《自然·医学》综述：用宏组学解开肠菌-饮食-心血管代谢疾病的复杂关系 | 热心肠日报

今天是第2492期日报。

Nature子刊：肠道菌、饮食与心脏代谢疾病的宏组学研究（综述）

Nature Medicine[IF:87.241]

① 宏基因组、宏转录组、宏蛋白组、宏代谢组、单细胞组和培养组、病毒测序以及动物模型等技术极大的推动了肠道菌与心脏代谢病（CMD）的研究，但有效整合组学数据阐明菌群-宿主-饮食的关系仍是挑战；② 饮食直接影响肠道菌组成，应开展饮食干预宏组学研究；③ 饮食中化合物、菌群代谢产物、菌群药物代谢产物的追踪可有效探究饮食-宿主-肠道菌的互作关系；④ 针对CMD肠道菌群干预应关注人群健康、精准营养、益生菌、益生元开发，及粪菌移植领域。

Cardiometabolic health, diet and the gut microbiome: a meta-omics perspective
03-17, doi: 10.1038/s41591-023-02260-4

【主编评语】心脏代谢性疾病（CMD）包括有糖尿病、胰岛素抵抗、心脏病、中风、非酒精性脂肪肝等。随着社会老龄化的较重，CMD已经成为全球引发人类死亡的主要原因之一。除吸烟、喝酒等已经明确的与CMD关联的诱因外，肠道菌群异常与CMD的关系也越来越受到关注。但是由于心脏代谢表型与个人饮食以及肠道菌群的关系表现多维度、多因素的复杂性，因此如何有效理解其潜在互作并进行整合利用仍是巨大的挑战。近期一篇发表在Nature子刊，Nature Medicine上的综述回顾了非靶向的高通量基因组以及应用于微生物群落的分子方法(宏组学方法)，并讨论了其在解决CMD中微生物群落、宿主代谢和饮食之间错综复杂的相互作用问题的潜力。（@Zhonghua）

Cell子刊：口腔微生物组的结构功能和宿主健康（综述）

Cell Host and Microbe[IF:31.316]

① 口腔菌群形成复杂有序的空间结构，物种间存在物理、化学信号系统进行互作，并调节整体功能以及适应环境；② 口腔菌群失调与宿主炎症反应之间的互作可驱动牙周炎的发生；③ 牙龈孤立化学感应细胞可响应细菌代谢物维持菌群稳态；④ 牙周炎状态下的口腔菌群失调可能引起系统性炎症，如结直肠炎、神经性炎症等，还会影响心脑血管疾病、非酒精性脂肪肝和2型糖尿病等合并症；⑤ 补体靶向药物和氧化铁纳米颗粒是口腔菌群失调和牙周炎的潜在疗法。

Oral polymicrobial communities: Assembly, function, and impact on diseases
03-17, doi: 10.1016/j.chom.2023.02.009

【主编评语】这是发表在Cell Host and Microbe,的一份综述工作。作者讨论了口腔微生物组复杂多样的空间构成，以及种内和种间多重互作模式，并以此调节群落整体功能。作者也阐述了口腔菌群失调与牙周炎等口腔疾病的关系，同时菌群失调也会造成超越口腔的系统性影响。作者在最后探讨了针对口腔菌群失调和炎症的潜在治疗策略，包括使用补体靶向药物和氧化铁纳米颗粒。（@Johnson）

徐岩团队：食品发酵中如何进行菌群控制？（综述）

Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety[IF:15.786]

① 以白酒产业为例，“限制控制”使传统工艺难以被替代，维护酿造环境微生物资源的多样性十分重要；② 限制机制的解析与限制程度的量化是提升发酵品质与安全的关键；③ 现代NgeME的核心原理是人为设计天然微生物群的组合以揭示发酵规律、实现特定功能设计控制；④ 现代NgeME在传统发酵领域的策略为自上而下，自下而上与群落融合，可应用于白酒产业；⑤ 通过算法优化，自动化设备和机器人操作设计发酵过程，可实现对发酵功能的精确控制。

