重磅！肠道菌群再次爆发！3篇齐聚Nature正刊！！

本文转自“微生太”，已获授权。内容有修改，并添加热心肠导读方便读者互为补充阅读。

1 来自TEDDY研究的婴幼儿期肠道微生物组的时间发育

美国贝勒医学院Christopher J. Stewart等人发表了题目为《Temporal development of the gut microbiome in early childhood from the TEDDY study》的文章。该研究表明早期肠道菌群发育共分为3个阶段，且母乳喂养对其影响最大。

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0617-x

Nature：婴幼儿肠道菌群发育的3个阶段

mildbreeze 10-25 热心肠日报

原标题：来自TEDDY研究的幼儿期肠道微生物组的时间发育

① 分析903名儿童3-46月龄的粪便菌群组成，可分为10个聚类；② 早期肠道菌群发育包括3个阶段：发育期（3-14月）、过渡期（15-30月）和稳定期（≥31月），菌群组成和功能与多种因素相关；③ 母乳喂养对发育期菌群的影响最大，与双歧杆菌（尤其是两歧和短双歧杆菌）丰度较高相关，终止母乳导致以厚壁菌门增多为特征的菌群成熟；④ 拟杆菌属丰度在顺产婴儿中较高，与菌群多样性较高和成熟较快相关；⑤ 地理位置和家庭环境等也是影响菌群的重要因素。

主编评语 ：Nature刚刚上线的第二篇基于TEDDY研究的论文，由美国贝勒医学院主导，用16S和宏基因组学法分析903名婴幼儿从3月龄至接近4岁期间的1.2万份粪便样本，主要总结了幼年期人体肠道菌群的发育特征，也分析了1型糖尿病相关的菌群因素，可与另一项研究（Nature：早发1型糖尿病的早期菌群特征，见下文）搭配阅读。相关发现对于理解婴幼儿肠道菌群建立和发育规律、喂养方式对肠道菌群的影响，以及以此为基础的菌群相关疾病研究，都有重要参考价值，不过这些规律背后的生理意义和对健康的影响，仍需后续研究阐释。

https://www.mr-gut.cn/papers/read/1083526450

研究摘要

婴幼儿时期，肠道微生物组的发育取决于很多因素。在此期间微生物-免疫串扰被认为与生命后期疾病（例：持续性胰岛自身免疫和1型糖尿病）的病理生物学相关。然而，据我们所知，还没有研究对大型多中心人群的早期生活微生物群进行广泛的表征。

在这里，我们通过16S rRNA基因测序（n = 12,005）和宏基因组测序（n = 10,867）分析903名3月龄至46个月大的儿童的纵向粪便样本，作为年轻人糖尿病的环境决定因素（TEDDY）研究的一部分。

结果表明：（1）早期肠道微生物组发育经历了三个不同阶段：发育阶段（第3-14个月），过渡阶段（第15-30个月）和稳定阶段（第31-46个月）。（2）无论是母乳喂养还是部分母乳喂养，都是与微生物组结构相关的最重要的因素。（3）母乳喂养与双歧杆菌种（B. breve和B. bifidum）的水平较高相关，并且停止母乳可导致肠道微生物组成熟更快，正如厚壁菌门（Firmicutes）所标记的那样。（4）在发育阶段，分娩模式也与微生物组显著相关，这是由于阴道分娩的婴儿中含有较高水平的拟杆菌属（特别是脆弱拟杆菌）。无论分娩模式如何，拟杆菌与肠道多样性增加和成熟更相关。（5）环境因素，包括地理位置和家庭暴露（如兄弟姐妹和毛茸茸的宠物）也代表了重要的协变量。（6）巢式病例对照分析揭示了微生物分类学与胰岛自身免疫或1型糖尿病的发展之间的微妙关联。

这些数据决定了早期微生物组结构和功能的组装，并为针对微生物免疫串扰对长期健康的后果进行有针对性的机制调查奠定了基础。

文中主要图片说明

图1 | 基于16S rRNA基因测序数据（n = 12,005）的DMM聚类。整个数据集基于最低拉普拉斯近似形成十个不同的聚类。a，热图显示每个DMM簇中25个最主要的细菌属的相对丰度。b，箱形图显示每个DMM簇的α多样性（丰富度和Shannon多样性）。c，过渡模型显示每个时间点（从生命的第3个月到第46个月）每个DMM群集的样本进展。

