第2346期：郭春君等Nature突破：膳食纤维调控免疫的新机制
本期话题：膳食纤维，2型炎症，类风湿性关节炎，压力，疾病诊断，胆汁酸，结肠炎，心血管，细菌定植
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2022年11月03日

郭春君等Nature：菊粉如何通过菌群促进2型炎症？

Nature [IF:69.504]
① 富含菊粉的高纤维饮食可影响小鼠的肠道菌群组成，引起菌群衍生代谢物水平的广泛改变，伴随结肠和肺部的嗜酸性粒细胞增高，提示菊粉可促进2型炎症反应；② 机制上，菊粉改变菌群代谢，通过依赖于肠菌胆盐水解酶的方式，使血液中的胆酸等胆汁酸水平升高，胆酸通过作用于受体FXR上调基质细胞的IL-33表达，从而诱导ILC2生成IL-5，导致嗜酸性粒细胞增多；③ 在定植人类肠道菌群的小鼠中也观察到菊粉的这些效应；④ 菊粉的促2型炎症作用，可加剧过敏原诱导的呼吸道炎症，也可增强抗寄生虫感染的免疫防御。
【主编推荐语】膳食纤维可以通过肠道菌群发酵产生的短链脂肪酸发挥有益的抗炎作用，然而纤维的种类很多，大多数纤维及其菌群衍生代谢物的免疫调节作用仍然不明。Nature最新发表了美国康奈尔大学David Artis, Frank C. Schroeder和郭春君作为共同通讯作者的研究，发现富含可发酵纤维菊粉的饮食可以改变小鼠肠道菌群的组成和代谢，导致胆酸等胆汁酸水平升高，促进以嗜酸性粒细胞升高为特征的黏膜2型炎症反应，从而加剧过敏并增强抗寄生虫免疫。这些发现阐释了膳食纤维如何通过肠道菌群代谢物来发挥免疫调控作用的新机制，也揭示了膳食纤维-菌群-宿主免疫之间相互作用的复杂和多面性。（@mildbreeze）
Inulin fibre promotes microbiota-derived bile acids and type 2 inflammation
2022-11-02, doi:10.1038/s41586-022-05380-y
延伸阅读： 【Medical Xpress】 【奇点网】 【肠道菌群与代谢】 【生物谷】
饮食-菌群-免疫互作 菊粉 膳食纤维 2型炎症 菌群代谢产物 肠道菌群 胆酸 FXR 胆汁酸代谢 黏膜免疫 ChunJun Guo Frank C Schroeder Mohammad Arifuzzaman David Artis
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张烜+刘志华：高纤维饮食+特定肠菌，可加重类风湿性关节炎

Cellular and Molecular Immunology [IF:22.096]
① 从RA患者粪便中分离出一株普雷沃菌P. copri RA，其定植可加重CIA模型小鼠的关节炎；② P. copri RA有独特的多糖降解酶特征，定植该菌的CIA小鼠吃高纤维饮食会进一步加剧关节炎，伴随肠道菌群组成改变（Akk菌科过度生长、拟杆菌科减少）和肠道炎症；③ P. copri RA定植+高纤维饮食使复杂纤维消化后产生过多有机酸，其中有促炎作用的富马酸和琥珀酸等的水平显著升高；④ 琥珀酸可促进巨噬细胞的促炎反应，补充琥珀酸会加剧CIA小鼠关节炎。
【主编推荐语】类风湿性关节炎（RA）患者和模型动物中，都存在肠道菌群的改变。其中，Prevotella copri被发现在RA中富集。这种菌编码特定的碳水化合物活性酶（CAZymes），能有效分解、利用饮食中的纤维和多糖。中国医学科学院北京协和医学院张烜团队与清华大学刘志华团队合作，在Cellular and Molecular Immunology发表最新研究，在胶原蛋白诱导的关节炎（CIA）模型小鼠中，揭示了源自RA患者的一个P. copri菌株如何与高纤维饮食协同作用加剧RA。总之，该研究强调了在评估饮食干预对RA的影响时，一定要考虑肠道菌群失调的具体情况，否则可能适得其反。（@mildbreeze）
A high-fiber diet synergizes with Prevotella copri and exacerbates rheumatoid arthritis
2022-11-02, doi:10.1038/s41423-022-00934-6
饮食-菌群-免疫互作 肠道菌群失调 类风湿性关节炎 高纤维饮食 自身免疫疾病 慢性炎症 菌群代谢产物 琥珀酸 Prevotella copri Zhihua Liu Xuan Zhang Lingjuan Jiang Mengmeng Shang Shengnan Yu
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多吃发酵食品和纤维，可显著降低压力水平

