医学周报 | 微生物重要期刊最新研究进展（20210622）

Nature子刊

科研| Nature Communications：细胞表面结构特异性β-葡聚糖多糖决定共生酵母介导的免疫调节活性

本文由R.A Uyghurii编译

   大韩民国浦项浦项科技大学 (POSTECH) 生命科学系综合生物科学与生物技术部Dipayan Rudra和Sin-Hyeog Im等人于2021年6月14日在Nature Communications发表题为《Structural specificities of cell surface β-glucan polysaccharides determine commensal yeast mediated immuno-modulatory activities》的文章。人体拥有一系列微生物，这些微生物不断地与其免疫系统相互作用，并与宿主形成共生关系，有助于消化、行为以及免疫系统的成熟等多种过程。除了细菌、原基和病毒外，真菌也是人体微生物群的一个组成部分，它们影响宿主的免疫系统。天然免疫细胞通过类Toll受体（TLRs）或C型凝集素受体（CLRs）等模式识别受体（PRRs）检测真菌细胞表面包括多糖在内的多种病原体相关分子。酵母多糖具有免疫调节功能，广泛用作激活或抑制免疫系统的治疗剂。β-葡聚糖是真菌细胞壁中最丰富的多糖，具有复杂多样的结构。众所周知，β-葡聚糖可调节最终影响免疫反应的生物反应。一般来说，由于它能增强促炎反应，研究人员已经应用了β-葡聚糖作为传染病治疗或癌症治疗的辅助剂。

在本研究中，作者利用酵母多糖和纯化的酵母抽提物，系统地解剖了酵母细胞壁多糖成分，并研究了它们在体外和体内免疫调节条件下的作用。作者发现在稳态条件下，酵母细胞壁多糖的丰度由β-1,3-葡聚糖增强促炎作用。然而，通过酶干预或纯化技术去除后，一类相对较少的细胞表面多糖被揭示出来，能够对免疫系统发挥有效的抗炎作用。我们给这个取名为甘露/β-1,6-葡聚糖多糖（MGCP），通过促进Treg细胞的诱导以及直接抑制IFN-γ产生Th1细胞分化，能够对多种实验性自身免疫性疾病模型施加有效的免疫抑制。重要的是，MGCP的机制和结构特异性突出了其对自身免疫性疾病的治疗适用性。

摘要：酵母是哺乳动物微生物群的一个组成部分，与共生细菌一样，有可能在临床环境中影响免疫。然而，酵母源性免疫调节分子的功能特异性仍然是难以捉摸的。我们发现在稳定状态下，β-含1,3-葡聚糖的多糖可增强促炎性，这是一类相对较少的细胞表面多糖，称为甘露聚糖/β-含有1,6-葡聚糖的多糖（MGCP）,能够对免疫系统发挥有效的抗炎作用。与先前鉴定的微生物细胞表面多糖相比，MGCP通过树突状细胞中的Dectin1-Cox2信号轴，促进从幼稚T细胞（naïve T cells）诱导调节性T（Treg）细胞。此外，通过TLR2依赖的机制，它通过抑制干扰素抑制效应T细胞的Th1分化-γ表达。因此，给予MGCP对小鼠结肠炎和实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的实验性炎症性疾病模型显示出强大的抑制能力，从而突出了其对临床相关自身免疫性疾病的潜在治疗效用。

原名：Structural specificities of cell surface β-glucan polysaccharides determine commensal yeast mediated immuno-modulatory activities

