在过去的2021年，世界各地的研究学者在CNS上发表了众多研究成果，其中多篇涉及肠道菌群，研究主题包括自闭症、肿瘤、戒烟、糖尿病、克罗恩病等，与人体健康密切相关。本期小编选择了7篇进行了介绍，期望为大家带来肠道菌群前沿研究进展。相信在2022年，肠道菌群研究也依旧为研究的热点。
12月|Nature：肠道菌群调节小鼠停止吸烟暴露后的体重增加
Gut microbiota modulates weight gain in mice after discontinued smoke exposure
原文下载链接：
https:doi.org/10.1038/s41586-021-04194-8
吸烟是全球发病率和可预防死亡的主要原因。戒烟导致的体重增加(SCWG)是戒烟的主要障碍。研究者使用小鼠模型来证明吸烟和戒烟会导致一种由香烟相关代谢物在肠道内涌入的不良生物状态。抗生素治疗可预防SCWG，相反，将之前暴露在香烟烟雾中的小鼠的粪菌移植到的吸烟暴露的无菌小鼠上，会导致不同饮食和小鼠品系的体重过度增加。在代谢方面，微生物组诱导的SCWG涉及协同宿主和微生物组将饮食中的胆碱分流到二甲基甘氨酸，推动肠道能量收集的增加，再加上交叉调节的减肥代谢物N-乙酰甘氨酸的耗尽，可能还受到其他与香烟烟雾相关的不同含量代谢物的影响。在不吸烟的情况下，二甲基甘氨酸和N-乙酰甘氨酸也可能调节体重和相关的脂肪组织免疫。该研究发现了一种依赖微生物组的SCWG协调机制，它可能被用来提高戒烟成功率，甚至在非吸烟环境中纠正代谢紊乱。
Fig. 2 | Cigarette-smoke-induced dysbiosis drives SCWG
11月|Nature：人类微生物组对抗糖尿病药物阿卡波糖产生抗药性
The human microbiome encodes resistance to the antidiabetic drug acarbose
原文下载链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-021-04091-0
口服非抗生素药物会无意中影响人体微生物组的组成。例如，阿卡波糖（一种用于治疗2型糖尿病的天然衍生的α-葡萄糖苷酶抑制剂）对小鼠模型和人类的肠道微生物群具有深远的副作用。阿卡波糖是从土壤细菌放线菌中发现的，并由其工业化生产。人类微生物组编码了大量的生化酶和生化途径，其中大部分仍未确定。研究者使用基于宏基因组学的搜索策略，发现人类肠道和口腔微生物组的细菌成员编码的酶选择性地磷酸化临床上使用的抗糖尿病药物阿卡波糖，导致其失活。阿卡波糖是人类和细菌α-葡萄糖苷酶的抑制剂，限制了目标生物代谢复杂碳水化合物的能力。利用生化分析、X射线结晶学和宏基因组学分析发现，微生物来源的阿卡波糖激酶为其所在的生物体提供了对抗阿卡波糖活性的保护优势，并且广泛存在于西方和非西方人群的微生物群中。这些结果提供了微生物群对非抗生素药物的广泛耐药性的例子，并表明阿卡波糖耐药性已经在人类微生物群中传播，作为一种防御策略对抗潜在的内源性密切相关分子的产生。
Fig. 2 | Metagenomic discovery of Maks from the human microbiome
11月|Cell：自闭症相关饮食偏好介导自闭症肠道菌群关联
Autism-related dietary preferences mediate autism-gut microbiome associations
原文下载链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.10.015
自闭症谱系障碍（ASD）是一种神经发育状况，其特征是社交和沟通困难，行为受限和重复，以及异常的感觉反应。研究者基于澳大利亚自闭症生物库和昆士兰双胞胎青少年大脑项目的参与者进行了一项大型自闭症粪便宏基因组学研究(n = 247)。发现自闭症诊断和肠道微生物群之间的直接联系可以忽略不计。相反，实验数据支持一个模型，即与自闭症相关的限制性兴趣与不太多样化的饮食相关联，并反过来减少微生物多样性和更松散的粪便一致性。与自闭症诊断相反，研究数据集能够很好地检测微生物群与年龄、饮食摄入和粪便浓度等特征的关系。总的来说，自闭症谱系障碍的微生物组差异可能反映了与诊断特征相关的饮食偏好，研究团队认为不要声称微生物组在自闭症谱系障碍中起驱动作用。
7月|Nature：新胆汁酸生物合成途径在百岁老人的微生物群中富集
Novel bile acid biosynthetic pathways are enriched in the microbiome of centenarians
原文下载链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03832-5
长期以来，微生物组一直被认为是决定老年人健康状况的关键因素，因为它在控制消化功能、骨密度、神经活动、免疫力和对病原体感染的抵抗力方面发挥着作用。百岁老人对衰老相关疾病、慢性炎症和传染病的易感性降低。在该研究中，发现百岁老人有一个独特的肠道微生物组，其中富含能够产生独特的次级胆汁酸的微生物，包括各种异构体的石胆酸(LCA)：3-oxo-，allo-，3-oxoallo-和isoallolithocholic acid。在这些胆汁酸中，isoalloLCA的生物合成途径从未被报导过。从一名百岁老人粪便微生物群中筛选出了68株细菌，在体外和体内都鉴定了Odoribacteraceae菌株是产生同种isoalloLCA的有效菌株。此外，还发现5-羟基类固醇脱氢酶(3-α-β-HSDH)和5-羟基类固醇脱氢酶(5-β-reductase，5AR)负责isoalloLCA的产生。IsoalloLCA对革兰氏阳性多重耐药病原菌，包括艰难梭状芽胞杆菌和屎肠球菌有很强的抗菌活性。这些发现表明，特定胆汁酸的代谢可能与降低感染病原体的风险有关，从而可能有助于维持肠道内环境的稳定。
Fig. 3 | Identification of bacterial strains and genes involved in the
generation of isoalloLCA and related bile acids
4月|Cell：人肠道微生物群的长期遗传稳定性和个体特异性
The long-term genetic stability and individual specificity of the human gut microbiome
