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      《自然》:飲酒和排便質量,是腸道菌群研究差異的兩大重要變量

      發布日期:2020-11-12
          眾所周知,腸道微生物組對人體健康具有包括從心理健康到生理健康的一系列深遠影響。

        然而,對于科學家來說,關于微生物組在人類疾病中作用的研究結果之間的不一致性是一個普遍挑戰。已知腸道菌群的組成與某些疾?。ㄈ缗两鹕Y)存在關聯,但很難解釋這種關聯僅僅是相關性、健康狀況的結果,還是疾病的原因或貢獻。因此,這限制了鑒定宿主相關微生物和病理學之間因果關系的能力。

        腸道菌群組成中個體間的廣泛差異加劇了獲得假陽性的風險,這可能是由于人類生活方式和生理變量在人群范圍內的差異,從而對微生物組產生不同影響。

        近日,發表在《Nature》上的一項新研究中,來自美國國立衛生研究院國家過敏和傳染病研究所免疫系統生物學實驗室領導的研究團隊,通過分析患有某種特定疾病和健康人群之間的生理和生活方式差異,識別可能與腸道菌群組成有關的異質性,來尋找潛在的混淆變量。

        《科學家》雜志就這篇新研究采訪了該研究的通訊作者、美國國家過敏和傳染病研究所的博士后免疫學家Ivan Vujkovic-Cvijin。

      Ivan Vujkovic-Cvijin

        《科學家》:是什么原因促使你撰寫這篇論文?

        Ivan Vujkovic-Cvijin:我一直在研究腸道微生物如何影響艾滋病毒(HIV)感染者的健康。在這一領域有一個有趣的發現:在美國和許多西歐國家,HIV感染者的主要人群是男性,他們與男性發生了性關系。然而,與男性發生性行為的男性腸道微生物組組成與與女性發生性行為的男性存在很大差異。

        我們在這一領域進行的一些研究中,我們把男性與男性發生性關系的HIV感染者與與女性發生性關系的未感染者進行了比較。在那些研究中,我們不僅發現了與HIV有關的差異,還發現了與性取向有關的差異,而我們真正想要的只是識別那些因HIV而不同的細菌。

        從這個意義上講,我們可以說,這些研究被性偏好混淆了。事實證明,盡管HIV確實對腸道微生物組產生了影響,但我們未曾預料到的其他因素對它的影響要大得多。這讓我們倒退了一步,我們不禁要問,還有哪些我們完全不知道且令人困惑的變量?哪些變量可能會混淆疾病受試者與未患病受試者之間的比較,還沒有一個詳盡的檢查。因此,這促使了我寫了這篇文章。

        《科學家》:你還發現了哪些令人驚訝的混淆變量?

        Vujkovic-Cvijin:有一些因素在文獻中被描述為對微生物組有著重大影響,并且已經開始被納入年齡和性別等研究設計中。但我們驚訝地發現,飲酒和排便質量(大便是否松散、堅硬或正常),是許多疾病的主要混淆因素。我不能說這是這個領域所欣賞的東西,但它肯定是一個意想不到的結果。

        這兩個因素似乎對微生物組有著很強的影響,重要的是,它們在有疾病的人和沒有疾病的人之間經常是不同的。對于患病的人來說,飲酒會改變什么?例如,我們服用的藥物通常會限制限制飲酒。而腸道運動功能往往受到某些疾病的影響。我們希望未來的研究能考慮到這兩個因素。

        在免疫系統、對傳染病及對其他慢性病的易感性方面,我們每個人都是獨一無二的。生物學在很多方面,嘗試去理解是什么導致了人們的反應方式不同。當然,我們知道不同人群的微生物組是非常不同的。有人估計,按照某種分類,我和你擁有的細菌只有10%是相同的。但我們對此很興奮,我們可以擴大我們的理解,厘清導致這種差異的決定因素。

        《科學家》:你能分享一份關于飲酒的調查結果嗎?

        Vujkovic-Cvijin:關于這方面,我們確實看到了一個非常依賴劑量的效應。一個人飲酒越多,對微生物組的影響就越大。即使只是偶爾飲酒,如每周一到兩次,也會對微生物組產生可測量的影響。我們認為很有趣的一件事是,酒精本身在實驗室用作消毒劑,人們可能期望酒精同樣能殺死腸道中的一些細菌,以減少腸道微生物組的多樣性,但我們實際上發現了這起到了相反的效果,多樣性的增加也是劑量依賴性的。這些發現著實有趣,但關于它對健康的具體影響我們沒有弄清楚。

        《科學家》:可否分享一些你的方法。

        Vujkovic-Cvijin:科學數據對微生物領域的貢獻讓我們興奮不已。所以我們所做的就是利用世界上最大的公開數據集,研究人類活動中的腸道微生物組。除了這些龐大的樣本外,我們還給每個參與者發放了非常詳細的調查問卷,涉及一百多個問題。其中有很多關于每個樣本的信息,可以用來確定對微生物組有最大影響的變量。

        我們選擇使用機器學習的方法,機器學習的一個很好的組成部分是交叉驗證的概念,把一部分在一個變量上不同的參與者,比如說老年人和年輕人,從比較的總樣本中抽取一個子集,然后檢查微生物組中的哪些模式區分了這兩個群體。對于算法中沒有觀察到的對象,將測試在第一個子集中發現的模式是否穩健,并且是否在未看到的對象中也被觀察到。

       
        這是一種非常有效的方法來評估給定變量對微生物組影響的強度和可復制性。我們可以謹慎地量化它,而且我們對數據集中的所有變量都這樣做了,并根據它們的重要性對其進行了排序。

        《科學家》:你對微生物學家或閱讀微生物學文獻的人有什么建議?

        Vujkovic-Cvijin:基于這些發現,我們提出了人類微生物組研究的建議,以獲取有關這些變量的信息。臨床研究通常不會收集這兩項數據,而年齡、BMI和性別則更具有代表性。我們建議擴大收集到的信息變量,如果可能的話,在被比較的組之間匹配這些變量,因為它們在腸道菌群有中發揮著作用,我們希望減少實際研究中這些混雜變量的影響,取而代之的是將研究結果聚焦到真正有意義的疾病研究領域。

        論文鏈接:

        https://www.nature.com/articles/s41586-020-2881-9

        來源:網絡


       
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