12 月 24 日的《熱心腸日報》，我們解讀了 9 篇文獻，關注：因果性研究，微生物單細胞RNA測序，NEC，HMO，IBS，脆弱擬桿菌，關節炎，神經炎症，共生。 ​​

趙立平等：菌群研究走向因果，迴歸培養必不可少（Nature Reviews年度回顧）

Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology——[29.848]

① 回顧今年3項使用細菌純培養來闡釋潛在的致病或保護性腸道細菌的作用機制的研究；② 分離自人結直腸癌（CRC）組織的產基因毒素大腸桿菌菌株，能誘導與其長期共培養的人腸道類器官發生類似CRC患者的基因突變特徵；③ 小鼠的F. BP1菌株及其對應的人腸道菌H. biformis，透過產生丁酸，在CRC小鼠模型中發揮抗腫瘤作用；④ 透過對細菌和無菌小鼠進行遺傳操作，證明了LPS-TLR4的互作是源自肥胖患者的陰溝腸桿菌B29引發肥胖相關表型的關鍵上游事件。

【主編評語】

科赫法則是證明病原體引發疾病的金標準。其中關鍵的一環是，將分離出的病原體在培養基上養成純培養，用其感染健康個體後能引發相同的疾病。在菌群研究走向因果和機制的當下，也需要用相同的思路來證實特定的腸道菌群成員與健康或疾病表型的因果關係。Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology最新發表了由美國羅格斯大學、上海交通大學的趙立平主筆的年度回顧文章，重點介紹了今年發表的3項研究（檢視文章）（檢視文章）（檢視文章），這些研究都使用了細菌純培養來闡釋特定腸道細菌對宿主的致病或保護性作用及其生物學機制；並指出，透過對宿主和細菌中的關鍵基因進行遺傳操作以闡明細菌-宿主互作中的分子機制，是菌群因果性研究的重要思路。（@mildbreeze）

【原文資訊】

Demonstration of causality: back to cultures

2020-12-21, doi: 10.1038/s41575-020-00400-6

Science：微生物的單細胞RNA測序技術

Science——[41.845]

① 研發了microSPLiT，這是一種適用於革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌的高通量scRNA-seq方法，可以解決異質轉錄問題；② 檢測處於不同生長階段的25,000多個枯草芽孢桿菌細胞，繪製了其代謝和生活方式變化的圖譜；③ 揭示了與已知但罕見狀態（如適應性和原噬菌體誘導）相關的詳細基因表達譜，並鑑定新的和未知基因表達狀態，包括細胞亞群中生態位代謝途徑的異質啟用；④ 為細菌群落中基因表達的高通量分析鋪平道路，否則無法對細菌進行單細胞分析。

【主編評語】

單細胞RNA測序（scRNA-seq）已成為鑑定真核生物基因表達的重要工具，但目前的方法與細菌不相容。Science近期發表的文章，開發了微生物的單細胞RNA測序技術-microSPLiT，可用於革蘭氏陰性和陽性菌的高通量基因表達檢測，並在枯草芽孢桿菌中成功應用，為細菌群落中基因表達的高通量分析鋪平道路。（@愛的抉擇）

【原文資訊】

Microbial single-cell RNA sequencing by split-pool barcoding

2020-12-17, doi: 10.1126/science.aba5257

特定母乳寡糖或與腸道菌群互作，影響早產兒NEC

Gut——[19.819]

① 納入33名NEC患兒及37名對照，NEC患兒攝入的HMO中的DSLNT濃度顯著降低；② 將DSLNT的濃度閾值設定為241nmol/mL，可以90%的敏感度及90%的特異性區分NEC患兒與對照；③ 在48名嬰兒（14名NEC患兒）中，對不同時間點的共644份糞便樣本進行菌群分析；④ NEC發病前的糞便菌群中，長雙歧桿菌的相對丰度較低，陰溝腸桿菌的相對丰度較高；⑤ 較低的DSLNT濃度與較慢的菌群成熟相關；⑥ 結合HMO及菌群資料，可在發病前以87.5%的準確率區分NEC患兒與對照。

【主編評語】

母乳寡糖（HMO）可能透過與嬰兒腸道菌群的互作，在壞死性小腸結腸炎（NEC）中發揮保護性作用。來自Gut上發表的一項佇列研究結果，發現NEC患兒攝入的母乳中，一種特定的HMO——disialyllacto N-tetraose（DSLNT）的濃度顯著低於對照。另外，NEC患兒發病前的腸道菌群組成也不同於對照，而較遲緩的菌群發育與較低的HMO DSLNT濃度相關。結合DSLNT濃度及菌群，可在NEC發病前較準確地區分患兒與對照。（@szx）