译名：细胞表面结构特异性β-葡聚糖多糖决定共生酵母介导的免疫调节活性

期刊：Nature Communications

IF：12.121

发表时间：2021.6.14

通讯作者：Dipayan Rudra和Sin-Hyeog Im

通讯作者单位：大韩民国浦项浦项科技大学 (POSTECH) 生命科学系综合生物科学与生物技术部

DOI号：10.1038/s41467-021-23929

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23929-9#Sec2

科研| Nature Communications：一项婴儿呼吸道合胞病毒（RSV）毛细支气管炎与儿童哮喘风险的综合组学内型研究

本文由大头虾编译

   毛细支气管炎 (Bronchiolitis) 是美国婴儿住院的主要原因，每年有11万例婴儿住院，直接费用为7.34亿美元。除了大量的急性发病率外，~30%因毛细支气管炎 (“severe bronchiolitis”) 住院的婴儿随后在儿童时期发展为哮喘。在主要致病菌中，婴儿期呼吸道合胞病毒 (RSV) 感染在哮喘发展中作为最重要的危险因素，但据我们所知，目前并没有研究整合了临床、病毒和多组学数据来调查RSV毛细支气管炎的内分型及其与儿童慢性发病率的纵向关系。且婴儿期是肺发育的重要时期，但我们对RSV毛细支气管炎的异质性仍然知之甚少，这阻碍了在这个发病率负担沉重的大患者群体中开发内源性RSV毛细支气管炎治疗和哮喘预防策略的进展。基于此背景，为了解决文献中的这一知识缺口，美国哈佛医学院麻省总医院急诊医学系的Yoshihiko Raita等人于2021年6月14日在Nature Communications发表题为《Integrated omics endotyping of infants with respiratory syncytial virus bronchiolitis and risk of childhood asthma》的文章，本文章通过对221例RSV毛细支气管炎婴儿多中心前瞻性队列研究的数据应用综合组学方法，确定了4种生物学上不同且有临床意义的内型，分别是A) clinical^classicmicrobiome^{M. nonliquefaciens}inflammation^{IFN-intermediate}，B) clinical^atopicmicrobiome^{S. pneumoniae/M. catarrhalis}inflammation^IFN-high，C) clinical^severemicrobiome^mixedinflammation^IFN-low和D) clinical^non-atopicmicrobiome^{M. catarrhalis}inflammation^IL-6。但考虑到本研究中严重RSV毛细支气管炎患儿样本量相对较小，需要进行外部验证。总之，本研究数据为毛细支气管炎代表几种具有独特生物学机制的疾病这一新兴概念提供了重要支持。对于临床医生来说，本发现可能为早期识别婴幼儿呼吸道发育的重要时期的高危儿童提供了证据基础。对于研究人员来说，我们的数据将有助于进一步研究细支气管炎治疗和哮喘预防的内源性特异性策略。

摘要：呼吸道合胞病毒 (Respiratory syncytial virus，RSV) 毛细支气管炎不仅是美国婴儿住院的主要原因，也是哮喘发展的主要危险因素。虽然新出现的证据表明RSV毛细支气管炎的临床异质性，但对其生物学上独特的内型知之甚少。在一项多中心前瞻性队列研究中，我们整合了221例RSV毛细支气管炎住院婴儿的临床、病毒、呼吸道微生物组 (种水平)、转录组和代谢组数据，确定了4种具有生物学和临床意义的内型：A) clinical^classicmicrobiome^{M.nonliquefaciens}inflammation^{IFN-intermediate}，B) clinical^atopicmicrobiome^{S.pneumoniae/M. catarrhalis}inflammation^IFN-high，C) clinical^severemicrobiome^mixedinflammation^IFN-low，和D) clinical^non-atopicmicrobiome^{M. catarrhalis}inflammation^IL-6。特别是与A型婴儿相比，以高比例IgE致敏、鼻病毒合并感染（ rhinovirus coinfection）、S. pneumoniae/M. catarrhalis共显性和高IFN-α和-γ反应为特征的B型婴儿发生哮喘的风险显著更高 (9% vs. 38%；比值比，6.00；95%置信区间，2.08-21.9；P = 0.002)。本研究的结论为早期识别气道发育关键时期的高危儿童提供了证据基础。

原名：Integrated omics endotyping of infants with respiratory syncytial virus bronchiolitis and risk of childhood asthma

