第2637期：今日Nature：改善胰岛素抵抗？关键肠菌被锁定
本期话题：胰岛素抵抗，肥胖，抗生素，肠屏障，生信，肠癌筛查，膳食碳水化合物，合生制剂
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08月31日

Nature：肠菌对碳水化合物的代谢，可影响胰岛素抵抗

Nature [IF:64.8]
① 纳入306名受试者，结合多组学方法和临床数据，分析肠道菌群与胰岛素抵抗（IR）的关系；② 粪便碳水化合物（尤其宿主可用的单糖）在IR患者中增多，并与微生物碳水化合物代谢和宿主血浆炎症细胞因子相关；③ Dorea和Blautia等细菌与IR相关，Alistipes和拟杆菌属等细菌与胰岛素敏感（IS）相关，这些菌有不同的碳水化合物代谢模式；④ 小鼠模型中，IS相关细菌（如A. indistinctus）可减少肠道中可用的碳水化合物（如果糖），降低血糖，改善IR。
【主编推荐语】肠道菌群参与调控宿主代谢，并糖尿病、肥胖等代谢性疾病密切相关，然而其机制仍待挖掘。Nature最新发表的这项研究，通过多组学方法（粪便代谢组和宏基因组、宿主代谢组和转录组）分析临床样本，结合小鼠实验验证，发现粪便碳水化合物——尤其宿主可及的单糖（如果糖），在胰岛素抵抗的个体中增多，并与肠道菌群的碳水化合物代谢以及宿主的低度炎症（炎症细胞因子）相关，而某些与胰岛素敏感相关的肠菌或能通过消耗宿主可及的碳水化合物，改善胰岛素抵抗表型。这些发现揭示了肠道菌群的碳水化合物代谢作用对宿主胰岛素抵抗的影响，为糖尿病等代谢性疾病的干预提供了新的靶点和思路。（@mildbreeze）
Gut microbial carbohydrate metabolism contributes to insulin resistance
2023-08-30, doi:10.1038/s41586-023-06466-x
延伸阅读： 【Medical Xpress】 【生物世界】 【学术经纬】 【ASBIOS】 【News Medical】 【Nature Reviews Microbiology】 【Nature Reviews Endocrinology】
代谢 代谢组学 肠道菌群 碳水化合物代谢 胰岛素抵抗 2型糖尿病 细胞因子 Tadashi Takeuchi Tetsuya Kubota Hiroshi Ohno
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Nature子刊：肠道菌群和粪便短链脂肪酸与肥胖之间的关系

Nature Communications [IF:16.6]
① 针对来自加纳、南非、牙买加、塞舌尔和美国的1904名非洲裔成年人，研究肠道菌群、粪便SCFA与肥胖的关系；② 微生物群多样性和粪便SCFA浓度在加纳人最高、美国人最低；③ 粪便SCFA浓度、微生物多样性和SCFA产生菌降低与肥胖负相关，参与者原籍国是解释这趋势的主要因素；④ 全球微生物分类特征可以总体上相对准确预测糖尿病、血糖、高血压、肥胖和性别，但国家层面内只能实现性别预测；⑤ 糖尿病、血糖和高血压的预测仅在某些低收入国家准确。
【主编推荐语】Nature Communications近期发表的文章，发现与高收入国家相比，中低收入国家中与肥胖相关的微生物群差异不同。（@章台柳）
Gut microbiota and fecal short chain fatty acids differ with adiposity and country of origin: the METS-microbiome study
2023-08-24, doi:10.1038/s41467-023-40874-x
肥胖 肠道菌群 粪便短链脂肪酸 Lara R Dugas Jack A Gilbert Gertrude Ecklu-Mensah Candice Choo-Kang
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Nature子刊：抗生素如何促进耐碳青霉烯肠杆菌科在肠道的生长

