微生物领域最新研究成果盘点（20210603）

科研| Nature：肠道菌群的特异性T细胞的胸腺发育

本文由史春丽编译

   美国德克萨斯州休斯敦贝勒医学院Gretchen E Diehl等人于2021年05月12日在Nature发表题为《Thymic development of gut-microbiota-specific T cells》的文章。文章说明，在人类生命的头三年里，微生物群的组成会逐渐趋于稳定，与成年时相似，而这一过程相当于T细胞的储备期。而本研究以小鼠为研究模型，进一步证实了微生物群落在T细胞的发生发展中发挥着至关重要的作用。与微生物群落组成正常的小鼠相比，经抗生素和无菌处理的小鼠拥有更多的肠道T细胞受体（TCR）。这表明微生物抗原改变了T细胞的发育，并进一步了解微生物菌群的特异T细胞在生命早期的发展情况，为治疗或平衡微生物特异性T细胞的免疫紊乱（如炎症性肠病），提供了新的治疗方法。

摘要：人类及其微生物群落已经形成了一种互利的关系。其中包括，人类宿主为微生物群落提供了一种适宜的生存环境，而微生物为宿主提供营养、保护其免受病原体的感染等好处。维持这种关系，需要谨慎的平衡免疫与细菌的关系，其中管腔内含有的共生微生物，同时也会限制炎症的抗共生反应。在之前的研究中，已经描述了T细胞对肠道微生物的抗原可进行特异性识别的过程。尽管局部环境会影响效应细胞的分化，但目前尚不清楚胸腺内微生物群落的特异性T细胞是如何共生的。本研究表明，早期生命中的肠道定植会导致微生物抗原通过树突状细胞从肠道提呈至胸腺，进而诱导微生物群的特异性T细胞的增殖。一旦进入外周，微生物群的特异性T细胞就具有致病的潜力，或可以抵御相关病原体的侵害。通过这种方式，正在发育的微生物群会影响并扩展胸腺和外周的T细胞储存库，从而可以增强T细胞对肠道微生物与病原体的识别。

原名：Thymic development of gut-microbiota-specific T cells

译名：肠道-菌群-特异性T细胞的胸腺发育

期刊：Nature

IF：42.778

发表时间：2021.5.12

通讯作者：Matthew L. Bettini和Gretchen E Diehl

通讯作者单位：美国犹他州盐湖城犹他大学医学院病理学系和美国德克萨斯州休斯敦贝勒医学院分子病毒学和微生物学系

DOI号：10.1038 / s41586-021-03531-1

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03531-1

示意图

综述| Nature Reviews Microbiology：鼠伤寒沙门菌与炎症：一个以病原体为中心的事件

本文由R.A Uyghurii编译

   美国耶鲁大学医学院微生物发病学系Jorge E. Galán于2021年5月19日在Nature Reviews Microbiology发表题为《Salmonella Typhimurium and inflammation: a pathogen-centric affair》的综述文章。肠沙门氏菌宿主范围广泛，在人类中最常引起自限性胃肠炎，在发展中国家估计每年造成30多万人死亡。在传染病中，炎症往往被视为一个驱逐入侵病原体为目的的宿主反应。鉴于肠道炎症在沙门氏菌感染的发病机理中起着核心作用，了解这种病原体调节炎症的详细机制可能对开发靶向相关宿主途径或细菌效应蛋白的新型抗感染药有重要作用。鼠伤寒杆菌感染时，炎症反应是该病原体在肠道定植的必要条件。已经确定的是，驻留的肠道微生物群限制细菌病原体的感染，尽管驻留的微生物群发挥这种作用的机制尚不完全清楚。研究表明，由肠道炎症引起的失调会导致定植障碍的破坏。在这篇综述中，从肠沙门氏菌对宿主的感染、肠道炎症的刺激机其中的机制、其对细胞内稳态的作用等多个方面相关的多数研究及报告进行了回顾、评论和概述。作者讨论了S. Typhimurium通过其Ⅲ型分泌系统（T3SSs）传递的效应蛋白活性触发肠道炎症。此外，还探讨了恢复炎症反应后宿主的稳态中发挥作用的T3SS依赖的机制。

摘要：微生物感染是由宿主炎症反应所控制，这些炎症反应是在识别了保守的微生物产物后，由先天免疫受体启动而发生。由于炎症也会导致疾病，暴露于肠道上皮等微生物产物的组织受到严格的调节机制的制约，以防止通过先天免疫受体发出不加选择的信号。血清型鼠伤寒肠道病原体Salmonella enterica subsp. Enterica需要肠道炎症来维持其在肠道内的复制，它利用其III型分泌系统的效应蛋白来触发炎症反应，而不需要天然免疫受体的参与。此外，S. Typhimurium用一组不同的效应物来限制炎症反应，以保持宿主体内稳态。S. Typhimurium–宿主互作是病原体和宿主共同进化形成的独特平衡的一个典型的例子。