译名：一项婴儿呼吸道合胞病毒（RSV）毛细支气管炎与儿童哮喘风险的综合组学内型研究

期刊：Nature Communications

IF：12.121

发表时间：2021.6.14

通讯作者：Yoshihiko Raita

通讯作者单位：美国哈佛医学院麻省总医院急诊医学系

DOI号：10.1038/s41467-021-23859-6

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23859-6

Gastroenterology

科研| Gastroenterology：粪菌移植影响受体复发性艰难梭菌患者的前致癌性大肠杆菌

本文由大头虾编译

   荷兰莱顿大学医学中心医学微生物学系，微生物组分析和治疗中心的Sam Nooij等人于2021年6月11日在Gastroenterology发表题为《Faecal microbiota transplantation influences procarcinogenic Escherichia coli in recipient recurrent Clostridioides difficile patients》的文章，本研究着眼于探索pks的丰度和pks⁺ E. coli的持久性是否受到供体粪便pks状态的影响，选取了49名接受FMT治疗的rCDI患者和匹配的捐献者作为研究对象，并采集了他们的粪便样本。随后对pks⁺ E. coli的粪便宏基因组进行筛选，还比较了治疗前和治疗后患者以及他们各自的供体中pks的存在。研究表明pks⁺ E. coli在rCDI患者中比在健康供体中更为普遍，且FMT有助于在rCDI患者中持续存在或清除pks⁺ E. coli，而不是传播。本研究为更好地了解FMT对前致癌物pks⁺ E. coli的影响提供资料，有助于选择供体和预防患者的结直肠癌发展。

摘要：背景和目的：复发艰难梭菌感染 (recurrent Clostridioides difficile infections， rCDI) 的患者肠道菌群紊乱，可通过粪菌移植 (faecal microbiota transplantation，FMT) 来恢复。尽管进行了广泛的筛选，但健康的粪便捐赠者的肠道中可能携带有可能对健康产生长期影响的细菌，如潜在的前致癌物pks⁺ Escherichia coli。在本研究中，我们的目的是确定pks的丰度和pks⁺ E. coli的持久性是否受到供体粪便pks状态的影响。

方法：在一组49名接受FMT治疗的rCDI患者和匹配的捐献者样本中——据我们所知，这是类似研究中人数最多的。我们回顾性筛选了pks⁺ E. coli的粪便宏基因组，并比较了治疗前和治疗后患者以及他们各自的供体中pks的存在。

结果：在rCDI患者中，pks更普遍 (P = .026) 和丰富 (P <.001) (FMT之前；27/49 = 55%，中位数：0.46 RPKM pks，高于健康供体【3/8供体 (37.5%)，11/38样本 (29%)，中位数：0.01 RPKM pks)】。FMT后患者的pks状态直接取决于患者接受治疗时供体悬液的pks-状态 (P = .046)。其中，pks⁺患者中pks⁺ E. coli的持久性(8/9例) 或清除 (13/18例) 与供体的pks相关(P = .004)。

结论：FMT有助于rCDI 患者中pks⁺ E. coli的持久性或根除，但不太可能导致pks⁺ E. coli的供者-患者传播。

关键词：colibactin（一种由某些大肠杆菌菌株产生的化合物）；结直肠癌；遗传毒物；微生物组

缩写：rCDI，multiple recurrent C. difficile infection（多重复发性艰难梭菌感染）；FMT，faecal microbiota transplantation（粪菌移植）；pks，polyketide-synthase（聚酮合酶）；RPKM，reads per kilobase per million（每百万reads中来自于某基因每千碱基长度的reads数）；ST，sequence type（序列型）。

原名：Faecal microbiota transplantation influences procarcinogenic Escherichia coli in recipient recurrent Clostridioides difficile patients

