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      揭示中國人群腸道菌群與復雜疾病的關系

      發布日期:2020-10-22
        在人類的腸道中,有一大群肉眼看不見的微生物。它們雖然是“菌”,但可以與人類和平共處,甚至對人體健康起著重要的調節作用,影響攝取營養、抵御疾病的能力。

        我們稱其為腸道菌群。

        近年來,有越來越多的研究表明,一個人在患病和健康的不同狀態下,腸道菌群的構成是不一樣的。那么,到底是微生物的變化導致疾病的發生,還是疾病產生后導致了微生物的變化?微生物與疾病,誰是因,誰是果?

        近日,西湖大學鄭鉅圣課題組在關于中國人群中宿主遺傳、腸道微生物以及復雜疾病的相互關系上有了新的發現。研究首次揭示了影響中國人群腸道菌群的基因變異位點,發現了部分疾病與腸道菌群的因果關系,并同時對幾十種復雜疾病的腸道菌群進行了特征歸類。

        該文章發表于微生物領域著名期刊Microbiome,西湖大學2018級博士生許鳳喆、博士后付元慶為論文共同第一作者,西湖大學鄭鉅圣博士、中山大學陳裕明博士和中國科學院微生物研究所王軍博士是本文的共同通訊作者。

        Microbiome雜志網頁截屏

        中國人群中,宿主基因也會影響腸道菌群

        目前已經有較為詳盡和完整的證據表明,腸道微生物組的組成或結構可能受到宿主遺傳的影響。也就是說,由于我們的基因不同,身體內的某些腸道菌群的含量就有可能不同。然而,已有的相關研究大多在歐美人群中展開,在亞洲人群中,腸道微生物與宿方遺傳變異這一相關性尚未被闡明。

        不同人群之間,不論是基因還是腸道菌群,都存在相當大的差異,因此十分有必要著手在亞洲人群中開展相關研究。

        為了填補這一領域的空白,鄭鉅圣課題組與合作者一起開展了一項大型中國人群隊列研究。他們納入約4000名中老年居民(45-75歲),收集到約2000份的糞便樣本,并對其腸道菌群的組成進行了檢測分析。

        要在人群水平探索腸道菌群與復雜疾病之間的因果關系,首先要揭示影響菌群的遺傳位點。就是說,我們需要了解人體的基因是如何來影響腸道菌群的多少。

        研究團隊對203個腸道微生物分類群進行了微生物組全基因組關聯分析,首先明確在亞洲人群中,遺傳基因同樣是能夠影響某些腸道菌群的——我們的基因不同,腸道菌群的含量就不同。

        在發現了一系列能夠影響腸道菌群變化的宿主基因之后,研究團隊構建了遺傳風險評分,以此來評價人體基因變異和腸道菌群的關聯。隨后,研究團隊應用雙向孟德爾隨機化方法探究了腸道微生物與幾十種人類復雜疾病或性狀之間的相互因果關系。

        *孟德爾隨機化(Mendelian randomization)是在遺傳流行病學研究中用遺傳變異作為工具變量來調查暴露和結果之間的因果關系的一種方法。

        課題組通過分析發現,微生物與疾病,并不能簡單定義誰是因誰是果。在不同的復雜疾病中,腸道菌群時而為因,時而為果,需要個案分析。

        比如,在東亞人群中,Saccharibacteria門(其中一類腸道菌群,也稱為TM7門)可以通過影響腎功能生物標記物(即肌酐和腎小球濾過率),從而改善腎功能。在這里,腸道菌群是因。

        而房顫、慢性腎病和前列腺癌這些疾病,則會對部分腸道微生物含量產生直接影響。在這里,腸道菌群是果。

        帕金森和結直腸癌的腸道微生物特征竟然很相似! ?

        在此研究過程中,除了部分疾病與腸道菌群的因果關聯之外,課題組還利用獨特的腸道微生物大數據發現,不同的復雜疾病所對應腸道菌群特征,存在各自的獨特性,同時也存在很強的相似性。

        在對基于微生物預測的疾病風險評分進行無監督聚類后,鄭鉅圣團隊發現帕金森與結直腸癌之間,慢性粒白血病和系統性紅斑狼瘡之間具有相似的腸道微生物特征,并在另一個獨立隊列中重復了相關發現。


        基于腸道微生物預測的疾病聚類

        以上一系列基于中國人群的原創性發現,為深入理解腸道菌群與復雜疾病的因果關聯奠定了基礎,不同疾病相似菌群和特殊菌群的特征分析可能有助于科學家理解人類復雜疾病之間的關系與發病機制,為進一步的新型藥物開發提供啟示。

        參考文獻:

        Xu FZ, Fu YQ, Sun TY, Jiang ZL, Miao ZL, Shuai ML, Gou WL, Ling CW, Yang J, Wang J, Chen YM, Zheng JS. The interplay between host genetics and the gut microbiome reveals common and distinct microbiome features for complex human diseases. Microbiome 2020,8,145. https://doi.org/10.1186/s40168-020-00923-9

        來源:西湖大學

       
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