原名：Salmonella Typhimurium and inflammation: a pathogen-centric affair

译名：鼠伤寒沙门菌与炎症：一个以病原体为中心的事件

期刊：Nature Reviews Microbiology

IF：34.209

发表时间：2021.5.19

通讯作者：Jorge E. Galán

通讯作者单位：美国耶鲁大学医学院微生物发病学系

DOI号：10.1038/s41579-021-00561-4

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41579-021-00561-4

科研 | Science：宏基因组分析揭示了海洋营养物质限制的全球尺度模式

本文由艾奥里亚编译

   美国加州大学尔湾分校（University of California Irvine）的Lucas J. Ustick于2021年04月16日在Science上发表题为《Metagenomic analysis reveals global-scale patterns of ocean nutrient limitation》的文章，该单位Adam C. Martiny担任该研究通讯作者。该研究收集了大西洋、太平洋和印度洋的表层宏基因组，以量化原绿球藻（Prochlorococcus）的全球基因组含量，并推断其所受到营养胁迫。作为全球海洋船舶水文调查计划 (Bio-GO-SHIP) 的一部分，该研究共收集了909个样本，并补充了来自Tara Oceans  (https://oceans.taraexpeditions.org/) 和geotrace  (https://www.geotraces.org/) 的228个样本。在先前生物化学知识的基础上，并通过系统基因组学验证，该研究对克服营养胁迫类型和严重程度的遗传适应进行了先验分类。尽管将适应分为高、中、低压力，部分掩盖了复杂的生物化学权衡和养分利用的系统基因组特征层次，但这些分类使我们能够量化全球表层海洋中养分胁迫环境的地理变化。该研究结果表明，我们可以利用基于组学的信息来发展对全球生物地球化学的细致和高分辨率的理解。

摘要：营养供应调控着浮游植物的活动，但有关于营养限制和共同限制在全球生物地理学方面的了解却知之甚少。原绿球藻（Prochlorococcus）通过基因的获得和缺失来适应当地环境，我们将基因组的变化作为适应营养胁迫的指标。作为全球海洋船舶水文调查计划（Bio-GO-SHIP）的一部分，我们收集了所有主要海洋区域的宏基因组，并量化了参与氮、磷和铁同化基因的变化。我们发现压力类型和严重程度的区域性转变以及广泛的共同压力。原绿球菌胁迫基因、瓶子实验（bottle experiments）和地球系统模型预测之间存在相关性。我们认为，多养分胁迫的生物地理与固氮控制在化学计量学上存在联系。我们以组学为基础的对于浮游植物资源利用的描述，为全球海洋中营养压力提供了一种细致入微且高度解析的描述。

原名：Metagenomic analysis reveals global-scale patterns of ocean nutrient limitation

译名：宏基因组分析揭示了海洋营养物质限制的全球尺度模式

期刊：Science

IF：41.845

发表时间：2021.04.16

通讯作者：Adam C. Martiny

通讯作者单位：美国加州大学尔湾分校（University of California Irvine）

DOI号：10.1126/science.abe6301

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6539/287?rss=1

科研| Cell：人类肠道微生物组的长期遗传稳定性和个体特异性

本文由花城编译 

   荷兰格罗宁根大学遗传系Alexandra Zhernakova和Jingyuan Fu等人于2021年4月9日在Cell发表题为《The long-term genetic stability and individual specificity of the human gut microbiome》的文章，在这项研究中，对338名人群Lifelines-DEEP队列参与者的肠道微生物组进行了长期跟踪分析，并比较了4年前采集的样本。本文对肠道微生物组成和遗传组成的长期时间稳定性进行了表征，旨在回答两类问题：（1）哪些细菌特征既有个体特异性又有时间稳定性？能用这些特征作为指纹来区分来自同一个体的样本吗？以及（2）哪些细菌特征它们的时间变异是否与宿主的临床表型和生活方式有关？为了获得进一步的生物学见解，本文分析了两个时间点1183种代谢物的血浆水平，来推断代谢物是否介导了微生物对宿主健康影响背后的因果关系。最后，本文评估了人类肠道微生物群中抗生素耐药性和毒力因子的变化。

