第2298期：Cell和Science聚焦肠道菌群，详解多发性硬化+人菌共演化
本期话题：多发性硬化，共多样化，IBD，新冠，塑料降解，粘蛋白，食源性病原体，IgA节律，微生物生态学
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2022年09月16日

Cell：大规模家庭内配对研究，助力揭示多发性硬化与肠道菌群的关系

Cell [IF:64.5]
① 一项多中心研究，纳入576对（1152人）多发性硬化（MS）患者及其同住的无亲缘关系的健康对照，分析肠道菌群；② MS患者中，嗜黏蛋白阿克曼菌等16个物种显著增多，普氏粪杆菌等7个物种显著减少；③ 植酸盐降解途径在未治疗的MS患者中富集，而产丙酮酸的碳水化合物代谢途径减少；④ 疾病修正治疗影响患者菌群的组成和功能及代谢物，且因疗法而异，干扰素-β的疗效可能部分与SCFA转运体上调有关；⑤ 未治疗的MS患者与健康对照有不同的微生物网络。
【主编推荐语】多发性硬化（MS）是一种中枢神经系统的自身免疫疾病，以脱髓鞘、轴突损伤和进行性神经残疾为特征。MS的病因尚不明确，与遗传和环境因素都有关。近年研究显示，肠道菌群也与MS相关，且可能参与MS的发生发展。然而这些研究大多样本量相对较小，且对混杂因素的评估也可能不够充分。为了克服这些挑战，国际多发性硬化微生物组研究（iMSMS）团队，开展了一项大型多中心研究，纳入了576对MS患者及其无遗传关联的家庭健康对照的配对，揭示了MS患者肠道菌群的组成变化、微生物间互作，以及治疗和饮食对菌群的影响，为探索肠道菌群与MS的关系和在疾病发生发展中的作用机制，提供了大量数据和新线索。相关成果已于Cell发表，值得专业人士关注。（@mildbreeze）
Gut microbiome of multiple sclerosis patients and paired household healthy controls reveal associations with disease risk and course
2022-09-15, doi:10.1016/j.cell.2022.08.021
延伸阅读： 【Cell】 【News Medical】 【微生态研究】 【BioArt】 【生物通】
多发性硬化 肠道菌群 Xiaoyuan Zhou Sergio E Baranzini
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Science：肠菌与人类的共同演化

Science [IF:56.9]
① 纳入欧洲、亚洲和非洲的1225人，分析配对的人基因组和肠道菌群，评估人类与59种肠菌间的共同演化（共多样化）；② 36种肠菌的菌株演化平行于人类的系统发生，厚壁菌门物种与人之间的共多样化较强，而拟杆菌门物种较弱；③ 在国家之间和国家内部人群（包括儿童）中都存在肠菌的共多样化现象，并能反映人类离开非洲的迁移模式；④ 共多样化程度高的肠菌物种演化出对宿主依赖的特征，包括细菌基因组减少以及对氧气和温度的敏感性。
【主编推荐语】肠道菌群中，很多微生物物种都伴随人类发生长期的共同演化（共多样化），Science最新发表来自德国马克斯·普朗克生物研究所Ruth E. Ley团队的研究，大规模评估了人与59种人肠道菌（细菌、古菌）的菌株的共多样化情况，鉴定出与人类共同演化的几十个菌种，以及这些与宿主共演化的肠菌之间的共性特征。这些发现对于深入理解人类与微生物的共生关系和共同演化有重要价值，也提示在研究肠道菌群介导的疾病表型中，要特别关注人群特异性菌株的潜在作用。（@mildbreeze）
Codiversification of gut microbiota with humans
2022-09-15, doi:10.1126/science.abm7759
延伸阅读： 【Science】 【ScienceAAAS】 【News Medical】 【ScienceDaily】 【人体微生物组与健康】 【BioArt】
肠道菌群 共演化 Ruth E Ley Taichi A Suzuki J Liam Fitzstevens
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刘占举团队：调控肠道巨噬细胞成熟的关键分子，为IBD治疗提供新视角

