第2473期：今日Science：细菌如何适应肠道？新分子机制被揭晓
本期话题：相分离，代谢组，外膜囊泡，母体菌群，IL-22，小肠菌群，奶牛，鸡，猪，斑马鱼
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03月17日

Science：共生菌适应宿主肠道的一种新分子机制

Science [IF:63.714]
① 多形拟杆菌（Bt）的转录终止蛋白Rho含有内在无序结构域（IDR），对Bt在小鼠肠道中的适应性很重要；② 在体外，IDR能促进Rho发生液-液相分离，根据盐和蛋白质浓度及RNA的存在而形成液滴；③ 小鼠实验显示，Rho以IDR依赖的方式在Bt中凝聚形成无膜区室（相分离），从而应对碳源不足和肠道环境；④ IDR依赖的相分离能增强Rho的转录终止活性，且对特定基因的转录终止有关键作用；⑤ IDR调控Bt的全局基因表达，包括在肠道内生存所需的一些关键基因。
【主编推荐语】通过操纵肠道菌群来改善宿主健康，具有广阔前景。理解细菌在肠道内定植的机制，可为临床进行菌群干预提供新思路。Science最新发表的这项研究报道了一种增强共生菌在宿主肠道内的适应性的新机制。该研究表明，人类肠道中常见的共生细菌——多形拟杆菌，其转录终止因子Rho能通过发生相分离，控制细菌基因表达，从而促进细菌在小鼠肠道中的适性和定植。（@mildbreeze）
Bacteria require phase separation for fitness in the mammalian gut
2023-03-16, doi:10.1126/science.abn7229
延伸阅读： 【News Medical】 【BioArt】 【生物世界】
肠道定植 肠道共生菌 相分离 Eduardo A Groisman Emilia Krypotou
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Nature子刊：肠道菌群以年龄和性别依赖的方式改变小鼠代谢组

Nature Communications [IF:17.694]
① 选取无菌、12种共生菌定植（OMM12）和SPF的C57BL/6小鼠，检测在3、8和12周龄时胃肠道不同区域、腹腔液、血清、肝脏、脾脏和尿液中的代谢物；② 菌群改变身体多个部位代谢组，胃肠道代谢物浓度差异取决于肠道菌群，在盲肠和结肠中的定植改变大部分代谢物；③ OMM12改变盲肠（49%）和结肠（54%）的代谢物丰度，SPF菌群分别对应调节52%和62%的代谢物；④ 年龄是肝脏和脾脏菌群变异的主要因素，性别对除回肠以外的所有部位代谢物都有重大影响。
【主编推荐语】肠道共生菌群对于哺乳动物新陈代谢十分重要，越来越多的文献表明，肠道菌群组成的变化会对免疫功能、神经调节和疾病进展产生深远影响，其中肠道菌群的代谢物渗透到全身宿主组织，是菌群影响宿主生理的一种机制。卡尔加里大学研究学者在Nature Communications发表最新文章，使用LC-MS研究无菌、共生菌定植、SPF小鼠不同发育阶段整个胃肠道的代谢特征，同时评估了年龄和性别对代谢物谱的影响，揭示微生物组与关键生物变量之间的相互作用。（@RZN）
Microbiota alters the metabolome in an age- and sex- dependent manner in mice
2023-03-11, doi:10.1038/s41467-023-37055-1
延伸阅读： 【News Medical】
肠道菌群 代谢组 研究论文 基础研究 Kathy Mccoy Kirsty Brown
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刘尽尧团队Science子刊：细菌外膜囊泡在调节肠道稳态中的多重作用