摘要：通过4年时间对338名受试者的肠道微生物组、51种人类表型和1183种代谢物的血浆水平进行随访，本文研究了微生物的稳定性和与宿主生理学的关系。利用这些个体特异性和暂时稳定的微生物图谱，包括细菌单核苷酸多态性（SNPs）和结构变异，本文开发了一种微生物指纹图谱方法，显示了高达85%的准确率分类4年内收集的宏基因组样品。应用本文的指纹分析方法对独立的Lifelines-DEEP队列进行分析，结果显示，间隔1年的样本准确率为95%。进一步研究了多种细菌物种丰度、代谢途径和结构变化以及菌株替换的时间变化。本文还报告了190个与宿主表型相关的纵向微生物和519个与血浆代谢物相关的纵向微生物。这些关联丰富了心脏代谢特征、维生素B和尿毒症毒素。最后，通过调解分析表明，肠道微生物群可能通过其代谢物影响心脏代谢健康。

关键词： 细菌遗传学；人体肠道微生物群；人体代谢；个体特异性；纵向研究；宏基因组学；人群队列研究。

原名：The long-term genetic stability and individual specificity of the human gut microbiome

译名：人类肠道微生物组的长期遗传稳定性和个体特异性

期刊：Cell

IF：38.637

发表时间：2021年4月9日

通讯作者：Alexandra Zhernakova和Jingyuan Fu

通讯作者单位：荷兰格罗宁根大学遗传系

DOI号：10.1016/j.cell.2021.03.024

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867421003524?via%3Dihub#undfig1

图文摘要

科研| Cell Host & Microbe：重新思考噬菌体-细菌-真核生物的关系及其对人类健康的影响

本文由艾奥里亚编译 

   德国慕尼黑理工大学（Technical University of Munich）的Adam Wahida与南京农业大学（Nanjing Agricultural University）的汤芳于2021年03月17日共同在Cell Host & Microbe发表题为《Rethinking phage-bacteria-eukaryotic relationships and their influence on human health》的文章，并担任通讯作者。人体中栖息着大量的微生物，这些微生物包括共生细菌（机体微生物菌群的主要成分）以及细菌病毒（通常被称为噬菌体）。越来越多的研究表明，噬菌体及其细菌宿主和人类宿主所形成的三方相互作用，可以对人体的健康和疾病状态造成影响。该综述中，笔者聚焦于最近的一些研究进展，展示了噬菌体可以影响细菌和哺乳动物宿主的不同且经常令人惊讶的方式，重点放在三方相互作用机制上。这些相互作用即可以通过直接的方式（通过噬菌体对细菌的生态位造成影响），也可以通过更间接的途径（如影响新陈代谢和免疫系统）发生。了解这些机制以及它们如何在身体的不同部位发挥作用，对于未来利用微生物疗法管理我们的健康具有十分重要的意义。

摘要：快速增长的研究表明，噬菌体--细菌的专有性病毒，所引起的独特或令人惊讶的机制可以影响人类健康和疾病的状态。这可以通过自上而下的压力或通过更间接的途径（包括影响人体的代谢或免疫系统），改变细菌在宿主内的生态位而影响人体状态。这些微生物的相互作用可以直接在所侵袭的环境中影响人体的健康和疾病状态，也可以通过影响身体的远端器官或系统进而影响人体的健康和疾病状态。本文中，我们从噬菌体-细菌以及人体宿主三个方面，提供了目前有关于噬菌体对人类健康的影响的最新研究。

原名：Rethinking phage-bacteria-eukaryotic relationships and their influence on human health

译名：重新思考噬菌体-细菌-真核生物的关系及其对人类健康的影响

期刊：Cell Host & Microbe

IF：15.923

发表时间：2021.03.17

通讯作者：Adam Wahida，汤芳

通讯作者单位：德国慕尼黑理工大学（Technical University of Munich），南京农业大学（Nanjing Agricultural University）