译名：粪菌移植影响受体复发性艰难梭菌患者的前致癌性大肠杆菌

期刊：Gastroenterology

IF：17.373

发表时间：2021.6.11

通讯作者：Sam Nooij

通讯作者单位：荷兰莱顿大学医学中心医学微生物学系，微生物组分析和治疗中心

DOI号：10.1053/j.gastro.2021.06.009

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016508521031206

Cell Host & Microbe

科研| Cell Host & Microbe：肠道微生物通过三甲胺氮氧化物途径影响中风的严重程度

本文由R.A Uyghurii编译

   美国俄亥俄州克利夫兰市克利夫兰诊所心血管与代谢科学系Weifei Zhu和克利夫兰市克利夫兰诊所心脏、血管和胸部，心血管医学研究所Stanley L. Hazen等人于2021年6月16日在Cell Host & Microbe发表题为《Gut microbes impact stroke severity via the trimethylamine N-oxide pathway》的文章。多项临床研究报告了肠道微生物群衍生代谢物三甲胺-N-氧化物（TMAO）的循环水平、中风风险及其长期不良后果之间的关联。然而，实验研究尚未直接证明肠道微生物对包括中风在内的脑血管疾病的作用。通过微生物移植将特定表型或疾病易感性从宿主传递到原始供体（即，实现科赫的疾病易感性假设）为肠道微生物群对该表型或疾病风险的因果贡献提供了有力的支持性证据。作者先前的研究表明，移植具有高（与低）能力产生三甲胺（TMA）的微生物群落（TMA是TMAO的前体），导致小鼠动脉粥样硬化和血栓形成的增强。尽管血浆TMAO水平与卒中风险之间存在显著的临床相关性，但探索肠道微生物群参与卒中的微生物移植研究尚未见报道。TMA的肠道微生物产生源于多种膳食营养前体，包括胆碱，胆碱存在于动物和植物食物中，是胆汁的丰富成分。人类肠道微生物群中的主要微生物胆碱TMA裂解酶活性归因于胆碱利用（cutC基因），该基因催化胆碱TMA裂解酶活性。在以前利用人类共生体基因工程的研究中，作者直接证明了肠道微生物cutC基因的存在可以影响宿主的血小板功能和血栓形成潜能。在本研究中，作者使用多种啮齿类动物中风模型测试了肠道微生物群、TMAO或功能正常的肠道微生物cutC基因是否能影响中风的严重程度。

本研究的亮点：

1. 肠道微生物移植研究表明，中风的严重程度是一种可传遗的特征;

2. 宏生物组（metaorganismal）TMAO途径影响梗死面积和功能损害;

3. 肠道微生物CutC增加宿主TMAO水平、脑梗死面积和功能缺陷;

摘要：临床研究表明，肠道微生物群衍生代谢产物三甲胺-N-氧化物（TMAO）的循环水平与中风风险之间存在关联。然而，肠道微生物在中风中的因果关系尚未被证实。在本研究中，我们的发现表明，肠道微生物通过饮食中胆碱和TMAO的产生，直接影响脑梗塞的范围和卒中后的不良后果。将产生高低不同量TMAO的人类供体的粪便微生物移植到无菌小鼠体内进行的研究表明，TMAO的产生和中风的严重程度都是可传遗的。此外，采用多种小鼠中风模型，将具有基因工程人类共生体的特定微生物群落移植到无菌小鼠体内，证明了微生物cutC基因（胆碱转化为TMA的酶源的基因）足以传递TMA/TMAO的产生，增加脑梗塞面积，导致功能损害。因此，经过本研究，我们揭示了总的来说肠道微生物群，特别是经过宏生物组（metaorganismal）TMAO途径，直接影响中风的严重程度。

关键词：三甲胺-N-氧化物；TMAO；肠道微生物；脑血管疾病；肠道微生物移植；Cutc；西式饮食；无菌小鼠；胆碱；代谢；

原名：Gut microbes impact stroke severity via the trimethylamine N-oxide pathway

译名：肠道微生物通过三甲胺氮氧化物途径影响中风的严重程度

期刊：Cell Host & Microbe

IF：15.923

发表时间：2021.6.16

通讯作者：Weifei Zhu；Stanley L. Hazen

通讯作者单位：美国俄亥俄州克利夫兰市克利夫兰诊所心血管与代谢科学系；美国俄亥俄州克利夫兰市克利夫兰诊所心脏、血管和胸部，心血管医学研究所

DOI号：10.1016/j.chom.2021.05.002

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1931312821002304#!