Nature Communications [IF:16.6]
① 促耐碳青霉烯肠杆菌（CRE）定植的抗生素处理导致人类特定粪便菌群丰度降低，营养物质富集，抑制性微生物代谢物浓度降低；② CRE菌株能够利用富集的营养物质作为碳氮源进行生长,有氧情况下生长水平高；③ 这些营养物质在抗生素处理小鼠的粪便中增加，但CRE的定植会消耗以促进其生长；④ 某些代谢物（抗生素处理后减少）可抑制CRE的生长；⑤ 抗生素处理导致一些肠道共生菌减少，通过富集营养和删除微生物代谢物，促进CRE的定植。
【主编推荐语】肠道是耐碳青霉烯肠杆菌（CRE）的主要定植位点，CRE可引起侵袭性感染（如血液感染）。广谱抗生素破坏肠道微生物群介导的定植抵抗，促进CRE在肠道内的扩张。Nature Communications近期发表的文章，发现抗生素处理导致一些肠道共生菌减少，通过富集营养和删除微生物代谢物，促进CRE的定植。（@章台柳）
Antibiotics promote intestinal growth of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae by enriching nutrients and depleting microbial metabolites
2023-08-22, doi:10.1038/s41467-023-40872-z
抗生素 耐碳青霉烯肠杆菌 Alexander Y G Yip Julie A K McDonald
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国内团队Nature子刊：衰老影响肠道屏障完整性的分子机制

Nature Aging [IF:16.6]
① 在衰老过程中，秀丽隐杆线虫内吞循环调控因子RAB-10/Rab10的功能活性降低，导致其肠道粘附连接受损；② 机制上，SDPN-1/PACSINs在衰老动物中表达上调，通过与DENN-4/GEF竞争以抑制RAB-10的激活；③ SDPN-1敲低可减轻与年龄相关的粘附连接完整性和肠屏障通透性异常；④ SDPN-1对RAB-10的抑制作用需要KGB-1/JUN激酶，并通过改变SDPN-1寡聚状态来增强其抑制功能。
【主编推荐语】与年龄相关的肠道屏障完整性下降可导致各种生理紊乱，粘附连接在调节肠道通透性方面发挥着至关重要的作用，它们的正确组装取决于内吞再循环，然而衰老如何影响回收效率以及粘附连接完整性仍不清楚。近日，华中科技大学史岸冰、刘行团队联合在Nature Aging上发表文章，通过检查内吞循环中与年龄相关的变化，揭示了衰老如何影响肠道屏障通透性。（@圆圈儿）
Age-associated decline in RAB-10 efficacy impairs intestinal barrier integrity
2023-08-28, doi:10.1038/s43587-023-00475-1
延伸阅读： 【iNature】 【Nature Aging】 【BioArt】 【生物世界】 【生物谷】
Anbing Shi Hang Liu Jing Zhang
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国内团队：宏蛋白质组数据分析利器—metaSpectraST

Microbiome [IF:15.5]
① metaSpectraST是一个不依赖数据库的宏蛋白质组学工作流程，可基于相似性聚类观察到的质谱信息对样本进行定量描述和比较分析；② 利用metaSpectraST分析了断奶后幼鼠肠菌结构，可成功地按时序关系对样本进行聚类，并区分出不同母鼠所生小鼠的样本；③ metaSpectraST也可准确地对不同海域、不同时间的海洋微生物群样本进行聚类，展示出不同样本在蛋白质组水平上的差异；④ metaSpectraST在样本区分和检测细微变化上优于传统宏蛋白质组学工具。
【主编推荐语】目前，研究人员大多采用宏基因组学的方法对菌群进行研究，但其只能提供菌群的物种信息和由基因序列推测的潜在生物学功能，并不能准确地反映出菌群的实时功能变化。而宏蛋白质组学可通过分析鉴定菌群内所有微生物产生的蛋白来获取菌群的物种和生物学功能信息。近日，香港科技大学Henry Lam和香港城市大学Patrick K. H. Lee与团队在Microbiome发表最新研究，开发了一种基于无监督聚类的非数据库依赖型宏蛋白质组学质谱数据分析方法metaSpectraST（https://github.com/bravokid47/metaSpectraST），实测性能较好，值得关注。（@九卿臣）
metaSpectraST: an unsupervised and database-independent analysis workflow for metaproteomic MS/MS data using spectrum clustering
2023-08-07, doi:10.1186/s40168-023-01602-1
延伸阅读： 【长沙晨辰医药】
宏蛋白组 metaSpectraST 研究论文 基础研究 无监督聚类 肠道菌群 质谱图谱 动物实验 分析工具 Chunlin Hao Patrick K H Lee Henry Lam
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用于宏基因组重叠群可视化和组装的分箱工具—BinaRena