Science Advances [IF:14.957]
① Akk菌来源的细菌外膜囊泡（Akk-OMVs）恢复稳态的肠道菌群结构的机制之一是通过选择性融合直接上调有益物种的增殖；② Akk-OMVs通过转移到派氏结，激活B和DC细胞，引发粘膜IgA反应；③ Akk-OMVs通过进入肠上皮细胞刺激紧密连接和粘液的表达来维持肠屏障的完整性；④ 口服Akk-OMVs能够缓解DSS诱导的结肠炎的症状和病理表现；⑤ Akk-OMVs通过调节肠道菌群结构，增强anti-PD1治疗结直肠癌癌症的疗效。
【主编推荐语】上海交通大学的刘尽尧团队在Science Advances发表文章，揭示出细菌外膜囊泡在调节肠道稳态中的多功能性，展示了肠道菌群来源的OMV在肠道生态学中的重要性，为疾病干预和治疗提供了替代靶点。（@章台柳）
Versatility of bacterial outer membrane vesicles in regulating intestinal homeostasis
2023-03-15, doi:10.1126/sciadv.ade5079
细菌外膜囊泡 肠道稳态 Akk Xinyue Wang Jinyao Liu
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刘洋彧团队：母亲产前肠道菌群或对婴儿神经发育很重要

EBioMedicine [IF:11.205]
① 利用了大规模人类研究，通过年龄和发育阶段问卷评估母亲产前和儿童肠道菌群对儿童生命早期神经发育的影响；② 相比孩子的肠道菌群，母亲产前的肠道菌群与孩子1岁内神经发育的相关性更强；③ 母亲产前肠道中的梭杆菌与孩子的高精细运动技能相关，但婴儿肠道中的梭杆菌与低精细运动技能相关；④ 这表明，同一类菌群或在妊娠期和婴儿期发挥不同的作用；⑤ 肠道菌群在预防神经发育障碍方面可作为潜在的治疗干预措施，但不同时机影响不同。
【主编推荐语】人们普遍认为，神经发育的关键时间窗口发生在生命早期，宿主的肠道微生物组在神经发育中发挥着重要作用。最近有证据表明，在小鼠模型中，母体产前肠道微生物组会影响后代的大脑发育。哈佛大学刘洋彧团队近期在EBioMedicine发表文章，对肠道微生物组与神经发育之间联系的关键时间窗口是人类的产前还是产后，进行了探索。（@章台柳）
Revealing the importance of prenatal gut microbiome in offspring neurodevelopment in humans
2023-03-01, doi:10.1016/j.ebiom.2023.104491
神经发育 母体肠道菌群 生命早期肠道菌群 Zheng Sun Yangyu Liu
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IL-22或可作为菌群调节剂，改善肠道菌群并增强芳香烃受体活性

Microbiome [IF:16.837]
① IL-22作为一种菌群调节剂，可改变小鼠胃肠道菌群组成，并伴随微生物代谢L-色氨酸的能力增加；② IL-22治疗的小鼠粪便中细菌衍生的吲哚衍生物增加，并与粪便芳香烃受体（AhR）活性的增加相关；③ 与健康对照相比，溃疡性结肠炎（UC）患者粪便中吲哚衍生物浓度降低，且伴随粪便AhR活性降低；④ 与安慰剂治疗的UC患者相比，外源性IL-22治疗的UC患者粪便中AhR活性和吲哚衍生物浓度均随时间增加。
【主编推荐语】IL-22由芳基烃受体（AhR）信号传导，通过影响抗菌蛋白产生、粘液分泌及上皮细胞分化增殖，在胃肠道屏障功能中发挥关键作用，从而调节肠道菌群。而肠道菌群可以通过合成L-色氨酸（L-Trp）衍生的AhR配体影响IL-22的产生，从而产生宿主-菌群反馈回路。近日，发表在Microbiome上的这篇文章， 为了探索IL-22在反馈回路和溃疡性结肠炎（UC）中的潜在作用，通过观察小鼠和人类外源性IL-22治疗后肠道菌群组成、功能和AhR配体产生的变化，发现IL-22通过改变肠道菌群的组成和功能，增加小鼠和人类AhR的活性。（@圆圈儿）
IL-22 alters gut microbiota composition and function to increase aryl hydrocarbon receptor activity in mice and humans
2023-03-09, doi:10.1186/s40168-023-01486-1
Jordan Samuel Mar
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内源性小肠菌群或可决定发酵乳制品中细菌的短时定植效率

