今日Science：人类婴儿的肠道菌群多样性 | 热心肠日报

今天是第2200期日报。

Science：人类婴幼儿期的肠道菌群多样性

Science[IF:47.728]

① 分析全球不同人群的1900个健康婴儿粪便菌群，发现年龄和生活方式（工业化、传统、非工业化）与菌群的组成和功能密切相关；② 婴儿菌群在6月龄前整体上都以双歧杆菌为主，但6月龄后，工业化与其他两种生活方式的菌群差异越发明显；③ 在非洲哈扎部落婴儿菌群中发现745个物种，23.4%是新物种；④ 而工业化婴儿菌群中丢失的物种远多于新获得的，且缺乏婴儿双歧杆菌和分解HMO的基因；⑤ 不同生活方式婴儿的菌群差异主要源自母亲的垂直传递。

Robust variation in infant gut microbiome assembly across a spectrum of lifestyles
06-09, doi: 10.1126/science.abj2972

【主编评语】关于人类生命早期的肠道菌群建立和演变的规律，目前的研究主要集中在工业化地区的人群中，而对非工业化人群的婴幼儿肠道菌群还少有研究涉足。Science最新发表了来自斯坦福大学Justin Sonnenburg团队的研究，对全球不同生活方式的婴儿肠道菌群大数据进行了荟萃分析，并纳入了非洲哈扎部落婴儿的新样本，揭示出生活方式对生命早期菌群组成和功能的巨大影响。该研究特别关注了3个问题：不同生活方式的婴儿的肠道菌群组成和功能在何时开始“分道扬镳”，不同生活方式如何影响婴儿的特征微生物和功能，以及源自母亲的垂直传递在生活方式相关的婴儿菌群差异中所起的作用。该研究揭示了人类婴幼儿期的肠道菌群多样性，强调了研究工业化地区以外人群的重要性，也再次提出生命早期菌群多样性的丧失对工业化人群的长期健康有何影响这个问题。有兴趣的读者可以看看Martin Blaser的书《消失的微生物》和他的肠·道演讲，也许会有些答案。（@mildbreeze）

于君团队：人肠道病毒组超深度测序，发现1058种新病毒

Gastroenterology[IF:22.682]

① 从健康人粪便中提取充足的病毒DNA，采用超深度PacBio长读长和Illumina短读长测序，经自建生信流程分析得到15943个病毒序列；② 在1178个完整病毒基因组中有1058个是新病毒，能在2819个人粪便宏基因组中被检测；③ 鉴定出13个巨大的病毒基因组，构建了病毒的进化树，并发现裂解性病毒占多数；④ 新病毒序列显著扩充了现有病毒多样性，使已发表宏基因组的病毒映射率提升18倍；⑤ 14种新型病毒可作为结直肠癌诊断的生物标志物，AUC可达0.87。

Uncovering 1,058 novel human enteric DNA viruses through deep long-read third-generation sequencing and their clinical impact
06-06, doi: 10.1053/j.gastro.2022.05.048

【主编评语】缺少病毒参考基因组是病毒组研究面临的一大挑战。香港中文大学于君团队近期在Gastroenterology发表研究，通过改良病毒DNA提取，结合基于三代和二代测序的超深度宏基因组测序，以及配套的生信分析流程，从健康人粪便中解析出1058种基因组完整的新病毒，并对这些病毒基因组进行了多角度分析。这些发现可助力疾病诊断、扩充病毒参考基因组，为进一步开展病毒组研究作出贡献。（@mildbreeze）

国内团队Science子刊：菌群+代谢物，预测会不会得脂肪肝

Science Translational Medicine[IF:17.956]

① 评估了社区队列中2487名参与者并随访了4.6年；② 纳入其中90名随访期间罹患非酒精性脂肪肝病（NAFLD）者和90名保持无NAFLD的匹配对照者，对基线的粪便和血清样本进行宏基因组和代谢组学分析；③ 纳入基线14个菌群和代谢物特征（2个菌属、3个功能通路、9个代谢物）的机器学习模型，能预测随访时的NAFLD状态（auROC=0.72~0.80），优于其他临床模型；④ 并在亚洲、欧洲、美国的四个NAFLD病例对照队列测试了模型诊断能力。

Risk assessment with gut microbiome and metabolite markers in NAFLD development
06-08, doi: 10.1126/scitranslmed.abk0855