Molecular Psychiatry [IF:13.437]
① 45名成人随机分精神益生饮食组（含益生元和发酵食品）和对照组，干预4周后压力感知减少32%且睡眠质量显著提高；② 实验组干预后水果、蔬菜和发酵食品摄入更高，油炸食品摄入更低；③ 干预饮食坚持度越高、菌群波动率越低的参与者干预后压力感知越低；④ 干预后Blautia wexlerae丰度显著增加，Blautia obeum等显著降低，乙醛酸支路和木糖降解上调，乳酸水平和苏氨酸降解下调；⑤ 40种粪便脂质、尿液色氨酸、血浆犬尿酸等代谢物水平显著改变。
【主编推荐语】越来越多的研究表明，饮食对人类的心理健康有巨大影响，健康合理的饮食甚至可以降低许多常见精神疾病的风险。近日，爱尔兰科克大学的研究人员在Molecular Psychiatry发表最新研究，45名成人随机分为精神益生饮食组（含益生元和发酵食品）和对照组，4周内，严格摄入精神益生饮食执行的志愿者，感到压力水平的降低幅度最大。进一步探究发现精神益生饮食对肠道菌群组成和功能改变程度较低，但显著改变了40种特定的粪便脂质、尿液色氨酸及血浆犬尿酸代谢物水平。总之，摄入特定的精神益生饮食是一种有效应对压力的方法。（@九卿臣）
Feed your microbes to deal with stress: a psychobiotic diet impacts microbial stability and perceived stress in a healthy adult population
2022-10-27, doi:10.1038/s41380-022-01817-y
延伸阅读： 【医诺维】 【新营养】
饮食干预 压力 研究论文 基础研究 发酵食品 代谢物水平 心理疾病 肠道菌群 精神益生饮食 Kirsten Berding John F Cryan
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宁康团队：迁移学习模型或可促进基于微生物的跨区域疾病诊断

Gut [IF:31.793]
① 提出一个集成神经网络和迁移学习的机器学习框架，旨在利用源城市的疾病成熟知识辅助目标城市的疾病诊断；② 利用14个城市的7种代表性疾病数据对3个疾病神经网络（DNN）模型进行评估；③ 迁移DNN模型对城市间疾病的诊断准确性（0.829）显著高于独立DNN模型（0.743）和跨城市的区域DNN模型（0.506）；④ 迁移学习样本比例超过50%，迁移DNN模型即可比独立DNN模型有更高诊断准确性；⑤ 该机器学习框架可识别特定区域微生物及所有区域共享微生物。
【主编推荐语】炎症性肠病人群肠道菌群的异质性具有显著的区域效应，这在很大程度上限制了基于微生物的疾病诊断的跨区域应用。目前，基于微生物的机器学习方法已用于炎症性肠病和2型糖尿病的诊断，但尚无法减轻跨区域效应。近日，华中科技大学宁康及其团队在Gut发表最新研究，将迁移学习引入疾病神经诊断模型，“借用”源城市有关疾病的成熟知识，辅助目标城市进行疾病诊断，提高了人工智能在缺乏目标城市微生物群模式信息时的诊断准确性和稳健性。（@芥末）
Overcoming regional limitations: transfer learning for cross-regional microbial-based diagnosis of diseases
2022-10-28, doi:10.1136/gutjnl-2022-328216
疾病诊断 人工智能 机器学习 迁移学习 研究论文 Nan Wang Kang Ning
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兰平+何真+柯嘉：熊去氧胆酸通过肠道菌群防治结肠炎和结直肠癌

Molecular Therapy [IF:12.91]
① 熊去氧胆酸（UDCA）治疗可增加Akk菌丰度，降低拟杆菌丰度；② UDCA处理可缓解DSS诱导的小鼠结肠炎；③ 通过抗生素消减菌群和粪菌移植实验表明，UDCA对结肠炎的缓解作用依赖于肠道菌群；④ UDCA处理增加黏液层厚度，诱导Akk菌定植；⑤ UDCA处理可上调巨噬细胞胆汁酸受体表达，抑制NF-κB信号通路，促进结肠组织中巨噬细胞往M2型极化；⑥ UDCA可在不同小鼠模型中通过下调炎症和富集Akk菌，进而改善结直肠癌症状。
【主编推荐语】熊去氧胆酸（UDCA）是一种重要的胆汁酸，作为可调节肠道免疫微环境内稳态的重要菌群代谢物，其对结肠炎和结直肠癌发展过程中肠道菌群改变的影响尚不清楚。中山大学医学院附属第六医院兰平、何真、柯嘉与团队近期在Molecular Therapy发表研究性文章，揭示UDCA对结肠炎和结直肠癌中肠道菌群和疾病发生发展的关键作用，为两种疾病的临床防治提供新思路。（@RZN）
Therapeutic role of ursodeoxycholic acid in colitis-associated cancer via gut microbiota modulation
2022-10-28, doi:10.1016/j.ymthe.2022.10.014
熊去氧胆酸 AKK菌 研究论文 啮齿动物（小鼠） DSS结肠炎模型 结直肠癌 Qilang He Jinjie Wu Jia Ke Zhen He Ping Lan
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Nature子刊：土壤仿生材料或可调节菌群，改善结肠炎？