Non-gene-editing microbiome engineering of spontaneous food fermentation microbiota—Limitation control, design control, and integration
03-07, doi: 10.1111/1541-4337.13135

【主编评语】目前对食品发酵行业的要求（更高的效率和质量，更低的碳排放）需要对如何控制SFFMs（发酵微生物群）有更深入的了解。Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety发表的来自江南大学徐岩团队+贵州茅台酒厂有限责任公司的综述文章，总结了SFFMs的组成和组装机制，讨论了传统NgeME（非基因编辑微生物组工程）的限制控制策略和原则。通过设计发酵过程，使用数据算法优化人工过程的决策，以及自动匹配设备和机器人操作，可在更低的成本和更短的时间基础上产生更高质量和更稳定的产品。（@NL）

基于宏转录组了解人类健康 （综述）

Trends in Molecular Medicine[IF:15.272]

① 人体微生物是动态和多样化的生态系统，菌群变化和肠道，阴道，口腔等多种疾病相关；② 宏分类组学，宏基因组学，宏转录组学促进对人体微生物的了解，宏转录组帮助我们了解基因表达和识别激活的部分；③ 肠宏转录组促进对肠宏基因组的认识，阴道宏转录组表明Lactobacilli在阴道健康中的作用；④ 宏转录组促进外伤菌群在伤口愈合，口腔健康以及呼吸道疾病诊断中相关功能基因的发掘；⑤ 宏转录组研究表明菌群能作为致癌物且影响癌症治疗效果。

Understanding human health through metatranscriptomics
02-25, doi: 10.1016/j.molmed.2023.02.002

【主编评语】宏转录取提供了一种探究微生物在机体内转录活动的的有效方式，尤其是有利于微生物-疾病相关分析。本文分析了宏转录组在分析人类健康或疾病方面的有利或不利方面，重点关注微生物较少或者微生物紊乱的部位。文章认为，宏基因组的广泛应用和菌群活动相关知识的积累，有助于揭示菌群-机体互作，并为进一步的菌群诊断提供可能。（@Bingbing）

iMeta：郑庆飞团队多组学方法在肿瘤菌群研究中的应用

iMeta[IF:N/A]

① 肿瘤菌群在癌症发生、发展、转移和治疗中扮演着重要角色，微生物、肿瘤细胞和免疫细胞之间的相互作用可以极大地影响肿瘤微环境；② 肿瘤菌群具有成为癌症早期诊断和治疗靶标的巨大潜力；③ 多组学方法（基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学）是研究肿瘤菌群的有力手段，促进了在中心法则不同水平的理解；④ 多组学将对肿瘤菌群的未来研究产生巨大影响；⑤ 单细胞多组学技术的发展将推动肿瘤菌群领域的进步。

Applying multi-omics toward tumor microbiome research
01-09, doi: 10.1002/imt2.73

【主编评语】多组学（尤其是单细胞组学）将对未来微生物与肿瘤微环境相互作用的研究产生巨大影响。俄亥俄州立大学郑庆飞团队近期在iMeta发表综述，系统总结了多组学的研究进展及其在肿瘤菌群研究中的现有和潜在应用，为研究者提供了一个可供参考的组学工具箱。由于肿瘤内微生物的低生物量和肿瘤微环境的异质性，单细胞多组学将成为肿瘤菌群研究中最有力的工具，尽管在开发相应的方法学方面还有很长的路要走。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）

瑞金医院：肠道菌群和代谢特征的改变与脓毒症进展相关？

Critical Care[IF:19.334]

① 纳入38名脓毒症患者和19名健康人，患者肠道中共生菌群被破坏，动物实验也发现了类似现象；② 拟杆菌属负担高的患者（尤其是普通拟杆菌），急性生理学和慢性健康评估II评分更高，在重症监护病房停留时间更长；③ 采用盲肠结扎穿孔术构建大鼠脓毒症模型，转录组分析发现肠球菌属和拟杆菌属与差异表达基因的相关谱不同，提示这两种细菌在脓毒症中作用明显不同；④ 相比健康对照组，脓毒症患者氨基酸代谢出现紊乱，并与脓毒症严重程度密切相关。