图文摘要

Gut Microbes

科研| Gut Microbes：整合肠道微生物群和宿主免疫标志物来了解艰难梭菌感染的发病机制

本文由R.A Uyghurii编译

  美国马萨诸塞州布莱根妇女医院和哈佛医学院网络医学Channing分部Yang-Yu Liu和美国马萨诸塞州Beth Israel Deaconess医疗中心医学系胃肠病科Ciarán P. Kelly等人于2021年6月16日在Gut Microbes发表题为《Integrating gut microbiome and host immune markers to understand the pathogenesis of Clostridioides difficile infection》的文章。难辨梭状芽胞杆菌感染（CDI）是医疗相关感染的最常见原因，也是住院患者发病率和死亡率的重要原因。艰难梭菌感染可导致一系列临床结果，从无症状的定植到轻度腹泻和更严重的疾病综合征，如伪膜性结肠炎、中毒性巨结肠、肠穿孔、败血症和死亡。艰难梭菌传播的主要特点是在没有感染症状的情况下难以定植。CDI的诊断基于临床症状和体征，并结合实验室检测，包括TcdA和TcdB的酶免疫分析（EIA）、核酸扩增试验（NAAT）、选择性产毒培养、细胞毒性中和试验和谷氨酸脱氢酶EIA。目前可用的检测与鉴别方法不能准确区分CDI与产毒菌定植患者的其他原因引起的腹泻。机器学习在医学研究的许多领域都有很大的影响，因为它为开发复杂的、自动的、客观的算法来分析复杂的数据提供了一种原则性的方法。而监督学习可以成功地应用于各种疾病的临床疾病评估。在本研究中，作者利用机器学习工具整合宿主免疫标记数据和来自同一队列受试者的新获得的肠道微生物组数据，以确定可与CDI相关的细菌和免疫标记的集合。本研究的目的是量化肠道微生物群与免疫应答之间复杂的相互作用在CDI发病机制中的作用，为基于微生物群免疫标记物的诊断试验和治疗策略的设计提供依据。

摘要：艰难梭菌（C. difficile）感染是医疗相关感染最常见的原因，也是住院患者发病率和死亡率的重要原因。全面了解艰难梭菌感染（CDI）的发病机制是疾病诊断、治疗和预防的关键。本研究中，我们对243名具有良好特征的受试者（包括187名同时具有微生物群和免疫标记物数据的受试者）的肠道微生物组成和广泛的先天性和适应性免疫标记物进行了表征，这些受试者被分为四个表型组：CDI、无症状携带、非CDI腹泻和对照组。我们发现肠道微生物群和宿主免疫标记物之间的相互作用对艰难梭菌的定植和感染。我们证明，将肠道微生物组和宿主免疫标记物数据合并到分类模型中可以比单独使用任何一种数据更好地将CDI与其他组区分开来。我们的分类模型显示了强大的诊断性能，可将CDI与无症状携带者（AUC~0.916）、非CDI腹泻（AUC~0.917）或合并其他三组的非CDI（AUC~0.929）区分开来。最后，我们使用选定的特征进行符号分类，得出简单的数学公式，明确量化肠道微生物组和宿主免疫标记物之间的相互作用。这些发现支持肠道微生物群和宿主免疫标记物在CDI发病机制中的潜在作用。我们的研究提供了新的见解微生物免疫标志物衍生的签名诊断CDI和设计治疗策略CDI。

关键词：艰难梭菌感染；肠道微生物；宿主免疫标记；机器学习；

原名：Integrating gut microbiome and host immune markers to understand the pathogenesis of Clostridioides difficile infection

译名：整合肠道微生物群和宿主免疫标志物来了解艰难梭菌感染的发病机制

期刊：Gut Microbes

IF：7.74

发表时间：2021.6.16

通讯作者：Yang-Yu Liu；Ciarán P. Kelly

通讯作者单位：美国马萨诸塞州布莱根妇女医院和哈佛医学院网络医学Channing分部；美国马萨诸塞州Beth Israel Deaconess 医疗中心医学系胃肠病科