【主编评语】上海交通大学附属第六人民医院贾伟平院士和李华婷团队与合作者在Science Translational Medicine发表最新研究，对一个前瞻性队列的样本和数据进行分析，揭示了与之后发生非酒精性脂肪肝病（NAFLD）相关的基线肠道菌群和代谢物特征，并构建能预测NAFLD的机器学习模型，或能用于对NAFLD进行早期预警。（@mildbreeze）

国内团队：小鼠脂肪肝进展过程中的肠道菌群变化

Microbiology spectrum[IF:7.171]

① 检测西式饮食诱导小鼠NAFLD过程中的肠道菌群变化；② 第8和12周肝脏出现脂肪变性和炎症，第16周肝脏出现氧化损伤和纤维化，胆汁酸代谢受损在疾病进展过程中有重要作用；③ 在NAFLD进展中梭菌属和瘤胃球菌科减少，炎症相关微生物可识别出第8周和第12周的临界NASH，胆汁酸相关细菌可反映第16周NASH的氧化损伤和纤维化状态；④ 阿克曼氏菌属的丰度在NASH进展中减少并与临床指标相关；⑤ 菌群衍生预测模型可鉴定NAFLD和NASH（AUC 0.983和0.784）。

Longitudinal 16S rRNA Sequencing Reveals Relationships among Alterations of Gut Microbiota and Nonalcoholic Fatty Liver Disease Progression in Mice
06-01, doi: 10.1128/spectrum.00047-22

【主编评语】浙江大学医学院附属第一医院的李兰娟院士和李波作为共同通讯作者，在Microbiology spectrum发表研究，通过16S rRNA测序研究了小鼠在非酒精性脂肪肝病（NAFLD）发生发展过程中的肠道菌群变化，表明肠道菌群或能用于NAFLD和非酒精性脂肪肝炎（NASH）的无创诊断。（@mildbreeze）

膳食碳水化合物、菌群与脂肪肝

Gut Microbes[IF:10.245]

① 129名NAFLD患者和75名对照根据碳水摄入量和疾病程度分组，检测肠道菌群；② 高碳水（HC）组中，肠道菌群组成和多样性因疾病程度而异，肠杆菌科和瘤胃球菌科随疾病加重而分别增多和减少；③ 但低碳水组无此规律，非NAFLD人群（n=682）中也未发现肝脂程度与上述菌群因素相关；④ 肠杆菌科、瘤胃球菌科和韦荣菌科可用于在HC组中鉴定NASH；⑤ HC组中，肠杆菌科与肝脏脂肪从头合成调节因子SREBF2之间、胰岛素抵抗与肝损伤之间，或有因果关联。⑥ 。

Interaction effect between NAFLD severity and high carbohydrate diet on gut microbiome alteration and hepatic de novo lipogenesis
05-29, doi: 10.1080/19490976.2022.2078612

【主编评语】非酒精性脂肪肝（NAFLD）与高碳水化合物（HC）摄入有关。Gut Microbes近期发表文章，研究了肠道菌群、胰岛素反应和肝脏脂质从头合成（DNL）之间的相互作用，是否介导了碳水化合物摄入和NAFLD之间的关系。结果表明，高碳水化合物饮食与肠道菌群的改变、糖稳态受损和肝脏DNL基因的上调相关，这些共同促进了NAFLD的发病。（@mildbreeze）

菌群疗法用于改善肝病（综述）

Journal of Hepatology[IF:25.083]

① 肠道通过门静脉连接肝脏，肝脏通过胆汁酸与肠道沟通；② 肝病患者表现为肠道屏障功能障碍和肠道细菌、真菌、病毒和古菌的变化；③ 基于微生物组的疗法对于肝病患者来说是新颖且有吸引力的治疗策略；④ 需要更大规模的随机试验评估益生菌和粪菌移植等非靶向疗法对肝病患者的疗效和安全性；⑤ 工程菌、后生元和噬菌体等靶向疗法主要在临床前模型中进行了试验，它们可精准编辑肠道菌群并改变肝病进程。

Promises of microbiome-based therapies
06-01, doi: 10.1016/j.jhep.2021.12.003

【主编评语】临床前研究表明，肠道菌群参与多种肝病的发病机制，为基于菌群的肝病治疗策略提供了理论基础。Journal of Hepatology近期发表综述，重点总结了目前用于治疗肝病的非靶向疗法（益生菌和粪菌移植）和更加精准的靶向疗法（工程菌、后生菌和噬菌体）的研究进展。文章内容干货不少，推荐相关专业人士学习、参考。（@mildbreeze）

Nature 子刊：人类微生物组中细菌凝集素的功能和多样性

Nature Communications[IF:14.919]

