腸道菌群重磅裡程碑：20.5萬基因組+1.7億基因被鎖定

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Nature子刊：高達20萬個微生物的人類腸道微生物組參考基因組集

Nature Biotechnology——[36.558]

① 人類胃腸道基因組UHGG目錄中有20多萬種人類腸道微生物基因組；② 超過60％的腸道基因組無法分配給現有物種，表明大多數UHGG物種在當前參考資料庫中缺乏代表性；③ 雖然UHGP總體上包含了更多的蛋白質簇，但大多數新添加的蛋白質在個體樣本中的豐度/流行率較低；④ 腸道菌群可能包含許多具有重要代謝活性的物種，尚待在實驗室條件下進行培養和功能鑑定；⑤ 各大洲之間有很高的菌株變異性，並且仍有相當程度的多樣性有待發現。

【主編評語】

人類腸道微生物組與人類健康和疾病有關的重要表型密切相關。 缺乏足夠微生物多樣性的完整參考基因組，妨礙了對微生物組中單個物種的作用及其功能和相互作用的理解。因此，建立微生物參考基因組和基因的整合資料庫，是準確表徵腸道微生物物種分類和功能的重要步驟。本文生成了代表人類腸道微生物組的20萬個基因組和1.71億個蛋白質序列的基因集，其中的4,644個物種中，有71％缺乏培養的菌株，表明大多數微生物仍有待實驗表徵。本研究獲得的高質量參考基因組集可極大提高宏基因組研究的解析度和準確性，對人類腸道微生物組與表型的關聯分析提供了數據基礎。遙想十年前Science和Nature發表的微生物組裡程碑研究中鑑定出的178個微生物基因組和330萬個微生物基因（查看文章）（查看文章），這十年間科學家們在微生物組參考基因集方面的進展速度可謂是呈指數級增長。（@劉永鑫-中科院-宏基因組）

【原文信息】

A unified catalog of 204,938 reference genomes from the human gut microbiome

2020-07-20, doi: 10.1038/s41587-020-0603-3

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Cell：慢性炎症改變了結腸細胞的演化

Cell——[38.637]

① 對46例IBD患者的446個結腸隱窩和41例對照者的412個隱窩進行全基因組測序；② 鑑定出17種突變特徵，受累的結腸上皮細胞發生替換和插入缺失的突變率，分別是對照的2.4和7倍，主要是加速了正常結腸普遍存在的突變過程；③ 隱窩界限以外的克隆擴增在正常結腸中很罕見，但IBD中廣泛存在毫米級的大型克隆擴增；④ 在IBD的正向選擇下，與腫瘤抑制和免疫調節相關的ARID1A、FBXW7、PIGR、ZC3H12A基因，以及IL17和TLR通路中的基因，易發生非同義突變。

【主編評語】

慢性炎症中存在反覆發生的組織損傷和修復，這可能增加細胞基因突變，與癌症風險增加相關。體細胞突變促進癌症發展，但在癌症以外的疾病中，體細胞突變的模式、負擔和功能後果尚未得到廣泛研究。Cell上發表的一項新研究，通過對比炎症性腸病（IBD）患者與健康人的腸隱窩全基因組測序數據，揭示了受慢性炎症所累的結腸細胞的基因突變負擔和特徵，以及相關的克隆結構異常，表明結腸黏膜的體細胞演化可能引發、維持或延續IBD。這些發現有助於加深對IBD等炎症性疾病的理解，為這類疾病的治療帶來新啟示。（@mildbreeze）

【原文信息】

Somatic Evolution in Non-neoplastic IBD-Affected Colon

2020-07-21, doi: 10.1016/j.cell.2020.06.036

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血液中的腸道菌群代謝物，可預測肝硬化患者不良預後

Gastroenterology——[17.373]

① 納入602名肝硬化住院患者，88名出現慢加急性肝衰竭（ACLF），43名在院內死亡，72名在30天內死亡；② 血液中的微生物源化合物（芳香族化合物、次級或磺酸化膽汁酸、苯甲酸鹽等）和雌激素代謝物的水平增高、磷脂水平降低，與ACLF發展、院內和30天內死亡率以及糞便菌群組成相關；③ 特定菌群代謝物水平可預測ACLF、院內死亡和30天內死亡，AUC分別為0.84、0.81和0.77；④ 這些代謝物指標可提高臨床參數預測模型的準確性。

【主編評語】

住院治療的肝硬化患者往往預後不佳，Gastroenterology雜誌近期發表的一項美國的多中心前瞻性研究，通過分析血液代謝組和糞便菌群，試圖尋找可預測住院肝硬化患者不良預後的生物標誌物，表明入院時的腸道菌群及其相關的血液代謝物，可以預測患者死亡和發生慢加急性肝衰竭的風險。（@mildbreeze）

【原文信息】

Serum Levels of Metabolites Produced by Intestinal Microbes and Lipid Moieties Independently Associated With Acute on Chronic Liver Failure and Death in Patients With Cirrhosis

2020-07-17, doi: 10.1053/j.gastro.2020.07.019

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周宏偉、馬文軍等：中國南方人群腸道菌群中的梭桿菌屬譜系分布