Altered intestinal microbiome and metabolome correspond to the clinical outcome of sepsis
03-28, doi: 10.1186/s13054-023-04412-x

【主编评语】肠道微生物组在败血症的进展中起着关键作用。然而，肠道菌群及其代谢产物参与脓毒症过程的具体机制尚不明确，这限制了其转化应用。近日，瑞金医院毛恩强、彭奕冰、赵冰及团队在Critical Care发表最新研究，通过人群对照试验和动物模型验证，发现肠道菌群和代谢特征的改变与脓毒症进展密切相关，值得关注。（@九卿臣）

中科院动物所：环境太拥挤，肠道菌群或会加速衰老进程？

Advanced Science[IF:17.521]

① 在实验室环境下设置不同的笼养密度处理组，发现高密度拥挤会显著增加血清皮质酮水平和田鼠社会压力、减少端粒长度、加速衰老过程和DNA损伤、缩短寿命；② 高密度组处理降低了有益菌种类和丰度，增加致病菌比例，改变肠道菌群组成，导致短链脂肪酸含量下降；③ 不同住宅密度的供体田鼠粪便菌群移植会引起受体田鼠出现类似的衰老相关过程；④ 通过高密度处理消除和补充丁酸可显著下调田鼠社群压力、抑制NF-κB和COX-2通路、缓解衰老相关过程。

Gut Microbiota is Associated with Aging-Related Processes of a Small Mammal Species under High-Density Crowding Stress
03-25, doi: 10.1002/advs.202205346

【主编评语】多项研究表明，高密度拥挤会增加社会压力，加速人或动物的衰老，导致人较早出现白发或脱发、或动物寿命缩短。肠道菌群可能参与其衰老调节过程的调节，但目前关于肠道菌群如何参与高密度拥挤下动物衰老过程的调控尚不清楚。近日，中科院动物所张知彬及团队在Advanced Science发表最新研究，高密度饲养可加速布氏田鼠的衰老，缩短其寿命，肠道菌群在密度拥挤加速宿主衰老中发挥着重要作用，通过高密度消除或改善肠道环境可减缓宿主衰老过程。总之，该研究对于揭示鼠类种群调控机制和鼠害控制提供了新见解，值得关注。（@九卿臣）

国内团队：中药复方八味败毒散通过肠道菌群缓解脓毒症引起的肝损伤

Acta Pharmaceutica Sinica B[IF:14.903]

① 八味败毒散延长脓毒症小鼠存活期，抑制促炎细胞因子分泌，上调IL-10，缓解脓毒症引起的肝损伤（SILI）；② 八味败毒散激活M2巨噬细胞，抑制M1巨噬细胞，增加乳杆菌丰度并改善肠道屏障功能；③ 八味败毒散可选择性促进脓毒症小鼠约氏乳杆菌生长；④ 约氏乳杆菌通过增加巨噬细胞抗炎活性，促进M2型巨噬细胞释放IL-10和增强肠道完整性，缓解SILI；⑤ 热失活约氏乳杆菌可促进巨噬细胞抗炎活性，减轻SILI症状，可能与细胞膜上成分有关。

Herbal formula BaWeiBaiDuSan alleviates polymicrobial sepsis-induced liver injury via increasing the gut microbiota Lactobacillus johnsonii and regulating macrophage anti-inflammatory activity in mice
2022-10-22, doi: 10.1016/j.apsb.2022.10.016