DOI号：10.1016/j.chom.2021.02.007

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S193131282100086X

科研| Cell Host&Microbe：婴儿肠道耐药菌群与大肠埃希菌、环境暴露、肠道微生物群成熟和哮喘相关细菌组成有关

本文由小胖子编译

    哥本哈根大学微生物学系生物学系的Søren Johannes Sørensen等人于2021年4月21日在Cell Host&Microbe发表题为《The infant gut resistome associates with E. coli，environmental exposures，gut microbiome maturity，and asthma-associated bacterial composition》的文章。该研究通过对736名孕妇和700名儿童组成的母婴队列，从怀孕第24周开始进行前瞻性随访。收集所有患者1周、1个月、1岁、4岁、5岁和6岁的粪便样本。对肠道粪便进行16s rRNA测序，进行生物学分析。研究发现，孩子的肠道菌群相关基因总共对34种药物产生了耐药性，在409种类型中有167种（40.8%）已知具有多重耐药性。这些儿童没有亲自服用所有这些药物，表明抗生素耐药基因（ARG）产生与住院治疗，母体遗传，或其他环境暴露有关。到目前为止，四环素和氟喹诺酮类药物的ARG是最常见的，其次是青霉素、头孢菌素、大环内酯类和头霉素。大肠埃希菌（E. coli）的分布驱使其分化为两个簇，这2个簇与ARG存在差异，与细菌丰度的差异相关。变形菌门（Proteobacteria）与婴儿肠道菌群ARG相关。此外研究发现ARG促进哮喘相关的细菌组成，它可能是一个哮喘的间接危险因素。本研究对于16s-RNA基因测序，对抗生素耐药基因的探索，将菌群与另一疾病生物模型相比较的探索具有借鉴意义。

摘要：抗菌素耐药性（AMR）是一个日益严重的全球性威胁，然而，肠道微生物群中AMR的性质以及AMR是如何在生命早期获得的，目前还不清楚。在662名丹麦儿童的队列中，列出了在出生第一年获得的抗生素耐药基因（ARG），并评估了不同环境暴露对ARG负荷的影响。研究揭示了ARG丰度有明显双峰特性，这是与肠道微生物群的组成相关，特别是大肠埃希菌。精氨酸蛋白谱受各种环境因素的影响较大。在这些因素中，抗生素的重要性随着治疗时间的延长而减弱。最后，ARG负荷量和ARG组成也与肠道微生物群的成熟度以及与哮喘风险增加相关的细菌有关。这些发现拓宽了我们在早期对AMR的理解，并对减轻其传播的努力具有重要意义。

关键词：婴儿；肠道菌群；抗生素耐药基因；大肠埃希菌；环境暴露；哮喘相关菌群

原名：The infant gut resistome associates withE. coli，environmental exposures，gut microbiome maturity，and asthma-associated bacterial composition

译名：婴儿肠道耐药菌群与大肠埃希菌、环境暴露、肠道微生物群成熟和哮喘相关细菌组成有关

期刊：Cell Host&Microbe

IF：15.923

发表时间：2021.4.21

通讯作者：Søren Johannes Sørensen

通讯作者单位：哥本哈根大学微生物学系生物学系

DOI号：10.1016/j.chom.2021.03.017

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1931312821001451

图文摘要

科研| Cell Host & Microbe：西方饮食通过微生物改变、FXR受体和I型干扰素激活诱发潘氏细胞缺陷

本文由Tiger编译

   华盛顿大学医学院病理与免疫学系Ta-Chiang Liu等人于2021年5月18日在Cell Host & Microbe发表题为《Western diet induces Paneth cell defects through microbiome alterations and farnesoid X receptor and type I interferon activation》的文章。潘氏细胞对于肠道先天免疫至关重要，它们会产生并分泌抗菌肽，为肠道干细胞提供了适宜的微环境。既往研究表明潘氏细胞缺陷或功能障碍可能是炎症性肠病（IBD）模型中肠道炎症的起源。在克罗恩病（CD；IBD的主要亚型）患者和小鼠模型中，潘氏细胞功能异常引起粘膜微生物紊乱。此外，潘氏细胞异常在移植物抗宿主病、代谢异常以及肝硬化发病中起着重要作用。因此，潘氏细胞功能稳态是肠道的关键抗炎机制，其功能障碍可能增加感染风险和对IBD的易感性。该团队既往对儿童CD队列的研究发现，约50％的CD患者中存在异常的潘氏细胞表型。本研究通过对多个队列的分析发现，超重和肥胖的人群更容易出现潘氏细胞缺陷。摄入高脂高糖的致肥胖饮食（又称“西方饮食，WD”）的小鼠通过次级胆汁酸脱氧胆酸促使潘氏细胞缺陷。WD相关的潘氏细胞缺陷依赖于肠道上皮细胞内的法尼酯X受体（FXR）和I型干扰素（IFN）两种信号途径的增强传导。该两种途径都是必需的，因为抑制FXR或I型IFN信号传导均可阻止WD诱导的潘氏细胞缺陷。该发现提示FXR激活在肠道感染和炎症时可能引起先前未知的不良后果。