Gut [IF:24.5]
① 肠道巨噬细胞缺失MCPIP1促进巨噬细胞迁移和向M1样极化，抑制巨噬细胞成熟，导致肠上皮完整性受损，加剧肠道炎症；② MCPIP1依赖抑制Atf3-Ap1s2轴的方式调控巨噬细胞的极化和迁移，并抑制巨噬细胞成熟，导致肠道炎症加重；③ 阻断ATF3或AP1S2可挽救Mcpip1缺失导致的巨噬细胞迁移能力和M1巨噬细胞极化表型，并促进巨噬细胞成熟而缓解结肠炎；④ MCPIP1、ATF3和AP1S2在IBD样本中高表达，阻断ATF3或AP1S2抑制了M1样巨噬细胞极化和促炎因子产生。
【主编推荐语】单核细胞趋化蛋白-1诱导蛋白1 (MCPIP1)在炎症性肠病的黏膜中高表达，但其调控肠道巨噬细胞功能的潜在机制尚不清楚。近日同济大学附属第十人民医院的刘占举教授团队在Gut发表文章，发现MCPIP1可以调控肠道中巨噬细胞的分化过程和功能，首次阐明实验性结肠炎和IBD患者中MCPIP1与单核-巨噬细胞分化之间的因果关系，并阐明了MCPIP1调控巨噬细胞分化的新分子途径，这一发现或为IBD患者的治疗提供新的策略。（@MD）
MCPIP1 restrains mucosal inflammation by orchestrating the intestinal monocyte to macrophage maturation via an ATF3-AP1S2 axis
2022-09-08, doi:10.1136/gutjnl-2022-327183
IBD治疗 巨噬细胞 肠粘膜炎症 单核细胞 研究论文 Huiying Lu Cui Zhang Wei Wu Zhanju Liu
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杨仕明+赵方庆+李忠俊：肠道菌群与新冠疫苗应答间的关联

Cell Reports Medicine [IF:14.3]
① 纳入207名接种BBIBP-CorV疫苗的参与者，发现参与者产生抗体反应前后的肠道菌群组成显著不同，且菌群功能特征如SCFAs(短链脂肪酸)合成和碳水化合物降解等过程发生改变；② 参与者的淋巴细胞，T细胞比例和IL-8浓度等在注射疫苗后与疫苗应答呈正相关，而氮化合物代谢等与疫苗应答呈负相关；③ 对疫苗表现出高抗体反应组参与者的血清和粪便中的SCFAs水平明显高于低抗体反应组，且其SCFAs的水平与抗体的应答水平呈正相关。
【主编推荐语】肠道菌群及其代谢功能可能在新冠疫苗的免疫中发挥关键作用。近日，第三军医大学新桥医院杨仕明、李忠俊和中科院北京生命科学研究院的赵方庆团队联合发表在Cell Reports Medicine的一项最新研究表明，接种BBIBP-CorV疫苗伴随肠道菌群组成和相关功能特征的改变，该研究强调肠道菌群的功能和BBIBP-CorV疫苗应答之间的潜在联系，为进一步探索肠道菌群调控以提高COVID-19疫苗的疗效提供了证据。（@MD）
Correlation of gut microbiota and metabolic functions with the antibody response to the BBIBP-CorV vaccine
2022-09-12, doi:10.1016/j.xcrm.2022.100752
COVID-19 疫苗应答 肠道菌群 短链脂肪酸（SCFA） Bo Tang Li Tang Wei He Xingyu Jiang Changjiang Hu Zhongjun Li Fangqing Zhao Shiming Yang
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鞠峰团队Nature子刊：从昆虫肠道中锁定降解塑料的微生物