Nature Chemistry [IF:24.274]
① 合成一种类似土壤的“化学系统”，经冷冻、干燥和热压缩步骤自下而上合成，由蒙脱土、淀粉颗粒和液态金属组成；② 通过三维X射线荧光、光学层析成像和电子显微镜成像表征复合材料，确认其与土壤结构相似；③ 土壤仿生材料具有化学、光学和机械响应能力，在电气性能方面有写入-擦除功能，还可增强体外微生物培养/生物膜生长和生物燃料生产；④ 通过喂食土壤仿生材料可增加模型小鼠肠道菌群多样性、恢复肠道菌群紊乱、改善溃疡性结肠炎症状。
【主编推荐语】土壤是庞大微生物群落的栖息环境，土壤孔隙中的独特微环境孕育了非常丰富的微生物群落和良好的材料-生物界面。近日，芝加哥大学田博之、林艺良及团队在Nature Chemistry发表最新研究，设计并合成出一种新型类似土壤的“化学系统”，由蒙脱土、淀粉颗粒和液态金属组成，该系统对机械力、激光和化学溶剂具有良好的动态响应性。通过该土壤仿生材料与微生物互作，不仅在体外可增强生物膜的生长、提高微生物合成化学品产量，在小鼠体内还可调节肠道菌群失调，恢复肠道微生态和治疗溃疡性结肠炎。总之，该研究的土壤仿生材料未来或可作为胃肠道疾病疗法的干预手段之一，值得关注。（@九卿臣）
A soil-inspired dynamically responsive chemical system for microbial modulation
2022-10-24, doi:10.1038/s41557-022-01064-2
土壤仿生材料 结肠炎 研究论文 基础研究 生物化学 微生物群落 啮齿动物（小鼠） 肠炎 Bozhi Tian Yiliang Lin Xiang Gao Jiping Yue Yin Fang
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蔡军等：肺炎克雷伯菌或可导致高血压

Hypertension [IF:9.897]
① 分析3个独立队列的宏基因组测序结果，高血压患者肠道中肺炎克雷伯菌（K.pn）丰度增加；② 口服K.pn导致无菌小鼠舒张压升高、心肌轻度肥厚、肠系膜上动脉收缩增强；③ K.pn造成无菌小鼠肠组织损伤、紧密连接蛋白表达下降，显著改变肠道转录组、高血压发展的保护因子对氧磷酶表达下调；④ K.pn破坏小鼠肠道原有的代谢组，或具有抗炎活性的硬脂酰乙醇胺丰度降低；⑤ 口服K.pn的无菌小鼠肾脏中检测到K.pn，肾脏中高血压发病相关基因表达显著上调。
【主编推荐语】肠道菌群失调与高血压的发生发展有关。有研究表明，高血压患者肠道菌群的丰富度和多样性显著降低，且高血压患者的肠道菌群可以导致小鼠血压升高。但目前尚未发现与高血压直接相关的细菌种类。中国医学科学院阜外医院蔡军、四川大学华西医院Liu Xinyu、暨南大学附属珠海医院牛海涛及其团队近日在Hypertension发表最新研究文章，发现条件致病菌肺炎克雷伯菌在肠道中的富集引起肠道损伤、粪便代谢组改变和细菌肾脏转移，或是血压升高和高血压发病的原因，为探索高血压的防治方法提供了新的思路。（@芥末）
Causality of Opportunistic Pathogen Klebsiella pneumoniae to Hypertension Development
2022-10-19, doi:10.1161/HYPERTENSIONAHA.122.18878
高血压 肺炎克雷伯菌 条件致病菌 肠道 肠道菌群 研究论文 Jing Li Qiannan Gao Haitao Niu Xinyu Liu Jun Cai
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肠道菌群或通过巨噬细胞影响腹主动脉瘤发展