【原文資訊】

Human milk oligosaccharide DSLNT and gut microbiome in preterm infants predicts necrotising enterocolitis

2020-12-16, doi: 10.1136/gutjnl-2020-322771

果聚糖敏感的IBS患兒的腸道菌群變化

Alimentary Pharmacology and Therapeutics——[7.515]

① 納入38名IBS患兒，17名果聚糖敏感，21名果聚糖耐受；② 攝入果聚糖前，果聚糖敏感患兒的糞便菌群α-多樣性更低，Holdermania菌屬富集，而果聚糖耐受患兒中屬於梭菌綱的14個菌屬富集；③ 攝入果聚糖後，果聚糖敏感患兒的Agathobacter及藍細菌富集，而果聚糖耐受患兒中屬於梭菌綱的3個菌屬富集；④ 相比於對照飲食，攝入果聚糖期間，果聚糖敏感患兒的雙歧桿菌屬相對丰度增加，β-呋喃果糖苷酶通路富集，而果聚糖耐受患兒的Anaerostipes增加。

【主編評語】

飲食中的果聚糖可能惡化IBS患兒的胃腸道症狀。Alimentary Pharmacology and Therapeutics上發表的一項臨床研究，對比了17名果聚糖敏感IBS患兒及21名果聚糖耐受IBS患兒在攝入果聚糖前後的腸道菌群組成差異，並分析了在攝入果聚糖期間的腸道菌群變化。（@szx）

【原文資訊】

Fructan‐sensitive children with irritable bowel syndrome have distinct gut microbiome signatures

2020-12-13, doi: 10.1111/apt.16204

脆弱擬桿菌的“套期保值”策略，幫助其逃離宿主防禦提高競爭優勢

Nucleic Acids Research——[11.501]

① 人腸道中的脆弱擬桿菌存在一種不同型別的相變系統，即I型限制修飾系統（R-M）；② 在R-M基因座內可逆的DNA倒位會導致八種不同識別位點的特異性蛋白質產生，並且每個突變只能產生一種特異性蛋白，發現了四種識別位點；③ 這些差異的識別位點導致了種群中廣泛的甲基化多樣性；④ 轉錄組分析顯示，無論是在體外生長還是從哺乳動物腸道分離的突變體，均具有獨特的轉錄譜；⑤ 這種R-M防禦系統在擬桿菌門中的普遍存在揭示了其潛在的生存競爭優勢。

【主編評語】

I型R-M是一種普遍存在的可與外源入侵DNA對抗的防禦系統，同時微生物也進化出一套抵抗I-R-M的逃逸機制，革蘭氏陰性菌有很多特性，比如在其整個基因組中大量反轉倒位DNA的功能，然而這些倒位是否能幫助菌群逃逸噬菌體的追捕，及其背後的作用機制仍不清楚。Nucleic Acids Research報道了一項研究，發現了脆弱擬桿菌在單個R-M基因座中四個不同反向重複序列處的可逆DNA倒位，產生了八個不同的特異性基因，所有這些基因均存在於細菌種群的表達基因座中，從而導致種群中廣泛的甲基化多樣性，不僅能幫助其避開宿主防禦，同時增加其種群的菌株多樣性，進一步增強其存活優勢。（@Vera）

【原文資訊】

Analysis of a phase-variable restriction modification system of the human gut symbiont Bacteroides fragilis

2020-10-12, doi: 10.1093/nar/gkaa824

腸道菌群影響甲氨蝶呤對RA患者的療效

Arthritis and Rheumatology——[9.586]

① 納入26名新發RA患者，16名對甲氨蝶呤治療不應答；② 應答患者與不應答患者的糞便菌群多樣性、組成及功能存在差異；③ 不應答患者的菌群多樣性更高，厚壁菌門/擬桿菌門比值增加，廣古菌門丰度升高，MAPK訊號、DNA複製、脂肪酸降解、嘌呤代謝等相關通路顯著富集；④ 在另外21名新發RA患者中，基於菌群的模型可較準確地預測對甲氨蝶呤治療的應答（AUC=0.84）；⑤ 體外共培養患者的糞便菌群與甲氨蝶呤，培養後的甲氨蝶呤水平與患者應答顯著相關。

【主編評語】

約50%的類風溼關節炎（RA）患者對甲氨蝶呤治療不產生充分的應答，但缺乏可預測患者應答的預後標誌物。Arthritis and Rheumatology上發表的一項最新研究，對比分析了對甲氨蝶呤治療應答及不應答的RA患者在治療前的腸道菌群差異，發現基於菌群建立的模型可較準確地預測患者對甲氨蝶呤治療的應答。另外，體外共培養腸道菌群與甲氨蝶呤的結果表明，腸道菌群對甲氨蝶呤的代謝或清除可能抑制甲氨蝶呤的治療效果。（@szx）

