科研 | Genome Medicine：肠道微生物组与饮食、生活方式和心血管代谢疾病的关系

2021-12-22 10:23

随着与心血管疾病和糖尿病以及心血管疾病的风险相关的特定微生物类群的鉴定，为微生物组有助于心血管疾病的发病机制增加了更多的证据。

编译：微科盟索亚，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

导读

来自美国布罗德研究所（Broad Institute of MIT and Harvard）的Hera Vlamakis团队于2021年12月17日在Genome Medicine发表题为《Population study of the gut microbiome：associations with diet, lifestyle, and cardiometabolic disease》的文章。肠道微生组对宿主健康和疾病状态的直接贡献已被证实。微生物组具有广泛的代谢与合成功能，能够与宿主免疫系统的发育和调节相互作用，极大地影响了宿主生理。在本研究中，作者首次对1423名FHS队列的参与者进行了基于粪便样本16S rRNA测序的微生物组分析，以探索群体水平上肠道微生物组的变化和功能。生活方式、饮食和临床因素与微生物组的综合分析揭示了参与者微生物组成和多样性的相关性。本研究识别并预测了微生物类群与各种临床表型、药物和血液检测相关的功能途径，为微生组影响健康和心脏代谢疾病的分子机制提供了见解。

关键词：

FHS、肠道微生物组、心血管疾病、2 型糖尿病、16S rRNA 基因测序、微生物分类

论文ID

原名：Population study of the gut microbiome: associations with diet, lifestyle, and cardiometabolic disease

译名：肠道微生物群体研究：与饮食、生活方式和心血管代谢疾病的关系

期刊：Genome Medicine

IF：11.117

发表时间：2021.12.17

通讯作者：Hera Vlamakis，Stanley Y. Shaw，Ramnik J. Xavier

通讯作者单位：美国布罗德研究所（Broad Institute of MIT and Harvard）

DOI号：10.1186/s13073-021-01007-5

内容简介

背景：人类的肠道中存在着数以万亿的微生物，这些微生物在人体健康中扮演着重要的角色。虽然微生物可以通过调节宿主的炎症和代谢来促进心脏代谢特征，但关于单一微生物对心血管疾病（CVD）风险和发展影响的程度与机制尚不完全了解。Framingham心脏研究（FHS）是一项涉及多代的观察性研究，通过将遗传和表型因素与临床结果相关联，跟踪研究参与者数十年，以确定心血管疾病的危险因素。FHS作为一个具有广泛临床表型的大规模群体，为探讨肠道微生物组与心脏代谢特征之间的关系提供了广泛的研究前景。

方法：对FHS中的第3代、OMNI2和New Offspring Spouse队列的1423名参与者的粪便进行了16S rRNA基因测序。数据处理和物种分类学分配是通过UPARSE的16S分析流程bioBakery进行的。对数据进行了统计分析，探究与疾病状态相关的微生物组组成和多样性的趋势，并系统地分析了与各种临床性状、疾病表型、临床血液标志物和药物的分类相关性。

结果：微生物多样性随着10年心血管疾病风险和体重指数的增加而下降。我们可以将生活方式因素，尤其是饮食和运动，与微生物多样性联系起来。关联分析揭示了已知和未报道的微生物与CVD和糖尿病、相关处方药以及许多人体测量和血液指标的相关性。其中，我们观察到一系列与心血管疾病风险、代谢综合征和2型糖尿病显著相关的微生物种类，以及一些微生物种类与心脏代谢亚表型之间的关联。

结论：随着与心血管疾病和糖尿病以及心血管疾病的风险相关的特定微生物类群的鉴定，为微生物组有助于心血管疾病的发病机制增加了更多的证据。我们的研究结果支持了关于微生物所介导影响代谢症候群、糖尿病和心血管疾病风险的机制的假说。在未来，需要对 CVD 患者肠道微生物组的进一步研究来阐明具有诊断和治疗意义的微生物机制。

实验设计

结果

图1. FHS的数据类型和人口统计概况。a 实验设计图和参与者的数据概要；b 队列的人口统计数据图，包括年龄、性别、体重指数、种族、代谢症情况、体重指数与体重指数分布、心血管疾病风险和疾病患病率的关系。

图2. 肠道微生物组成的多样性。a alpha 多样性，每个样本的丰富度表示为每个样本检测到的 OTUs 数量；b ，c 基于OTU水平相对丰度计算的Bray-Curtis距离的非度量多维尺度分析；d 所有样本的心血管代谢疾病状态，心血管疾病与糖尿病（ c + d），糖尿病，没有心血管疾病或糖尿病的总体门级相对丰富度组成；e 对所有没有心血管疾病的参与者进行10年心血管疾病风险评分。每个点代表一个个体，对应于d中的一个条形图，表示罹患心血管疾病的概率从0到100%。f 心血管疾病状态中Shannon多样性的箱线图；g 10年CVD风险评分的Shannon多样性箱线图（*表示p < 0.05）；h 在BMI分类的Shannon多样性箱线图；i 基于otu水平相对丰度计算的Bray-Curtis距离的NMDS分析；j Shannon多样性解释百分比方差的条形图（x轴），不同的变量（y轴）。

图3. 血液检测指标和人体临床指标的显著微生物和功能关联。a 13项血液测试指标和人体临床指标与最重要的50个OTU的相关性分析热图；b 微生物类群（紫色圆圈）与甘油三酯、葡萄糖和糖化血红蛋白（橙色圆圈）之间的网络关联图；c 与者与肥胖参与者相比，与BMI状态显著相关的OTU的平均相对丰度条形图；d 通过PICRUSt预测的前15种功能通路与13项血液检测指标和人体临床指标的之间的关联热图。

图4. 疾病情况和药物摄入情况与微生物和功能的关联。a 与27种疾病相关的前50种OTU关联热图；b 微生物类群（紫色圈）与心血管疾病风险、糖尿病、代谢综合征、降压药物、低密度脂蛋白药物、胰岛素和降糖药物（橙色圈）之间的关联网络；c 与 CVD 状态相关的 OTUs 的相对丰度变化条形图；d 通过PICRUSt预测的前15个功能通路与8个心脏代谢诊断指标的关联分析热图。