① 报告了人肠道共生拟杆菌相关的凝集素Cbeg4和Cbeg5的特征，凝集素Cbeg5能够与血液和肠道中的骨髓细胞相互作用；② 在小鼠和体外细胞的模型中，凝集素Cbeg5能在外周和肠道白细胞中诱导不同的免疫学反应，这些反应对单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞具有特异性；③ 人肠道菌和宏基因组测序数据的分析显示，有数千个独特的序列被预测可编码凝集素，分布在整个人类微生物组中，并在几乎所有人类相关细菌的基因组中发现，但目前相关研究较少。

Unraveling function and diversity of bacterial lectins in the human microbiome
06-03, doi: 10.1038/s41467-022-29949-3

【主编评语】凝集素是一种非酶类的碳水化合物结合蛋白，所有生物体都将其作为建立生态位、躲避宿主防御和抵御病原体的一部分，但细菌凝集素在人类微生物组中的作用在很大程度上还没有被探索。Nature Communications近期发表的研究，通过对宏基因组衍生的Cbeg5凝集素的研究，发现该凝集素与血液和肠道中的骨髓细胞存在相互作用。并且还发现，人类微生物群含有大量未知和多样化的凝集素编码基因，提示Cbeg5凝集素可能是由凝集素介导的更广阔的宿主-微生物相互作用网络的一部分，人类微生物群编码的凝集素或代表了一个生物学上相关的、功能多样的、但在很大程度上未被研究的效应器家族。（@NL）

系统发育指导的菌群OTU特异性关联测试

Microbiome[IF:14.65]

① 提出系统发育引导的菌群 OTU 特异性关联测试 (POST)，是否借用信息以及从系统发育树中的相邻 OTU 借多少信息由系统发育距离和结果-OTU 关联来监督；② POST 在内核机框架下构建，以适应复杂的 OTU 效应，并将群落水平内核机菌群测试扩展到 OTU 水平；③ 当系统发育树信息丰富时，POST 比现有的 OTU 水平关联测试性能更好；④ 在细菌性阴道病和早产的实际数据应用中，POST 可识别与现有方法相比具有生物学相关性的相似或更多结果相关的 OTU。

Phylogeny-guided microbiome OTU-specific association test (POST)
06-07, doi: 10.1186/s40168-022-01266-3

【主编评语】为了解决系统发育信息整合中的一些挑战，作者提出了系统发育引导的菌群 OTU 特异性关联测试 (POST)，它通过自适应地从系统发育上临近的 OTU 中借用信息来提高目标 OTU 的检测能力。通过广泛的数值研究，作者表明 POST 在识别相关 OTU 方面优于模拟和实际数据应用中的现有方法，并开发了一个用户友好的 R 包 POSTm，可在 CRAN (https://CRAN.R-project.org/package=POSTm) 上免费获得。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

iMeta：南方科技大学揭示微生物可减轻高海拔冻土温室气体排放

iMeta[IF:N/A]

① 本研究使用基于牛津纳米孔技术（ONT）的现场宏基因组测序和基于Illumina RNA-seq的宏转录组测序技术，探究了祁连山多年冻土活动层中的微生物功能；② 作者使用自主开发的ONT数据校正注释工具（FUNpore），检测到的属和基因分别增加了42%和58%；③ 发现甲基单胞菌的好氧氧化作用可作为生物过滤器来减轻冻土的甲烷排放；④ 硝酸盐异化还原为铵（DNRA）途径促进了冻土中氮的闭路循环，并在现场冻土表层观察到了 N2O的消耗。

Microorganisms as bio-filters to mitigate greenhouse gas emissions from high-altitude permafrost revealed by nanopore-based metagenomics
05-08, doi: 10.1002/imt2.24

【主编评语】该文章使用牛津纳米孔宏基因组测序和Illumina高通量RNA-seq技术，以青藏高原祁连山地区的3000、3500和4000米三个不同海拔高度的永久冻土活动层为研究对象，比较了融化期（8月采样）和冻结期（11月采样）的3500米冻土活动层的微生物代谢活动变化，以探究祁连山冻土活动层冻融循环中的微生物功能活性，研究发现冻土融化状态的增加促进了异养氮和甲烷代谢，但甲基单胞菌可以作为生物过滤器来减轻冻土融化过程中的甲烷排放。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）

感谢本期日报的创作者：mildbreeze，青城昊，danny，Dale King，NL，白蓝木，刘永鑫-中科院-宏基因组

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