Hypertension [IF:9.897]
① 在血管紧张素II诱导的载脂蛋白E缺陷小鼠的腹主动脉瘤（AAA）模型中，口服（而非腹腔注射）广谱抗生素（AVNM）清除肠道菌群可显著降低AAA发生率和AAA破裂导致的死亡率；② 口服AVNM清除肠道菌群抑制了单核/巨噬细胞在脾脏中的贮存；③ 尽管口服AVNM增加小鼠胆固醇，血管紧张素II诱导的单核/巨噬细胞向主动脉的募集受到显著抑制，或与AAA发生减少有关；④ 腹腔注射模式识别受体的配体NOD1可逆转口服AVNM对单核/巨噬细胞向主动脉募集的抑制。
【主编推荐语】腹主动脉瘤（AAA）是一种以腹主动脉呈瘤样扩张为特征的心血管疾病，瘤体破裂前通常没有明显症状，但瘤体破裂时死亡率极高。免疫细胞在主动脉壁慢性炎症中其关键作用，促进AAA的发生发展。肠道菌群可通过调节宿主的免疫与代谢功能影响动脉粥样硬化等心血管疾病，但菌群与AAA间的关系尚不明确。近日，日本神户大学Tomoya Yamashita及其团队在Hypertension发表文章，发现利用抗生素清除肠道菌群可显著减少血管紧张素II诱导的小鼠AAA，其机制或与菌群影响单核/巨噬细胞向主动脉募集有关，为通过调节肠道菌群治疗AAA提供了可能。（@芥末）
Gut Microbiota Influence the Development of Abdominal Aortic Aneurysm by Suppressing Macrophage Accumulation in Mice
2022-10-12, doi:10.1161/HYPERTENSIONAHA.122.19422
腹主动脉瘤 肠道菌群 巨噬细胞 研究论文 Ryohei Shinohara Hitomi Nakashima Takuo Emoto Tomoya Yamashita
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Cell子刊：菌群定植如何影响斑马鱼肠道细胞的基因表达？

Cell Reports [IF:9.995]
① 存在或不存在微生物组的情况下，分析饲养的斑马鱼幼虫肠道和相关组织的细胞转录组；② 传统斑马鱼肠上皮具有广泛的细胞异质性，包括哺乳动物同源细胞类型，如Best4/Otop2、簇细胞等；③ 通过比较常规和无菌的图谱，绘制微生物对每个细胞群转录活性的影响；④ 揭示宿主对微生物组诱导的细胞特异性反应具有复杂性，包括对模式化、代谢和免疫活性的调节作用；⑤ 例如，菌群的缺乏阻碍了正在发育的脉管系统中的促血管生成信号，导致肠血管受损。
【主编推荐语】肠道菌群的代谢物可直接影响动物宿主的生长、分化和发育，但目前对菌群诱导的细胞特异性反应缺乏系统性的了解。Cell Reports近期发表的文章，通过对常规和无菌条件下饲养的斑马鱼幼虫肠道和相关组织的细胞转录组进行分析，提供了发育中鱼肠道中肠道细胞组成的高分辨率图谱，并详细说明微生物组对每种细胞类型的影响。（@章台柳）
A cell atlas of microbe-responsive processes in the zebrafish intestine
2022-02-01, doi:10.1016/j.celrep.2022.110311
宿主-菌群互作 斑马鱼 肠道 菌群 发育 Reegan J Willms Edan Foley
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H-NS蛋白降解对于细菌表达外源基因及其肠道定植至关重要

PNAS [IF:12.779]
① 通过对hns基因进行诱变，鉴定出一种特定的热稳定拟核结构（H-NS）蛋白突变体；② 该蛋白不仅保留了野生型H-NS蛋白的功能，即可与外源DNA结合并沉默相应基因的表达，而且可抵抗Lon蛋白酶的降解；③ 单独表达该突变体的大肠杆菌不能产生由外源基因编码的生物膜形成所需的curil（一种淀粉样蛋白），因此无法在小鼠肠道定植；④ 综上，H-NS蛋白水解对于细菌表达外源基因及其肠道定植至关重要。
【主编推荐语】细菌进化依赖于水平基因转移（HTGs），必须克服拟核结构蛋白（H-NS）引起的沉默效应才有可能赋予细菌新的特性；肠道细菌具有某些蛋白，可从外源基因中置换H-NS、与H-NS形成非功能性寡聚体并降解H-NS，目前尚不清楚这些机制是否在肠道定植中发挥作用。近日，发表在PNAS上的这篇文章，通过对hns基因进行诱变，鉴定出一种特定的H-NS蛋白突变体，可抵抗Lon蛋白酶的降解，但保留了与外源DNA结合并沉默HTGs的能力，而且单独表达该突变体的大肠杆菌无法在小鼠肠道定植。综上，H-NS蛋白水解对于细菌表达外源基因及其肠道定植至关重要。（@圆圈儿）
Degradation of gene silencer is essential for expression of foreign genes and bacterial colonization of the mammalian gut
2022-09-26, doi:10.1073/pnas.2210239119
肠道定植 Eduardo A Groisman Jeongjoon Choi
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