摘要：肠道潘氏细胞调节先天免疫和感染。在克罗恩病中，遗传突变和环境因素可使潘氏细胞功能失调。本研究发现西方饮食（WD）通过依赖于微生物组和法尼酯X受体（FXR）和I型干扰素（IFN）信号传导的机制导致潘氏细胞功能障碍。对多个人类队列的分析表明，肥胖与潘氏细胞功能障碍有关。在小鼠模型中，仅摄入WD 4周即可导致潘氏细胞功能障碍。摄入WD连同梭菌属的某些菌株（Clostridium spp.）使小鼠回肠中次级胆汁酸脱氧胆酸的水平升高，进而抑制潘氏细胞功能，而该过程依赖于肠上皮细胞内的FXR和IFN信号通路。该研究揭示了不良饮食与肠道固有免疫抑制之间的联系，并提示了FXR激活在肠道炎症中的作用。

关键词：高脂饮食；代谢；细胞固有的；微生物群；转录组学；肥胖；髓系细胞；类器官

原名：Western diet induces Paneth cell defects through microbiome alterations and farnesoid X receptor and type I interferon activation

译名：西方饮食通过微生物改变、FXR受体和I型干扰素激活诱发潘氏细胞缺陷

期刊：Cell Host & Microbe

IF：15.923

发表时间：2021.5.18

通讯作者：Ta-Chiang Liu和Thaddeus S. Stappenbeck

通讯作者单位：华盛顿大学医学院病理与免疫学系

DOI号：10.1016/j.chom.2021.04.004

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1931312821001803

图文摘要

科研| Cell Host & Microbe：微生物群调节先天免疫信号，增强抗癌免疫力

本文由momo编译 

   2021年4月23日，美国南加州大学Keck医学院王荣福教授团队在Cell Host & Microbe发表了题为“Microbiota regulate innate immune signaling and protective immunity against cancer”的研究论文。本研究建立了一个可有效抵御肠道炎症和结肠癌的小鼠品系，通过宏基因组测序后从肠道中鉴定出具有保护性功能的单一菌株——内脏臭气杆菌（Odoribacter splanchnicus），并验证了其诱导免疫抑制性Th17细胞的关键作用。这项研究通过对抗癌小鼠模型的深度分析，验证了肠道菌群、先天免疫信号和肠道Th17细胞在结肠癌中的重要作用，并鉴定出具有保护性功能的单一菌株，从而对肠道炎症和结肠癌的预防和治疗提供了新的思路。

摘要：结直肠癌（CRC）是美国癌症相关死亡的第三大常见原因，而结肠炎是CRC发生的主要危险因素。微生物群在结肠炎和CRC的调控中起着至关重要的作用，但还不清楚微生物群在其中是如何发挥保护性免疫力作用的。目前大多数研究将微生物群组成结构（混合种群）与疾病进展联系起来，然而，只有极少数几种细菌被确定为可以诱导强大的保护性免疫反应。

本研究中，我们发现在一种髓系细胞（Tak1 ΔM/ΔM）中，敲除先天和获得性免疫信号分子TAK1后，其可以通过改变微生物群来驱使机体产生保护性免疫，而完全对抗化学试剂诱导的结肠炎和结直肠癌。Tak1 ΔM/ΔM小鼠的抗生素处理实验和肠道菌群移植实验结果证实了与WT小鼠相比，Tak1 ΔM/ΔM小鼠体内的特殊微生物群结构可以抵抗结肠炎或结直肠癌的发生发展。且Tak1 ΔM/ΔM小鼠体内微生物群的改变可促进IL-1β和IL-6信号通路，诱导肠道Th17细胞相关的保护性免疫。宏基因组研究进一步发现，内脏臭杆菌（Odoribacter splanchnicus）在Tak1 ΔM/ΔM小鼠中高度富集，可在普通和无菌小鼠中诱导Th17细胞的分化，并对结肠炎和结肠癌具有显著的保护作用。这些发现确定了微生物群中特定的具有保护性功能的单一菌株及其保护性免疫机制，证明了微生物群和先天免疫信号在调节Th17细胞、组织完整性和炎症方面的相互作用，为肠道炎症和结肠癌的预防和治疗提供了新的思路。

关键词：TAK1信号、急性结肠炎、结肠癌、微生物群、先天免疫、Th17细胞、内脏臭气杆菌、拟杆菌D20

原名：Microbiota regulate innate immune signaling and protective immunity against cancer

译名：微生物群调节先天免疫信号，增强抗癌免疫力

期刊：Cell Host & Microbe

IF：15.923

发表时间：2021.04.23

通讯作者：王荣福

通讯作者单位：南加州大学Keck医学院

DOI号：10.1016/j.chom.2021.03.016

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S193131282100144X