Gut——[19.819]

① 納入來自中國南方14個地區的7009名受試者，分析腸道菌群中梭桿菌屬的譜系分布；② 梭桿菌屬存在於近75%的受試者中；③ 以死亡梭桿菌及壞疽梭桿菌為代表的譜系最常見（存在於60.35%的受試者中）且豐度最高（平均豐度0.57%），並與人體測量學、血液代謝及生活方式指標顯著正相關；④ 以具核梭桿菌為代表的譜系存在於16.3%的受試者中，平均豐度為0.02%，與人體測量學指標相關，但與血液代謝及生活方式指標不相關。

【主編評語】

先前的研究表明，具核梭桿菌與結直腸癌的發生發展密切相關。近期的一些研究發現，其它梭桿菌屬物種在宿主體內的豐度更高，且對宿主表型的影響可能比具核梭桿菌更大。來自南方醫科大學珠江醫院的周宏偉團隊、南方醫科大學小欖醫院的Guanghui Chen團隊及廣東省疾病預防控制中心馬文軍團隊在Gut上發表的一篇Letter，對7000多名中國南方受試者腸道菌群中的梭桿菌屬譜系進行分析後發現，非具核梭桿菌的其它梭桿菌屬物種（如死亡梭桿菌及壞疽梭桿菌）佔優勢地位，且與多種人體測量學、血液代謝及生活方式指標顯著相關。（@szx）

【原文信息】

Non-nucleatum Fusobacterium species are dominant in the Southern Chinese population with distinctive correlations to host diseases compared with F. nucleatum

2020-07-20, doi: 10.1136/gutjnl-2020-322090

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Science子刊：具核梭桿菌感染促進結直腸癌細胞遷移

Science Signaling——[6.467]

① 具核梭桿菌23726外膜的黏附素在結合併侵襲HCT116結直腸癌細胞中發揮關鍵作用；② 具核梭桿菌以Fap2（黏附素的一種）依賴性方式誘導HCT116細胞分泌促炎及促轉移細胞因子（包括IL-8與CXCL1）；③ 具核梭桿菌通過非Fap2依賴性方式誘導中性粒細胞及巨噬細胞分泌CCL3及CXCL2等細胞因子；④ 抑制具核梭桿菌的結合及侵襲，可降低HCT116細胞的遷移，並減少IL-8及CXCL1的分泌；⑤ 具核梭桿菌感染的HCT116細胞的培養上清可增強未感染HCT116細胞的遷移。

【主編評語】

具核梭桿菌可能促進結直腸癌的發展，在患者活檢樣本的轉移性結直腸癌細胞中可發現具核梭桿菌的存在。Science Signaling上發表的一項最新研究，報導了具核梭桿菌感染促進結直腸癌細胞遷移的機制：具核梭桿菌通過其外膜表達的黏附素（例如Fap2）結合併侵襲結直腸癌細胞，以誘導後者分泌促炎及促轉移細胞因子——IL-8與CXCL1，從而增強結直腸癌細胞的轉移。（@szx）

【原文信息】

Fusobacterium nucleatum host-cell binding and invasion induces IL-8 and CXCL1 secretion that drives colorectal cancer cell migration

2020-07-21, doi: 10.1126/scisignal.aba9157

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Nature 子刊：梭菌能代謝母乳低聚糖，並通過交叉餵養方式利用粘蛋白

Nature Communications——[12.121]

① 梭菌目中的Roseburia屬和真桿菌屬可分解代謝不同的母乳低聚糖（HMO）生長；② 多種糖苷水解酶（如GH136）可介導HMO的初始降解，且在GH136中發現新的摺疊域；③ Roseburia和真桿菌屬在精選的HMO中單獨培養，及與粘蛋白利用菌Akkermansia muciniphila共培養中，HMO通路與其餘的糖利用位點一起上調，表明該通路在促進交叉餵養和獲取粘蛋白o-聚糖方面發揮了額外的作用；④ 分析4599個Roseburia屬基因組，發現HMO利用位點在該屬普遍存在。

【主編評語】

生命早期人類腸道菌群對宿主的健康產生終身影響，如梭菌目中Roseburia和Eubacterium的早期定植，與預防結直腸癌、免疫和代謝紊亂有關。《Nature Communications》最近發表的文章，通過基因組分析，發現在Roseburia中，HMO利用位點具有多樣性並普遍存在；並且在與降解粘蛋白的Akk菌共培養過程中，HMO分解代謝上調，表明該途徑在促進交叉餵養和獲取粘蛋白o-聚糖方面發揮了額外的作用。本研究結果提示，產丁酸鹽的梭菌目細菌對HMOs的分解代謝，可能有助於提高該菌群在斷奶引發的菌群成熟過程中的競爭優勢。（@nana）

【原文信息】

Butyrate producing colonic Clostridiales metabolise human milk oligosaccharides and cross feed on mucin via conserved pathways

2020-07-03, doi: 10.1038/s41467-020-17075-x

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Cell子刊：人源毛螺菌科細菌的物種間和物種內多樣性

Cell Host and Microbe——[15.923]