【原文資訊】

The Pre‐treatment Gut Microbiome is Associated with Lack of Response to Methotrexate in New Onset Rheumatoid Arthritis

2020-12-13, doi: 10.1002/art.41622

RA高危個體的腸道菌群變化

Rheumatology——[5.606]

① 對25名抗CCP抗體陽性的非RA患者的腸道菌群進行測序，並與44名公共資料庫中的對照進行對比；② 抗CCP抗體陽性個體與對照的腸道菌群組成在菌科水平上有顯著差異，抗CCP抗體陽性個體的毛螺菌科、螺桿菌科、瘤胃球菌科、丹毒絲菌科、雙歧桿菌科丰度增加；③ 5名抗CCP抗體陽性個體在取樣及分析期間（中位時間差188天）進展為RA；④ 進展個體與非進展個體的腸道菌群α-多樣性及β-多樣性無顯著差異。

【主編評語】

新發類風溼關節炎（RA）患者的腸道菌群與健康對照有所差異，但菌群失調何時發生尚未明確。來自Rheumatology上發表的一項最新研究，鑑定出了RA高危個體——抗環瓜氨酸肽抗體（抗CCP抗體）陽性者與健康對照的腸道菌群組成差異，提示菌群失調發生在RA發病之前。（@szx）

【原文資訊】

Perturbations of the gut microbiome in anti-CCP positive individuals at risk of developing rheumatoid arthritis

2020-12-11, doi: 10.1093/rheumatology/keaa792

河北醫科大學第二醫院：降脂藥調節菌群以緩解中風小鼠的神經炎症

Free Radical Biology and Medicine——[6.17]

① 阿託伐他汀顯著改善永久性大腦中動脈結紮（pMCAO）小鼠的感覺運動行為缺陷，減少梗死體積；② 阿託伐他汀抑制pMCAO小鼠的梗塞灶周圍皮層的小神經膠質細胞的促炎極化，以抑制神經炎症；③ 阿託伐他汀降低pMCAO小鼠的血清內毒素水平，增加糞便丁酸鹽水平，減少支鏈氨基酸水平；④ 阿託伐他汀可逆轉pMCAO小鼠的腸道菌群組成變化，抑制結腸炎症因子表達，並恢復腸道屏障功能；⑤ 將阿託伐他汀處理的小鼠腸道菌群移植給pMCAO小鼠，可緩解神經炎症。

【主編評語】

先前研究發現，阿託伐他汀在缺血性中風中具有抗炎症作用。河北醫科大學第二醫院的張祥建團隊在Free Radical Biology and Medicine上發表的一項最新研究，在缺血性中風小鼠模型中發現，阿託伐他汀可透過恢復腸道菌群組成，改善腸道屏障功能，並調節腸道免疫應答，從而緩解神經炎症。（@szx）

【原文資訊】

Atorvastatin alleviates microglia-mediated neuroinflammation via modulating the microbial composition and the intestinal barrier function in ischemic stroke mice

2020-12-03, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2020.11.032

共生菌透過非編碼小RNA促進與宿主的共生

PLoS Biology——[7.076]

① 夏威夷短尾魷魚的血淋巴中存在費氏弧菌的RNA序列，其中SsrA含量最高；② 透過基因操作獲得SsrA敲除株，發現SsrA透過細菌產生的外膜囊泡（OMV）傳遞到宿主發光器官的隱窩上皮細胞處；③ SsrA敲除株能在發光器官中定植，但其在器官內誘導發光的能力減弱，並會引起異常的宿主反應（發光器官隱窩上皮過早的細胞腫脹和免疫反應增強），影響二者間的持續共生；④ 魷魚的胞質RNA感受器RIG-I或能識別含有SsrA的OMV，避免機體異常反應及免疫的增強。

【主編評語】

夏威夷短尾魷魚是一種能發光的生物，但這一功能依賴於其發光器官中定植的一種共生細菌——費氏弧菌。PLoS Biology近期發表的一項研究揭示了介導二者穩定共生關係的一種機制：費氏弧菌透過表達並釋放一種非編碼的小RNA，來調節宿主反應，促進二者的穩定共生。（@mildbreeze）

【原文資訊】

The noncoding small RNA SsrA is released by Vibrio fischeri and modulates critical host responses

2020-11-03, doi: 10.1371/journal.pbio.3000934