图2 | 通过EnvFit对所有数据类型建模的22个微生物组协变量的显著性和解释方差。a，基于16S rRNA基因测序数据的属水平的微生物组成（n = 4,069）。b，基于宏基因组测序的物种水平的微生物组概况（n = 3,843）。c，基于宏基因组测序的模块水平的功能宏基因组功能组成（n = 3,843）。

图3 | 母乳喂养状态是生命第一年中所有数据集相关的微生物组协变量中最重要的。a，非度量多维标准化（NMDS）排序图，显示每个母乳喂养状态组的平均重心。b，图表显示3至40月龄母乳的接收量与同期6种最丰富的双歧杆菌种类的相对丰度相比（n = 11,717）。c，从3月龄到40月龄的纵向香农多样性指数（n = 11,717）。d，基于微生物群年龄和MAZ评分分析微生物组成熟的纵向发展（n = 11,717）。e，热图显示所有重要模块的平均丰度，如前三个时间点中每个时间点的MaAsLin分析所确定的。还介绍了每个模块的相应路径。BM，母乳。f，堆积条形图显示在通路水平分级的每个重要模块的丰度。每种细菌种类的丰度图，其中五种最重要的物种分别与母乳喂养和非母乳喂养的婴儿相关。

2 来自TEDDY研究的早发1型糖尿病人的肠道微生物组

麻省理工学院和哈佛大学tommi Vatanen等人发表了题目为《The human gut microbiome in early-onset type 1 diabetes from the TEDDY study》的文章。该研究揭示了与一型糖尿病（T1D）发展相关的肠道菌群功能和组成特征，并表明短链脂肪酸对早发T1D具有预防作用。

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0620-2

https://www.mr-gut.cn/papers/read/1056909634

Nature：早发1型糖尿病的早期菌群特征

mildbreeze 10-25 热心肠日报

原标题：TEDDY研究中早发1型糖尿病中的人体肠道菌群

① 纳入783名有1型糖尿病（T1D）遗传风险的白人儿童，分析粪便宏基因组的纵向变化，并进行巢式病例对照分析；② 对照儿童菌群中，与细菌发酵和短链脂肪酸生物合成相关的基因含量更高，但未鉴定出具有普遍性的与胰岛自身免疫或 T1D显著相关的菌群成员；③ 婴儿道菌群发育呈现动态变化和个体差异，出生第一年内以双歧杆菌属（两歧/短/长双歧杆菌）或变形菌门为优势菌；④ 含有利用人乳寡糖基因的长双歧杆菌菌株，特异存在于母乳喂养婴儿中。

主编评语 : 1型糖尿病（T1D）是一种自身免疫疾病，与遗传和环境因素有关。TEDDY研究是一项美国和欧洲的多中心纵向队列研究，分析有T1D遗传风险的婴幼儿的肠道菌群等潜在T1D风险因素。Nature刚刚上线两项基于该队列的研究，本研究主要分析了与T1D相关的肠道菌群功能和组成特征，表明短链脂肪酸对T1D有潜在预防作用。该研究也分析了婴幼儿期肠道菌群发育的规律，不妨上文搭配阅读。

研究摘要

1型糖尿病（T1D）是一种针对胰岛β细胞的自身免疫性疾病，影响其因素主要包括复杂的遗传因素，所处环境和肠道微生物组。病毒感染和肠道菌群失调已被确定为潜在原因或促成因素。然而，人类研究尚未发现可预测胰岛自身免疫或T1D发展的微生物组成或功能。

在这里，我们分析了783名来自白人非西班牙裔儿童的粪便样本中的10,913个宏基因组数据。从婴儿三月龄时开始，每个月都收集样本，直至年轻人糖尿病的环境决定因素（TEDDY）研究中的临床终点（胰岛自身免疫或T1D）。分析与胰岛自身免疫，T1D诊断和其他常见的早期生活事件（如抗生素治疗和益生菌）相关的早期肠道微生物组的特征。

健康对照组儿童的微生物组包含更多与发酵和短链脂肪酸生物合成相关的基因，但这些基因与不同临床中心的特定分类菌群不相关，这表明与T1D相关的微生物因子不具有普遍性，但在功能上更具有普遍性。当我们调查婴儿微生物组的发育时，分类学和功能概况都是动态的和高度个性化的，并且在生命的第一年由三种主要的双歧杆菌种（B.bifidum，B.breve或B.longum）中的一种或变形菌门主导。特别地，在母乳喂养的婴儿中存在利用有B.longum人乳寡糖基因的菌株携带具有特异性。