DOI号：10.1080/19490976.2021.1935186

原文链接：

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2021.1935186

科研| Gut Microbes：婴儿晚期以拟杆菌为主的肠道微生物群与神经发育增强有关

本文由如风编译 

   加拿大埃德蒙顿临床健康学会阿尔伯塔大学儿科Anita L. Kozyrskyj等人于2021年6月16日在Gut Microbes发表题为《Bacteroides-dominant gut microbiome of late infancy is associated with enhanced neurodevelopment》的文章，本研究基于CHILD（加拿大健康婴儿纵向发展）队列，使用贝利婴儿发展量表（BSID-III）结合粪便样本对选取的婴儿进行测定，对12月龄的婴儿肠道微生物进行了聚类，发现婴儿后期相关的鞘脂合成对随后的神经发育结果有影响，且对男婴，尤其是认知和语言能力影响更大。研究指出，未来需要证实这些发现，并进一步探索婴儿肠道微生物对后期神经发育阶段更复杂和更深入的影响，值得相关人士重点关注。

摘要：肠道微生物群失调已被回顾性地与自闭症谱系障碍联系起来，但健康婴儿的肠道微生物群与早期神经发育之间的时间关联在很大程度上是未知的。我们进行了这项研究，以确定婴儿期两个关键时期的肠道微生物群与普通人群出生队列中的神经发育之间的关联。

  在此，我们分析了来自CHILD（加拿大健康婴儿纵向发展）队列研究的405名婴儿（199名女性）的数据。在1岁和2岁时使用贝利婴儿发展量表（BSID-III）客观地评估了神经发育结果。用16S rRNA基因测序对平均4月龄和12月龄时获得的粪便样本进行微生物组分析。

我们使用聚类方法，根据12个月时肠道微生物群的相对丰度确定了三组婴儿：变形杆菌Proteobacteria为主的聚类（12个月时丰度高22.4%），厚壁菌Firmicutes为主的聚类（12个月时丰度高46.0%）和拟杆菌Bacteroidetes为主的聚类（12个月时丰度高31.6%）。相对于变形杆菌Proteobacteria为主的聚类，在调整了协变量的模型中，拟杆菌Bacteroidetes为主的聚类与2岁时的认知（4.8分；FDRp=0.02）、语言（4.2分；FDRp≤0.001）和运动（3.1分；FDRp=0.03）发展得分较高相关。当按性别分层时，只有以拟杆菌Bacteroidetes为主的微生物群的男婴具有更好的认知（5.9分，FDRp = .06）和语言（7.9分；FDRp≤0.001）发展。2岁时肠道微生物中拟杆菌属Bacteroides丰度与认知和语言得分呈正相关。完全调整后的线性混合模型分析显示，拟杆菌Bacteroidetes为主的聚类与1至2岁的认知和语言表现的变化之间有正相关，且主要是在男性中。4月龄的微生物群和BSID-II分数之间没有明显的关联。值得注意的是，鞘脂合成和代谢增强，以及拟杆菌Bacteroides和链球菌Streptococcus之间的拮抗或竞争是拟杆菌Bacteroidetes占优势的肠道微生物群的特征。

这项研究发现了强有力的证据，表明拟杆菌Bacteroidetes在婴儿后期肠道微生物群和随后的神经发育之间存在正相关，其中最显著的是男性，而不是女性。

关键词：婴儿；拟杆菌；出生队列；认知；早期定植；肠道微生物群；神经发育

原名：Bacteroides-dominant gut microbiome of late infancy is associated with enhanced neurodevelopment

译名：婴儿晚期以拟杆菌为主的肠道微生物群与神经发育增强有关

期刊：Gut Microbes

IF：7.74

发表时间：2021.6.16

通讯作者：Anita L. Kozyrskyj

通讯作者单位：加拿大埃德蒙顿临床健康学会阿尔伯塔大学儿科

DOI号：10.1080/19490976.2021.1930875

原文链接：

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2021.1930875

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