Microbiome [IF:16.837]
① 开展一项随机、交叉、探索性研究，16名回肠造口术者分为发酵乳制品组和安慰剂组，接受3个为期2周的干预期；② 补充鼠李糖乳杆菌CNCM I-3690或嗜热链球菌CNCM I-1630和保加利亚乳杆菌CNCM I-1519的发酵制品会改变小肠菌群组成和功能；③ 干预措施不会影响肠道中SCFAs水平或胃肠道渗透性，对内源性群落的影响可忽略，但对物种组成的影响是高度个性化的，会受到生态系统能量代谢的影响；④ 特征不明显的消化链球菌科与摄入细菌的低丰度正相关。
【主编推荐语】随着测序技术和生物信息学的快速发展，研究人员对肠道菌群的了解主要依赖于粪便样本分析，因此食用发酵食品对小肠菌群的影响及其对宿主平衡的作用在很大程度上没有得到很好表征。近日，瓦格宁根大学研究人员在Microbiome发表最新研究，开展了一项随机、交叉、探索性研究，16名回肠造口术者分为发酵乳制品组和安慰剂组，接受3个为期2周的干预期，发现摄入的细菌是对小肠菌群组成产生干预效果的主要驱动因素，在短时间内其丰度水平是高度个性化的，会受到生态系统能量代谢的影响，而生态系统的能量代谢又会反映在其微生物组成上，值得关注。（@九卿臣）
Endogenous small intestinal microbiome determinants of transient colonisation efficiency by bacteria from fermented dairy products: a randomised controlled trial
2023-03-07, doi:10.1186/s40168-023-01491-4
延伸阅读： 【科学私享】
发酵乳制品 细菌定植 研究论文 基础研究 个性化 内源性微生物群落 微生态系统 随机交叉实验 结肠损伤 Edoardo Zaccaria Tim Klaassen Annick M E Alleleyn Michiel Kleerebezem Freddy J Troost
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浙江大学：脂肪过度分解的围产期奶牛免疫功能受损，或与肠道菌群有关

Microbiome [IF:16.837]
① 围产期奶牛中，过度脂肪分解（HNF）影响产后生理状态，与免疫细胞中功能下调有关；② HNF过程激活了奶牛肠道菌群中次级胆汁酸（SBA）的生物合成途径，粪便中SBA水平增加；③ HNF导致奶牛与细胞迁移吞噬、对细胞因子和病毒的反应相关的单核细胞功能下降，或与血浆中共轭胆汁酸浓度降低导致表达GPBAR1的单核细胞的免疫抑制有关；④ 肠道中拟杆菌OF04−15BH、Paraprevotella clara、Paraprevotella xylaniphila、密螺旋体属JC4与SBA合成有关。
【主编推荐语】围产期（分娩前后3周）是奶牛饲养管理的重要阶段，此时奶牛进食减少、支持泌乳的能量需求增加，导致脂肪组织的脂肪过度分解，容易出现严重的免疫抑制而增加感染或疾病风险。肠道菌群可以调节宿主的免疫和代谢过程，但其在奶牛过度脂肪分解过程中扮演的角色还不甚清楚。浙江大学动物科学学院孙会增团队近日在Microbiome发表研究文章，揭示了过度脂肪分解的围产期奶牛肠道菌群、胆汁酸生物合成功能和单核细胞功能抑制之间的潜在联系，为改善围产期奶牛的饲养管理提供了新的思路。（@芥末）
Gut microbiome is linked to functions of peripheral immune cells in transition cows during excessive lipolysis
2023-03-03, doi:10.1186/s40168-023-01492-3
奶牛 研究论文 肠道菌群 免疫抑制 围产期奶牛 胆汁酸 Fengfei Gu Hui-Zeng Sun
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吉林农大：母鸡自产卵起，便影响着后代的肠道发育与免疫？