Nature Communications [IF:16.6]
① 草地贪夜蛾幼虫能以聚氯乙烯（PVC）膜为食，伴随肠道菌群组成改变；② 从幼虫肠道中分离出一株克雷伯菌（EMBL-1），与栖异地克雷伯菌同源性99%，能解聚PVC并利用PVC作为唯一能量来源；③ 通过多组学分析，鉴定出EMBL-1中参与PVC生物降解的潜在基因和蛋白（涉及过氧化氢酶-过氧化物酶等多种酶），并推测出PVC生物降解途径（涉及对非生物因素的应答、胞外酶解聚、降解副产物的胞内代谢）；④ 酶学测定表明过氧化氢酶-过氧化物酶参与PVC解聚。
【主编推荐语】塑料垃圾给地球环境造成了巨大的负担，通过微生物实现对塑料的生物降解是一个重要的研究课题。西湖大学鞠峰团队近期在Nature Communications发表研究，从一种昆虫幼虫中分离出一株可降解聚氯乙烯的肠道菌，并通过多组学方法分析鉴定了其降解PVC的潜在途径和酶。（@mildbreeze）
Polyvinyl chloride degradation by a bacterium isolated from the gut of insect larvae
2022-09-12, doi:10.1038/s41467-022-32903-y
昆虫肠道菌群 塑料生物降解能力 Zhe Zhang Feng Ju
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张宏福等：粘蛋白O-聚糖-菌群轴可调控肠道稳态

Microbiome [IF:15.5]
① 腹泻导致仔猪菌群失调、结肠黏液层破坏变薄以及黏蛋白O-聚糖异常如酸性聚糖减少和结构无法延长，导致肠道微环境受损；② 腹泻发作、菌群改变和细菌易位，导致肠道上皮屏障完整性受损、炎症易感性增强以及轻度生长迟缓；③ 与健康仔猪相比，腹泻仔猪中NLRP3炎性小体激活，触发促炎因子IL-1β和IL-18释放，并抑制自噬小体形成如LC3A/B II减少和p62积累；④ 3-MA通过抑制自噬途径可显著降低杯状细胞中特异性基因的转录。
【主编推荐语】肠上皮细胞与菌群相互调节以维持肠道稳态和控制炎症，然而目前关于腹泻病与异常粘蛋白O-聚糖的相关性尚不清楚。近日中国农业科学院张宏福团队联合国外实验室在Microbiome上发表文章，利用断奶仔猪腹泻模型研究了菌群、粘蛋白O-聚糖间的关系及其对腹泻期间肠道稳态的影响，发现腹泻病可导致异常的粘蛋白O-糖基化谱、肠道菌群失调以及粘膜屏障功能受损，从而导致肠道微环境受损。这项研究有助于了解人类婴儿腹泻的疾病机制，并为开发新的有效疗法提供新策略。（@圆圈儿）
Mucin O-glycan-microbiota axis orchestrates gut homeostasis in a diarrheal pig model
2022-08-31, doi:10.1186/s40168-022-01326-8
延伸阅读： 【中国农业科学院】
肠道菌群 黏液层 猪 粘蛋白O-聚糖 Bing Xia Ruqing Zhong Xin Zhao Hongfu Zhang
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扈庆华+崔玉军+杨瑞馥Nature子刊：数据驱动的食源性病原菌防控网