【主编评语】中药复方八味败毒散是从八种传统中药（人参、百合、黄精、金银花、沙棘、杏仁、桔梗和柏皮）提取的有效成分。脓毒症是一种全身器官功能障碍并危及生命的严重感染性疾病，肝脏是脓毒症最常见的损伤器官，肠道菌群在脓毒症引起的肝损伤（SILI）中起着至关重要的作用。然而，八味败毒散在脓毒症中的治疗效果尚不清楚。APSB最新发表了由澳门大学健康科学院梁丽娴教授、广州中医药大学第二附属医院（广东省中医院）中医湿证国家重点实验室谢莹教授和北京中医药大学信息中心陈建新教授共通讯的研究，应用网络药理学探究八味败毒散是否可以通过调节肠道菌群来逆转脓毒症引起的肝损伤。结果表明，八味败毒散通过增加小鼠肠道中约氏乳杆菌来缓解SILI，有助于维持肠道完整性并促进小鼠巨噬细胞的抗炎活性。（@RZN）

如何预测微生物组动力学？

Microbiome[IF:16.837]

① 对48个实验微生物群进行110天的监测，观察群落变化，包括崩溃和成分的逐渐变化；② 实验微生物组表现出不同类型的动力学，取决于源接种物和培养基；③ 通过时间序列观察到的群落突变可以描述为“替代稳定状态”或复杂吸引子周围动力学之间的转变；④ 85%微生物种群表现出非线性行为，在微生物种群中非线性动力学优于线性动力学；⑤ 借助统计物理学的“能量景观”分析或稳定性分析定义的诊断阈值，成功地预测微生物组结构的崩溃非线性力学指标。

Alternative stable states, nonlinear behavior, and predictability of microbiome dynamics
03-29, doi: 10.1186/s40168-023-01474-5

【主编评语】微生物组动力学是人类健康、农业产出和工业生物应用的关键指标和潜在驱动因素。然而，预测微生物组动力学非常困难，因为群落经常表现出突然的结构变化，例如人类微生物组的“微生态失调”。Microbiome近期发表的文章，对微生物群落的动力学进行模拟分析，发现通过将经典生态学概念扩展到物种丰富的微生物系统的规模，可以预测复杂微生物群落中的突发微生物组事件。（@章台柳）

如何利用芯片研究牙龈缝隙液流动和宿主-口腔微生物组互作？

Advanced healthcare materials[IF:11.092]

① 构建“牙龈缝隙芯片”微流体平台，模拟牙龈缝隙液 (GCF)流动，培养等效牙龈结缔组织(CTE)；② CTE生长良好，具有独特的成纤维细胞类型及细胞外基质；③ 口腔链球菌在芯片上共培养，菌株能够定植，在组织-微生物组界面可形成生物膜样结构等；④ 在芯片培养过程中，用TLR-2激动剂或牙周病原体具核梭杆菌处理CTEs，显示了利用该芯片模拟早期牙龈炎症的潜力；⑤ 诱导模拟的GCF流向细菌前端，能够减弱炎症因子的分泌，证明了GCF的保护作用。

Modeling Crevicular Fluid Flow and Host-Oral Microbiome Interactions in a Gingival Crevice-on-Chip
2022-11-17, doi: 10.1002/adhm.202202376

【主编评语】牙龈缝和牙龈缝液（GCF）的流动在牙龈-口腔微生物组互作中起着关键作用。然而，目前可用的体外临床前模型在很大程度上忽略了牙龈微环境的动态性质，从而限制了牙周治疗药物的开发进度。Advanced healthcare materials发表的研究，构建了一个“牙龈缝隙芯片"微流控装置，由一个中心室（牙龈室）和两侧的微流控通道（代表代表组织液）构成。牙龈室可以进行等效牙龈结缔组织(CTE）的三维培养。通过静水压力驱动的介质从组织液到牙缝通道的流动，模拟代表GCF流动的单向间流。利用该体外模型，可为研究牙周病中复杂的宿主-微生物相互作用，以及在接近生理条件下开发牙周治疗药物提供新的探索平台。（@NL）

感谢本期日报的创作者：DM，往、昔℡，YANG WEI，刘永鑫-农科院-宏基因组，九卿臣，Zzz，RZN，Sunflower

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