Microbiome [IF:16.837]
① 将486只蛋鸡分为对照组和营养干预组（CCAB），发现CCAB干预有利于母体免疫、卵孵化和后代生长；② CCAB组溶菌酶和禽β-防御素水平较高，卵泡中免疫球蛋白水平与母体血清正相关；③ CCAB组胚胎十二指肠、空肠和回肠绒毛高度和隐窝深度增大，后代肠道发育始于胚胎期；④ CCAB组膨大部双歧杆菌富集，母体菌群可从膨大部转移到胚胎肠道再到蛋清；⑤ 转录组分析发现多种与肠道发育和免疫相关的差异表达基因，胚胎肠道菌群与肠道基因表达和发育相关。
【主编推荐语】营养物质会促进动物的免疫功能，母体良好的免疫也有利于后代健康。但母亲的免疫优势是如何转移给她们的后代，受益方式是什么？仍需深入探究。近日，吉林农业大学郑鑫及团队在Microbiome发表最新研究，将486只蛋鸡分为对照组和营养干预组，发现禽类肠道在胚胎期便开始微生物定植，这些微生物大多数溯源于母体生殖道，并且自胚胎期便影响着肠道的基因表达与发育。总之，该研究提出了生殖道菌群是改善动物健康的潜在资源之一，启发了禽类健康养殖的新方向，值得关注。（@九卿臣）
Maternal effects drive intestinal development beginning in the embryonic period on the basis of maternal immune and microbial transfer in chickens
2023-03-03, doi:10.1186/s40168-023-01490-5
延伸阅读： 【植物研究进展】
动物菌群 母体效应 肠道免疫 肠道发育 家禽 Haizhou Gong Xin Zheng
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孔祥峰团队：饲粮纤维对猪的免疫和肠屏障功能有何影响？

Frontiers in Immunology [IF:8.786]
① 桃源黑猪（TB）、湘村黑猪（XB）和杜洛克猪（DR）饲喂高、低膳食纤维（DF）28天；② 低DF，相比DR猪，TB和XB猪血浆中嗜酸性粒细胞数目、比率和淋巴细胞比率更高，中性粒细胞比率更低；③ 高DF（HDF）调节免疫细胞的组成，增加DR猪回肠中的免疫球蛋白和XB猪的回肠紧密连接蛋白，降低TB和XB猪血浆TGF-β水平；④ HDF增强XB猪的屏障功能，增加DR猪的回肠中炎性和抗炎细胞因子；⑤ HDF不影响各组回肠中细胞因子的mRNA表达，可提高TB猪的TRAF6表达。
【主编推荐语】中科院的孔祥峰团队在Frontiers in Immunology发表文章，研究膳食纤维（DF）对不同品种猪（桃源黑猪（TB）、湘村黑猪（XB）和杜洛克猪（DR））的影响。结果显示，DF调节TB和DR猪的血浆免疫细胞，XB猪表现出增强的屏障功能，而DR猪的回肠炎症增加，这表明中国本土猪比DR猪更耐DF。（@章台柳）
Dietary fiber alters immunity and intestinal barrier function of different breeds of growing pigs
2023-02-14, doi:10.3389/fimmu.2023.1104837
膳食纤维 猪 免疫功能 肠屏障功能 Sujuan Ding Xiangfeng Kong
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Cell子刊：悉生斑马鱼单细胞转录组地图集揭示机体对菌群的反应特性

Cell Reports [IF:9.995]
① 使用无菌（GF）斑马鱼幼鱼，在单细胞分辨率下评估脊椎动物机体对菌群的转录反应；② 整个身体不同类型细胞均对菌群产生反应，不仅限于与常驻微生物直接接触的组织；③ 菌群反应性呈细胞类型特异性，又同时能促进不同的细胞增殖、代谢增加，刺激细胞活动多样性；④ 菌群能引起细胞类型特异性ATP代谢基因表达，促进外泌胰腺生长和功能的可塑性；⑤ 菌群刺激不同祖细胞样细胞的增殖和再生程序，无菌情况下生物体表达不活跃的细胞质组织。
【主编推荐语】Cell Reports最新发表的文章，通过对悉生斑马鱼幼鱼机体的单细胞转录组分析，揭示了常驻菌群在刺激组织和细胞发育方面的多种功能。强调了利用单细胞转录组学研究宿主与菌群间互作的优势，并提供了宝贵的菌群反应性基因地图集。（@好雨）
Cell-type-specific responses to the microbiota across all tissues of the larval zebrafish
2023-02-13, doi:10.1016/j.celrep.2023.112095
悉生斑马鱼单细胞转录组 菌群反应基因 研究论文 Michelle S Massaquoi Karen Guillemin
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