Microbiome | 基于全球人类肠道微生物组的细菌胆盐水解酶 (BSH) 基因的分类特征和种群模式

基于全球人类肠道微生物组的细菌胆盐水解酶 (BSH) 基因的分类特征和种群模式

文献导读

BA （胆汁酸）由肝细胞中的胆固醇合成，之后进一步与氨基酸甘氨酸或牛磺酸结合形成胆盐并转移至肠道。此外，去结合的胆汁酸充当信号分子促进GLP-1的分泌，激活多种受体和影响不同的代谢物过程导致各种疾病。鉴于肠道微生物群在胆汁酸代谢中的重要作用，且胆盐水解酶（BSH）在胆汁酸介导的信号通路中也发挥重要作用，如调节脂质吸收、糖代谢和能量稳态。若干报道也认为，胆汁酸成分的改变见于菌群失调引起的许多疾病，所有必须系统地识别哪些细菌菌株持有BSH基因，以及它们的丰富度和活性如何因肠道而异。

文献信息

• 英文标题：Taxonomic profiling and populational patterns of bacterial bile salt hydrolase (BSH) genes based on worldwide human gut microbiome
• 中文标题：基于全球人类肠道微生物组的细菌胆盐水解酶 (BSH) 基因的分类特征和种群模式
• IF：9.133
• 年份：23 January 2019
• 期刊： Microbiome
• 通讯作者：Jing Li
• 通讯地址：School of Life Science and Technology, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China
• email： [email protected]

文章内容

HMP参考基因组数据库证明含胆汁盐水解酶蛋白质序列（BSHs）细菌的分类学分布，而公共肠道宏基因组数据库可以提供不同地理区域的和健康/疾病队列BSHs的丰度。因此，在本研究中，研究了人类肠道微生物的BSH分类学，种群和功能.用计算机和生物的方法按照下面潜在的目标：1.在人类肠道微生物中鉴定细菌编码的BSHs。2.探究不同细菌的BSH的序列，结构，生物活性变异。3. 探讨可能影响人类微生物群中产(BSHs) 模式的因素。4.发现BSHs的相对丰度与几种疾病之间的联系。

文章结果

1.BSHs 的序列和结构比较

注释：已知代表性 BSH 的比较。a.二级结构比较。
b. 拓扑图。c. 已报道了活性部位残基的四个 BSHs的三维结构比较。在这里，二级结构中的红色框架、拓扑图中的红星和三维结构中的红链都显示了在四个 BSH 中报告的活性位点残基。

这些结果表明，尽管不同 BSH 之间存在很大的序列差异，但其功能残基、二级结构折叠和核心活性位点是保守的。

2.BSHs 的分类鉴定和同源研究

注释：从 HMP 获得的 BSHs 的分类学表征。a.对不同主属的 BSHs 进行分类学鉴定，即含有 5 个以上的 BSHs。b. 分别在门和属水平上测定含菌 BSHs 的数量。c. 来自 HMP 数据库的所有菌株中表达 BSHs 的菌株比例。d 来自 HMP 数据库的所有 BSH 中不同旁系同源物的比例。e. HMP 数据库中各属之间和属内 BSH 的密度分布。

591个BSHs是在HMP数据库中鉴定到的，这些 BSHs 均归属于 12 个门的 117 个属，即放线菌门、拟杆菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门等。超过一半的BSHs属于厚壁菌门，其中所有含BSH的菌都属于以下的属，葡萄球菌、拟杆菌、肠球菌、双歧杆菌、消化梭状芽孢杆菌和副拟杆菌属。结果显示，HMP 微生物群中共 26.03%细菌菌株参考基因组编码 BSH。此外，这 591 个 BSHs 仅分布于 447 个菌株中，由于存在旁系同源。对不同数量的旁系同源物 (NP) 的比例进行评价，发现 72.48%（324 株）株菌株仅编码 1 种 BSH，23.49%（105 株）株菌株有 2 种，3.36%（15 株）株菌株有 3 种 BSH，3 株拟杆菌属菌株有 4 种 BSH。总共有 20 个属的细菌，其中 123 个菌株具有旁系同源。这些结果表明，由于细菌基因组中含有 BSHs 的旁系同源物，按菌属区分 BSHs 可能不是一个合理的方法。