① 通過厭氧培養及16S rRNA測序，從人糞便獲得11個屬27個種的273個毛螺菌科菌株，並進行全基因組分析；② 它們具有不同的系統分類學地位，基因組中只有50%的基因被注釋；③ 只存在397個核心基因，表明物種間的遺傳多樣性；④ 不同種屬的代謝存在遺傳差異，其中33%的菌株具有完整的丁酸鹽代謝通路；⑤ 基於16S rRNA的親緣關係可反映全基因組水平的遺傳差異；⑥ 同種不同菌株在基因組序列及碳源利用、產酸水平等方面存在差異，表明種內的遺傳多樣性。

【主編評語】

毛螺菌科細菌是人腸道中含量豐富的專性厭氧菌，通過產生短鏈脂肪酸、參與膽汁酸代謝、促進對腸道病原體的定植抵抗，影響宿主健康。然而，目前對於它們遺傳多樣性的認識仍然不足。發表在Cell Host and Microbe上的一項研究，對分離自人源糞便的273株毛螺菌科細菌進行基因組比較分析，揭示了其物種間和物種內的遺傳多樣性，這些多樣性可能影響一個分離菌株影響宿主健康的能力。這些特定功能的鑑定可以促進益生菌群的發展，從而驅動和/或恢復體內微生物功能。（@EADGBE）

【原文信息】

Functional and Genomic Variation between Human-Derived Isolates of Lachnospiraceae Reveals Inter- and Intra-Species Diversity

2020-06-02, doi: 10.1016/j.chom.2020.05.005

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張家超等：益生元促進益生菌有益作用的機制

Gut Microbes——[7.74]

① 使用宏基因組測序評估低聚半乳糖（GOS）和益生菌Lp082對小鼠腸道菌群的影響；② 服用益生菌後，只有連續補充GOS才能使Lp082保持穩定，降低其單核苷酸多態性（SNP），並提高腸道菌群整體穩定性，重塑益生菌與腸道菌群的相互作用；③ GOS增加腸道菌群與其利用相關的碳水化合物酶（CAZymes）的豐度；④ 服用益生菌使腸道菌群產生793個SNP，超過90％來自擬桿菌屬，主要位於碳源利用和轉運基因；⑤ 補充GOS並未減少益生菌導致的腸道菌群適應性突變。

【主編評語】

穩定的腸道菌群在維持宿主健康方面起著關鍵作用，而腸道菌群失調被認為是各種代謝疾病的危險因素。攝入的益生菌和原生腸道菌群之間不可避免的競爭會導致不穩定性的增加。在攝入益生菌時，外源性益生元是否以及如何改善腸道菌群的整體穩定性，目前仍不清楚。海南大學張家超團隊與中科院青島能源所孫政、內蒙古農業大學孫志宏等人合作的研究近期發表在《Gut Microbes》，該研究使用植物乳桿菌HNU082（Lp082）作為模型益生菌，評估了低聚半乳糖（GOS）對攝入益生菌後小鼠腸道菌群穩定性的影響，表明持續補充益生元對腸道菌群生態和遺傳穩定性具有有益效果。（@EADGBE）

【原文信息】

The gut microbiome stability is altered by probiotic ingestion and improved by the continuous supplementation of galactooligosaccharide

2020-07-14, doi: 10.1080/19490976.2020.1785252

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瑞金醫院：ICU患者艱難梭菌感染相關的風險因素及菌群變化

Critical Care——[6.407]

① 納入168名接受EN至少1周的ICU患者，其中18名發生CDI；② CDI患者與艱難梭菌陰性（CDN）患者相比，年齡更大、ICU住院時間更長、合併症指數更高，血清白蛋白水平更低；③ CDI患者中有腦梗病史的比例更高，而接受甲硝唑治療的比例更低；④ 分析13名CDI、16名CDN及12名健康人的糞便菌群，EN可降低腸道菌群的豐富度和多樣性，CDI可短暫引起菌群多樣性增加，瘤胃菌科和毛螺菌科豐度隨之變化；⑤ 擬桿菌屬載量與CDI的發生發展密切相關。

【主編評語】

接受腸內營養（EN）的ICU患者有著較高發生復發性艱難梭菌感染（CDI）的風險。來自瑞金醫院的彭奕冰團隊在Critical Care上發表的一項前瞻性隊列研究，在168名接受EN的ICU患者中發現，年齡、ICU住院時間、合併症、血清白蛋白、腦梗病史及特定抗生素使用等均是CDI的風險因素。對比分析CDI患者、未發生艱難梭菌感染的ICU患者及健康人的糞便菌群，鑑定出了與CDI相關的菌群多樣性及組成變化，並發現擬桿菌屬可能在CDI的發生發展中發揮重要作用。（@szx）

【原文信息】

Risk factors and intestinal microbiota: Clostridioides difficile infection in patients receiving enteral nutrition at Intensive Care Units

2020-07-13, doi: 10.1186/s13054-020-03119-7

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感謝本期日報的創作者：劉永鑫-中科院-宏基因組，Dr.陳彬林，王文東，szx，愛吃番茄的Mona，陳國忠，orchid，戴敏

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