Microbiome [IF:15.5]
① BinaRena是一种用于宏基因组重叠群可视化和操作的分箱工具，可促进生物模式的发现和宏基因组组装基因组的恢复；② 相比Anvi'o，ICoVeR和ggKBase工具，BinaRena更易于操作，具有多功能性；③ BinaRena可促进复杂的热带泥炭地宏基因组中生物模式的发现，假设的生成和分箱的完善；④ BinaRena能够从腹泻人类受试者的肠道菌群中分离出与人群密切相关的致病基因组；⑤ BinaRena可模拟海洋数据集整理自动分箱器的结果，显著提高其整体分箱质量。
【主编推荐语】探索宏基因组重叠群并将其“分类”到宏基因组组装基因组（MAG）中对于描绘微生物群落内的功能和进化关系至关重要。 尽管自动分箱算法取得很大进步，但其恢复MAG的准确性和生物相关性的能力仍然有限。近日，亚利桑那州立大学研究人员在Microbiome发表最新研究，开发了一种用于宏基因组重叠群可视化和组装的分箱工具BinaRena（thttps://github.com/qiyunlab/binarena），在环境和人类样本中实测性能较好，值得关注。（@九卿臣）
BinaRena: a dedicated interactive platform for human-guided exploration and binning of metagenomes
2023-08-19, doi:10.1186/s40168-023-01625-8
BinaRena 分箱工具 研究论文 基础研究 宏基因组组装基因组（MAGs） 重叠群 可视化 分箱质量 Michael J Pavia Hinsby Cadillo-Quiroz Qiyun Zhu
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代谢基因簇分析软件AntiSMASH7.0新特性介绍

Nucleic Acids Research [IF:14.9]
① AntiSMASH 7.0开源平台被广泛用于微生物基因组挖掘（合成基因簇的检测和表征）及其天然产物预测；② AntiSMASH 7.0新增了10个基因簇类型，并在化学结构预测、酶合成路线可视化和基因簇调控等方面进行了改进；③ AntiSMASH 7.0新增和更新了基因簇检测规则，通过预测LogoMotif数据库中转录因子结合位点来增强调节功能检测；④ 新功能和改进：群集类型和动态检测、NRPS和PKS、RiPP前体比较、转录因子结合位点预测、互动基因表和可视化效果。
【主编推荐语】临床上使用的大部分抗生素和药物均来自植物或微生物的天然产物。结合基因组挖掘的经典分离与分析法使得基于基因组的天然产物途径鉴定和描述更为方便。而在该领域的研究手段，就不得不提到AntiSMASH在线软件，该软件功能强大，已经得到了广泛的应用。近期在Nucleic Acid Research上发表了一篇文章，对最新版本的AntiSMASH7.0的功能升级情况进行了说明，经过数据库和各种算法功能的升级，AntiSMASH7.0在代谢产物的检测、调控、结构和可视化分析方面有了极大的提升。（@Zhonghua）
antiSMASH 7.0: new and improved predictions for detection, regulation, chemical structures and visualisation
2023-05-04, doi:10.1093/nar/gkad344
延伸阅读： 【宏基因组】
AntiSMASH7.0 新特性 数据库更新 研究论文 基础研究 软件开发 Kai Blin Marnix H Medema Tilmann Weber
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朱立新/刘占举/朱瑞新/焦娜等：肠菌单核苷酸变异助力大肠癌早期无创筛查

Gut Microbes [IF:12.2]
① 基于xMarkerFinder分析了750个跨队列样本的全宏基因组测序数据，以识别与腺瘤相关的微生物多模态特征；② 真菌在区分腺瘤和对照方面的性能优于其他界物种（AUC=0.71），相比物种丰度和物种基因，微生物SNV的诊断精度更佳（AUC=0.89）；③ 超一半的SNV生物标志物是同义突变，尽管其不改变编码的氨基酸；④ 结直肠腺瘤患者肠道中呈现更复杂的微生物物种互作，且差异物种与功能（如嘌呤代谢、群体感应等通路）密切相关，并在新招募队列中验证。
【主编推荐语】结直肠癌是全球第三大恶性肿瘤，影像学检查、内镜检查、粪便隐血检测以及液体活检等是常见的筛查策略。然而，目前这些方法仍存在假阳性高、敏感性低等问题，亟需开发准确度和敏感性更高的早筛标志物。近日，中山大学朱立新、同济大学附属第十人民医院刘占举和朱瑞新、浙江大学焦娜及团队在Gut Microbes发表最新研究，整合了多队列全宏基因组测序数据，并系统评估了多模态微生物标志物对于结直肠腺瘤的诊断效能，最终揭示了微生物单核苷酸变异作为疾病诊断标志物的潜力巨大，值得关注。（@九卿臣）
Multimodal metagenomic analysis reveals microbial single nucleotide variants as superior biomarkers for early detection of colorectal cancer
2023-08-27, doi:10.1080/19490976.2023.2245562
延伸阅读： 【微生态与转化医学课题组】
单核苷酸变异 早期诊断 研究论文 基础研究 肠道菌群 同义突变 物种互作 嘌呤代谢 群体感应 人群队列 结直肠癌 Ruixin Zhu Wenxing Gao Xiang Gao Zhanju Liu Lixin Zhu Na Jiao
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好主食有好菌群，不易得心脏病

