabolites, and cytokines
02-08, doi: 10.1016/j.envint.2022.107131

【主编评语】微/纳米塑料（MNPLs）广泛存在于环境和生命体中，并带来健康风险。之前的研究表明，NMPLs可以穿透骨髓，但它们是否会导致造血损伤仍不确定。首都医科大学高艾团队发表在 Environment International上的一项研究评估了聚苯乙烯MNPLs（PS-MNPLs）对造血系统的影响，发现PS-MNPLs具有造血毒性，并破坏肠道菌群、代谢和炎症稳态，所有这些都与造血系统损伤有关，这表明异常的肠道菌群-代谢物-细胞因子轴可能是MNPLs诱导的造血损伤的关键途径。（@EADGBE）

Cell子刊：肠道菌群如何增强宿主的抗氧化能力

Cell Reports[IF:9.423]

① 与正常小鼠相比，抗生素处理致肠道菌群缺失小鼠（Abx小鼠）体内活性硫（RSS）含量显著减少，包括硫化氢、谷胱甘肽硫化物（GSSH）和半胱氨酸过硫化物（CysSSH）；② 同样，无菌小鼠体内GSSH和CysSSH含量显著少于正常小鼠；③ 使用胱氨酸和半胱氨酸为底物时，正常小鼠而非Abx小鼠的粪便样品产生较多的RSS；④ 肠道菌群衍生的RSS可有效缓解刀豆蛋白A诱导的肝炎和氧化应激；⑤ 肠道细菌中的毛螺旋菌科和瘤胃菌科细菌具有较强的CysSSH产生能力。

Gut microbiota reinforce host antioxidant capacity via the generation of reactive sulfur species
03-08, doi: 10.1016/j.celrep.2022.110479

【主编评语】肠道菌群构成的微生态系统在维持肠道稳态方面发挥着重要的作用，肠道菌群与宿主相互作用以调节肠道生理和肠外功能。然而，它们对宿主抗氧化能力的贡献在很大程度上仍有待研究。发表在Cell Reports上的一项研究发现，肠道细菌通过产生的活性硫（RSS）物质来增强宿主的抗氧化能力，为关于宿主-饮食-微生物群相互作用机制提供了新的见解。（@EADGBE）

Cell子刊：生物素调节肠道干细胞和宿主-菌群互作

Cell Reports[IF:9.423]

① 检测到生物素转运蛋白Smvt在果蝇中肠的肠道干细胞（ISC）中有表达，突变后，铜绿假单胞菌诱导的有丝分裂减少；② 回补果蝇或人源Smvt可恢复表型，表明其功能保守性；③ Smvt功能缺失导致生物素吸收减少，ISC分化受阻；④ 过表达JAK/STAT信号通路配体upd1可部分回复Smvt敲低所导致的表型缺陷；⑤ Smvt缺陷导致NADPH氧化酶Nox活性增强，活性氧增加，肠道菌群失调；⑥ 共生细菌大肠杆菌产生的生物素及生物素相关酶可调节ISC分化，并控制肿瘤生长。

Biotin controls intestinal stem cell mitosis and host-microbiome interactions
03-08, doi: 10.1016/j.celrep.2022.110505

【主编评语】生物素（维生素B7）是一种水溶性必需维生素，哺乳动物和果蝇无法合成，只能从饮食和微生物群中获取。通过提供生物素和其他必需B族维生素，微生物群可以拯救在营养缺乏条件下饲养的果蝇的生存。钠依赖性复合维生素转运蛋白Smvt在肠道中表达，负责生物素、泛酸盐以及硫辛酸的吸收。在条件性肠道特异性Smvt基因敲除小鼠中，生物素的吸收完全依赖于Smvt。果蝇中肠的细胞特异性转录组分析显示Smvt在肠道干细胞（ISC）中表达，并控制ISC增殖和肠道内环境稳定，但Smvt的作用机制尚不清楚。发表在Cell Reports上的一项研究在果蝇体内研究了Smvt的肠道作用，以及生物素对ISC功能和肠道菌群相互作用的贡献，表明通过生物素直接调节肠道微生物组可以作为一种治疗由菌群失调引起的疾病和控制肿瘤发生的方法。（@EADGBE）

西农团队揭示土壤真菌驱动细菌群落的构建

iMeta[IF:N/A]

① 本研究采用跨生物群落的观测数据和微宇宙实验探究生物因素对细菌群落构建的影响；② 土壤真菌丰富度调节土壤细菌群落构建过程的平衡，随着真菌丰富度的增加，随机组装过程逐渐减少；③ 由于气候变化导致的干旱增强，细菌α-多样性将减少，特别是在荒漠土壤和下层土壤，并且导致物种间更多的负相关性；④ 该项研究有助于我们对干旱生态系统中土壤真菌与细菌的生物地理格局和群落构建机制之间联系的理解。

Linking soil fungi to bacterial community assembly in arid ecosystems
02-24, doi: 10.1002/imt2.2

【主编评语】阐明生物因素在驱动群落构建中的作用，对于理解多样性和生态系统功能至关重要，是微生物生态学中一个基本课题。本研究将跨生物群落的观测研究与微宇宙实验相结合，研究西北旱区复杂陆地生态系统中生物因素(如土壤真菌和跨界物种的相关关系)对土壤细菌生物地理和群落构建的影响，研究结果揭示了生物因素和干旱在塑造复杂陆地生态系统细菌地理分布和调节群落构建中的重要作用。该研究为将土壤真菌与干旱陆地生态系统的生物地理格局和土壤细菌群落构建机制联系起来迈出了重要的一步。第一作者是西北农林科技大学生命学院优青获得者焦硕教授，通讯作者为杰青、长江获得者韦革宏教授，共同通讯为陈卫民教授。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

感谢本期日报的创作者：DMG-Quasimodo，orchid，周梦情，EADGBE，孟露，药农，刘永鑫-中科院-宏基因组

点击阅读过去10天的日报：

点击阅读原文，查看更多热心肠日报的内容