这些对TEDDY肠道宏基因组的分析提供了最详细的与胰岛自身免疫，T1D和其他因素相关的肠道微生物组的发育的纵向功能谱。结合人类队列和T1D小鼠模型的现有证据，这些数据支持短链脂肪酸在早发T1D中的保护作用。

文中主要图片说明

图1 | 来自TEDDY T1D队列的超过10,000个纵向肠道宏基因组。我们分析了在生命的前五年大约每月从783名儿童（415名对照，267名血清转换器和101名被诊断为T1D）纵向收集的10,913个宏基因组。a，在六个临床中心（芬兰，瑞典，德国，华盛顿，佐治亚和科罗拉多州）招募受试者。主要终点是血清转换（定义为持续确诊的IA）和T1D诊断。针对受试者和样品分析的其他元数据包括母乳喂养，出生模式，益生菌，抗生素，配方奶喂养和其他饮食协变量的状态。b，收集的粪便样本概述和微生物组发展，由Shannon的α多样性概括，并按终点分层。

图2 | 早期肠道微生物组的特征在于双歧杆菌物种的早期异质性和分类群随时间的个体化。a，通过Bray-Curtis相似性测量的主要坐标分析（PCoA）微生物β多样性排序（n = 10,913个样本）。b，微生物群稳定性。c，抗生素（Abx）过程对微生物稳定性的影响。d，与口服抗生素治疗相关的最常见的双歧杆菌属物种的减少。

图3 | 早期肠道微生物组酶含量的一致变化。 

图4 | 长双歧杆菌菌株的HMO基因含量，按母乳喂养状态分层。

3 肠道微生物因素调节果蝇的运动行为

加州理工学院Catherine e. Schretter等人发表了题目为《A gut microbial factor modulates locomotor behaviour in Drosophila》的文章。该研究表明肠道菌群可影响动物行为。

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0634-9

https://www.mr-gut.cn/papers/read/1080270019

Nature：肠道细菌调节果蝇运动行为

mildbreeze 10-25 热心肠日报

原标题：肠道微生物因素调节果蝇运动行为

① 无菌或抗生素处理，导致果蝇运动行为过度活化，比有菌果蝇走得更多更快；② 给无菌果蝇单一定殖共生菌短乳杆菌，可使上述行为异常恢复正常，短乳杆菌表达的木糖异构酶起关键介导作用；③ 木糖异构酶可调节果蝇糖代谢，降低海藻糖水平，从而降低生成神经递质章鱼胺（相当于去甲肾上腺素）的神经元活性，进而调节果蝇运动行为；④ 激活该神经元或补充章鱼胺，可消除木糖异构酶对果蝇行为的调节作用。

主编评语: 无菌动物研究表明，肠道菌群可影响动物行为。Nature刚刚上线的一项研究揭示了肠道共生菌影响果蝇自主运动的机制，表明特定肠道细菌表达的酶，通过影响果蝇糖代谢来调节特定神经元活性，从而改变果蝇运动行为。这些发现对于菌群-肠-脑-行为轴的研究有重要意义，值得专业人士关注。

研究摘要

目前对动物行为生物学的研究主要集中在中枢神经系统，但外周组织和环境与大脑发育和功能也有关。有新的证据表明，肠道与大脑之间的双向交流会影响行为，包括焦虑，认知，伤害感受和社交互动。协调的运动行为对于动物的存活和繁殖至关重要，并且会受到内部和外部感觉输入的调节。然而，关于肠道微生物组如何影响宿主运动或所涉及的分子和细胞机制知之甚少。

本研究表明：（1）无菌状态或抗生素治疗导致果蝇的运动行为过度活跃。在没有肠道微生物组的情况下步行速度和日常活动的增加可通过特定细菌（包括苍蝇共生的短乳杆菌）的单一定殖来恢复。（2）来自短乳杆菌的细菌酶木糖异构酶通过调节果蝇中的糖代谢来介导微生物定植的运动效应。（3）值得注意的是，章鱼胺神经元热源激活或章鱼胺的外源性补充可消除木糖异构酶对果蝇运动的影响。

这些发现揭示了肠道微生物组在调节运动中的先前未被认可的作用，并且将章鱼胺作为调节动物运动行为的外周微生物线索的介质。

文中主要图片说明

图1 肠道细菌调节苍蝇的运动行为

图2 | 短乳杆菌的木糖异构酶改变宿主运动

图3，章鱼胺介导XI诱导的运动变化

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