Gut Microbes [IF:12.2]
① 纳入617例符合标准个体，对其基础以及一年后的碳水化合物质量指数（CQI）与血管代谢危险因素和肠道菌群组成关联进行了评估；② 横断面研究发现CQI与肠菌多样性正相关，与普拉梭菌和克里斯滕森菌R7丰度正相关，与紫单胞菌和红螺菌丰度负相关，与丁酸前体代谢正相关；③ 纵向研究显示，一年内CQI改善可增加丁酸弧菌丰度，从而改善机体胰岛素状态；④ 菌群组成与糖化血红蛋白、BMI、三油甘脂和低密度胆固醇相关，CQI高可降低心脏代谢疾病风险。
【主编推荐语】饮食中的碳水化合物是不仅仅是机体主要的能量来源，而且发挥着很多重要的生理生化功能。此前更多的研究主要集中在碳水化合物的摄入总量与健康的问题，但是碳水化合物其实组成和结构复杂，因此其不同的组成和结构可能对于健康同样具有重要的影响，但是目前对于该方面的临床研究相对较少。近期一篇发表在Gut Microbes上的研究，通过对地中海高龄人群的摄取碳水化合物质量指数（CQI），肠道菌群和心脏代谢疾病风险的横断面和纵向研究揭示了CQI与肠道菌群的对应关系，证实CQI与健康呈正相关。其潜在机制是通过改善肠道菌群从而保障机体的代谢健康。（@Zhonghua）
Carbohydrate quality, fecal microbiota and cardiometabolic health in older adults: a cohort study
2023-08-23, doi:10.1080/19490976.2023.2246185
心脏代谢疾病风险 碳水化合物质量指数 肠道菌群 横断面研究 连续研究 研究论文 医学研究 多因子关联分析和连续横断面研究 人 心血管疾病 Alessandro Atzeni Jordi Salas-Salvadó
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含乳酸片球菌的合生制剂或可降血糖

Diabetologia [IF:8.2]
① 补充合生元 (pA1c+PC+BGC) 逆转daf-16的葡萄糖核定位，调节秀丽隐杆线虫中胰岛素-IGF-1信号通路(IIS)，从而降低血糖；② HFS饮食诱导的肥胖小鼠中，补充益生菌显著改善小鼠的葡萄糖耐量；③ 补充合生元促进小鼠空腹血糖降低、内脏脂肪比例减少、肌肉组织比例增加并改善棕色脂肪组织；④ 合生元改善HFS饮食导致的脂肪变性和肝损伤；⑤ GLUT-1/4过表达调节IIS及促炎因子表达降低介导合生元活性；⑥ 合生元可提高乳酸双歧杆菌的丰度并改善肠道菌群。
【主编推荐语】调控肠道菌群已成为治疗或预防代谢疾病发展的一种有前景的策略，其中乳酸片球菌pA1c菌株可能是调节葡萄糖代谢的有效益生菌。近日，发表在Diabetologia上的这篇文章，评估pA1c 与其他生物活性成分如吡啶甲酸铬（PC）和燕麦 β-葡聚糖（BGC）组合对饮食诱导的糖尿病和肥胖小鼠的葡萄糖和脂质代谢调节的协同作用及其调节肠道菌群组成的能力，发现pA1c与PC和BGC组合可能成为调节血糖的潜在合生元，并可能有助于对抗胰岛素抵抗、糖尿病和肥胖。（@圆圈儿）
Glucose-lowering effects of a synbiotic combination containing Pediococcus acidilactici in C. elegans and mice
2023-08-16, doi:10.1007/s00125-023-05981-w
Deyan Yavorov-Dayliev Fermín I Milagro
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