原文下载链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.024
人的肠道中有各种各样的微生物群落，这些微生物在个体间表现出很大的变异。该研究通过对肠道微生物群、51个人类表型和338个个体的1183个代谢物的血浆水平进行4年的跟踪调查，描述了微生物的稳定性和变异与宿主生理的关系。利用这些个体特异性和时间稳定的微生物图谱，包括细菌SNPs和结构变异，开发了一种微生物指纹图谱方法，在对相隔4年的宏基因组样本进行分类时，准确率高达85%。将该指纹方法应用到独立的HMP队列中，对于相隔1年的样本，准确率为95%。进一步观察了多种细菌种类的丰度、代谢途径、结构变异以及菌株替换的时间变化。报告了190个纵向微生物与宿主表型相关，519个与血浆代谢物相关。这些关联包含心脏代谢特征、维生素B和尿毒症毒素。最后，中介效应分析表明肠道微生物群可能通过其代谢产物影响心脏代谢健康。
Figure 4. Delta association between phenotype and the gut microbiome
3月：Science：汉斯德巴氏酵母菌在克罗恩病的肠组织中大量存在，并损害小鼠的愈合
Debaryomyces is enriched in Crohn’s disease intestinal tissue and impairs healing in mice
原文下载链接：https://doi.org/10.1126/science.abd0919
研究与克罗恩病(CD)相关的菌群组成的改变与病理生理学的定义要素(如损伤修复不良)之间的联系具有挑战性。该研究通过依赖培养和非培养的方法，发现汉斯德巴氏酵母菌（baryomyces hansenii）在未完全愈合的小鼠肠道损伤处和人类乳糜泻受试者炎症黏膜组织中特异性富集。从肠道损伤小鼠和发炎的CD组织中提取的汉斯德巴氏酵母菌培养物，当引入到肠道损伤的常规饲养或无菌饲养小鼠中，会损害结肠愈合。能够将D. hansenii从这些小鼠的损伤区域重新分离出来，符合科赫法则。机制上，D. hansenii通过巨噬细胞的1型干扰素-CCL5轴来阻碍黏膜愈合。该研究已经确定了一种真菌，定植在发炎的乳糜泻组织，可以导致失调的粘膜愈合。
2月：Science：粪菌移植能够克服黑色素瘤患者对PD-1免疫疗法的耐药性
Fecal microbiota transplant overcomes resistance to anti–PD-1 therapy in melanoma patients
原文下载链接：https://doi.org/10.1126/science.abf3363
抗程序性细胞死亡蛋白 1(PD-1)治疗为晚期黑色素瘤患者带来了长期益处。在临床前模型和癌症患者中，肠道微生物群的组成与抗PD-1疗效相关。为了研究是否可以通过改变肠道微生物群来克服抗PD-1的耐药性，该临床试验评估了反应源粪菌移植(FMT)联合抗PD-1治疗PD-1难治性黑色素瘤患者的安全性和有效性。该组合耐受性良好，15例患者中有6例临床获益，并引起快速和持久的微生物群扰乱。响应病例（responders）表现出了丰富的类群，这些类群先前被证明与抗PD-1反应有关，CD8+ T细胞活化增加，表达白介素-8的骨髓细胞频率降低。响应病例具有明显的蛋白质组和代谢组特征，跨界网络分析证实肠道微生物组调节了这些变化。总的来说，研究结果表明，FMT和抗PD-1改变了肠道微生物群，并重新编程了肿瘤微环境，以克服PD-1晚期黑色素瘤的一个亚群对抗PD-1的耐药性。
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参考文献：
[1] Fluhr L, Mor U, Kolodziejczyk A A, et al. Gut microbiota modulates weight gain in mice after discontinued smoke exposure[J]. Nature, 2021, 600(7890): 713-719.
[2] Balaich J, Estrella M, Wu G, et al. The human microbiome encodes resistance to the antidiabetic drug acarbose[J]. Nature, 2021, 600(7887): 110-115.
[3] Yap C X, Henders A K, Alvares G A, et al. Autism-related dietary preferences mediate autism-gut microbiome associations[J]. Cell, 2021, 184(24): 5916-5931. e17.
[4] Sato Y, Atarashi K, Plichta D R, et al. Novel bile acid biosynthetic pathways are enriched in the microbiome of centenarians[J]. Nature, 2021, 599(7885): 458-464.
[5] Chen L, Wang D, Garmaeva S, et al. The long-term genetic stability and individual specificity of the human gut microbiome[J]. Cell, 2021, 184(9): 2302-2315. e12.
[6] Jain U, Ver Heul A M, Xiong S, et al. Debaryomyces is enriched in Crohn’s disease intestinal tissue and impairs healing in mice[J]. Science, 2021, 371(6534): 1154-1159.[7] Davar D, Dzutsev A K, McCulloch J A, et al. Fecal microbiota transplant overcomes resistance to anti–PD-1 therapy in melanoma patients[J]. Science, 2021, 371(6529): 595-602.
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