3.BSHs 的群体比较和多变量校正分析

多因素对 BSHs 相对丰度的影响。a.9 个人群中不同性别 BSHs 的相对丰度 (RA)。b. 8 个人群中 BSHs RA 与年龄的相关性。c. 7 个人群中 BSHs RA 与 BMI 的相关性。d. 不同种群中 BSHs 的累积 RA 和属的分布。e. 含 4 个因素的个体情况下 BSHs 累积 RA 的多变量校正分析

从 HMP 数据库获得的 561 例 BSHs 中，只有 156 例存在于来自 6 个大陆 11 个不同国家的 591 人的肠道微生物组中, 这表明，许多表达 BSH 的细菌在人体肠道微生物组中丰度很低，在目前的测序深度下检测不到。

且在 BSHs 的累积相对丰度和来自不同地理区域的人群之间发现了显著的相关性。群体因素解释了四个因素中 BSHs 丰度的最高变异 (35.15%)（图 3e）。这些结果与不同人群中肠道菌群组成差异主要由地理造成。

4.BSHs 的重新分类，变化模式及比较

根据进化树将本研究中观察到的人群（11 个国家，6 大洲）肠道微生物组中的 156 个 BSHs 重新分类为 8 个系统型，结果显示 7 个主要类型，BSH-T1（包括 24 个菌株的 27 个 BSHs）、BSH-T2（包括 17 个菌株的 19 个 BSHs）、BSH-T3（包括 5 个菌株的 6 个 BSHs）、BSH-T4（包括 14 株 BSHs）、BSH-T5（包括 23 株 BSHs）、BSH-T6（包括 39 株 BSHs）、BSH-T7（包括 14 株 BSHs）。而且，BSH-T0（包括 1～7 个菌株的 7 个 BSH）不能用分层算法分类，但它们的序列在系统发育树上比较接近。

通过对不同 BSH 株型的酶活测定，发现 BSH-T3 的酶活最高，且仅见于乳酸杆菌。BSHT5 和 BSH-T6 的叶型主要来自拟杆菌属，具有不同的酶活性和解离活性。

5.健康疾病队列中 BSHs 模式的变化

在T2D中， 中国人BSH-T4的相对丰度显著高于健康人。同时，动脉粥样硬化 (AS) 人群的 BSH-T3、BSH-T4 和 BSH-T7 的 RA 显著高于健康组，而 BSH-T5 和 BSH-T6 的 RA 显著低于健康组。
这些结果提示 BSH 可能对 T2D,AS 的发生、发展具有多效性影响。然而，需要更多的研究来推导出胆汁酸代谢与各种疾病之间的合理关系。

文章小结

在本研究中，描述了表达 BSH在细菌中的分布，并讨论了其在全球人群中的分布和丰度。基于以上一系列分析，文章中提出了一种新的方法（系统发育分析）来对 BSHs进行重新分类并比较它们在种系间的酶活性。而且，发现了一些BSH的相对丰度与T2D 和 AS 中是显著相关，但影响是多效性的，这突出了 BSH 分类在未来 BA 代谢相关疾病研究中的重要性。

原文链接和参考文献

1.点击查看原文

2.Wang HH, Portincasa P, Wang DQ. Molecular pathophysiology and physical chemistry of cholesterol gallstones. Front Biosci. 2008;13:401–23

3.Copaci I, Micu L, Iliescu L, Voiculescu M. New therapeutical indications of ursodeoxycholic acid. Rom J Gastroenterol. 2005;14:259–66.

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