Nature Microbiology [IF:28.3]
① 对2002-2018年源自中国深圳的3642株副溶血弧菌进行基因组和流行病学数据分析；② 按分离间隔小于1个月和基因组差异≤6个SNP，71%的患者分离株被分为370个爆发簇；③ 70%的爆发簇在基因组上相互关联，说明隐藏的储库是大部分疫情爆发的源头；④ 与爆发簇相关患者数约为食源性疾病暴发监测网报道的3倍，表明传统监测对疫情暴发的严重低估；⑤ 系统地理学分析揭示了沿海地区是潜在的疫情热点，也是跨区传播事件的枢纽和主要来源。
【主编推荐语】食源性疾病对公众健康和福祉具有重大和持久的威胁，然而，传统的食源性疾病暴发监测在面临疫情时却处于被动状态，因为其主要通过聚集性病例的通报触发，难以发现小规模、长时间或跨区域的暴发。深圳市疾控中心扈庆华携手北京微生物流行病研究所杨瑞馥和崔玉军团队与合作者在Nature Microbiology发表文章，通过整合深圳市17年来副溶血弧菌的基因组和流行病学大数据，建立了一张以“数据驱动”的监控网，以挖掘隐性疫情、可能的持久性隐藏储库、传播网络及其枢纽和源头，颠覆了散发患者和独立的点源暴发是食源性感染主要来源的传统认知，该研究不仅为副溶血弧菌的防控提供了有效模型，也为其它食源性病原监测网络的编织提供了新视角。（@青城昊）
Outbreak dynamics of foodborne pathogen Vibrio parahaemolyticus over a seventeen year period implies hidden reservoirs
2022-08-02, doi:10.1038/s41564-022-01182-0
延伸阅读： 【军事医学研究】
副溶血弧菌 基因组流行病学 Chao Yang Yinghui Li Ruifu Yang Yujun Cui Qinghua Hu
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Science子刊：肠道IgA的节律性驱动宿主-微生物共生互作

Science Immunology [IF:24.8]
① 肠道IgA分泌量、IgA+浆细胞（PC）转录组等呈节律性变化，受生物钟、昼夜节律调节；② 同时IgA反应的震荡节律受饲喂时间这一授时因子影响；③ IgA+ PC中关键生物钟基因Arntl、Nr1d1和 Per2震荡表达，敲除Arntl破坏PC细胞节律，但不影响IgA分泌；④ 采用IgA缺失小鼠模型揭示了一组相应失去昼夜节律的“节律”细菌，包括Helicobacter和Bilophila等；⑤ IgA不但影响菌群组成，还可通过影响细菌代谢活性及其相关转录功能，改变宿主-微生物互作共生。
【主编推荐语】肠道菌群、黏膜免疫系统和饮食之间的复杂互作是决定宿主炎症反应、代谢和生理病理的关键。Science Immunology最新发表的文章研究了黏膜免疫IgA的生物节律变化对宿主-微生物互作间的调节功能，提出该调节可能是进化过程中能量、营养优化利用的结果。（@好雨）
Rhythmicity of intestinal IgA responses confers oscillatory commensal microbiota mutualism
2022-09-02, doi:10.1126/sciimmunol.abk2541
延伸阅读： 【Nature Reviews Immunology】
肠道IgA节律 饮食-宿主-菌群互作 研究论文 Hugo A Penny Rita G Domingues Matthew R Hepworth
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Nature子刊：区域划分如何影响微生物群落动态

Nature Chemical Biology [IF:14.8]
① 不同空间里生存着各自的“土著”微生物群落，隐含维持微生物多样性的一般机制；② 通过从简单到复杂的微生物群落的建模和定量实验，发现区域的存在可促进由负相互作用主导的群落稳定发展，而抑制由正相互作用主导的群落形成；③ 由正负交互作用共同主导的微生物群落，其多样性在区域划分水平中等时最高；④ 群落的动态受局部相互作用类型和全局相互作用强度的共同调节，有望通过调节空间划分来控制微生物群落结构。
【主编推荐语】微生物群落栖息的空间结构将全局环境划分为孤立或半孤立的局部环境，例如：一个个肠道隐窝将连续的肠上皮黏膜划分为多个半分隔的区域，这导致栖息于肠黏膜上的菌群也被分割为多个/大量的局部群落。这种空间分割对微生物群落的结构和动态的影响，尚不清楚。Nature Chemical Biology发表的这项研究对这一问题进行了探索，结合建模和定量实验，揭示了空间分割对微生物群落生物多样性的影响和机制。（@mildbreeze）
Modulation of microbial community dynamics by spatial partitioning
2022-02-10, doi:10.1038/s41589-021-00961-w
微生物生态学 Feilun Wu Lingchong You
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