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自然刊发人类微生物组整合计划三项成果描述微生物与3大疾病关系暖风机

2020-05-22

05-31

人体微生物组因个体、群体和环境而异,并且会影响人类的健康和疾病状态。5月29日,英国《自然》《自然·医学》杂志同时发表了人类微生物组整合计划(iHMP)的三篇论文及两篇相关评论,向人们深刻揭示了宿主和微生物组之间的互作是如何影响人类身体健康的。这是一项历时十多年的大规模研究,凝结了全球科学家在多个领域的智慧。此次获得的发现,不但代表了某些疾病中宿主和微生物关系的迄今最全面描述,还有助于科学家表征多种疾病,预测病人转归,进而在未来促进治疗。

▲最新一期《自然》聚焦人类微生物组整合计划(iHMP)

人类微生物组整合计划(iHMP)由美国国立卫生院自2007年发起。第1阶段的成果曾带给我们很多前所未见的新知:在正常情况下,原来每个人的身体都是多样性丰富的生态环境,种类繁多、数量达上百万亿的微生物与人体共存,并且它们的组成因个体、群体和环境而异。人体微生物组会影响人的健康状态,也在炎症、代谢障碍等疾病状态下受到干扰。

第2阶段从2013年启动,科学家们踏上新的征途,开始采用新的多组学研究方法探寻人体微生物组在疾病过程中的变化。

▲人类微生物组整合计划(iHMP)分两个阶段。(图片来源:Nature)

这个项目现在带来了刚刚完成的三项成果。iHMP项目采用多组学方法探索了微生物组和宿主的时间动态变化(如免疫响应和新陈代谢),以便理解这些疾病中的微生物—宿主互作。这一项目目前已调查了在炎症性肠病(IBD)、前驱糖尿病、怀孕和早产中,微生物组和宿主的变化。这些新发现将有助于我们理解疾病特征,并有望促进疾病治疗。

美国哈佛—麻省理工博德研究所与哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的研究团队,此次分析了132名炎症性肠病患者(IBD患者)和健康的对照组。炎症性肠病,包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。这类慢性疾病影响全世界数百万人。炎症性肠病无论是在临床上还是在免疫学、分子、遗传学、微生物学水平上都非常复杂。在第一篇论文中,团队鉴定出了微生物组组成的变化、肠道内宿主源和微生物组源分子的变化以及基因表达的转变。他们总结表示,这项研究对IBD中的宿主和微生物活动进行了迄今为止最全面的描述,为理解疾病发病和进展提供了深刻见解。

▲炎症性肠病情况下的宿主-微生物组动态变化示意图(图片来源:Nature)

在第二项研究中,斯坦福大学医学院小组报告了前驱糖尿病中宿主和微生物组之间的互作。前驱糖尿病会导致糖尿病,但是经常得不到确诊。小组对106名健康个体和前驱糖尿病个体进行了为期4年的研究,分析了分子变化、遗传变化和微生物变化,最终发现了可以定义早期疾病发展的规律。糖尿病也是一种多因素影响的复杂疾病,在全世界影响人数超过4亿。糖尿病前期是发生2型糖尿病的高风险状态,有70%的前期患者最终会发展成2型糖尿病,但通常未能得到确诊。关注这一早期阶段,有助于及早检测出2型糖尿病。

第三项研究则描述了微生物对于早产风险的影响。弗吉尼亚联邦大学团队在1527名孕妇的整个孕期内对其进行了研究,揭示了与早产风险相关的微生物组变化。例如,研究发现了早产孕妇的卷曲乳杆菌水平低于足月妊娠的孕妇,他们还在早产孕妇体内发现了大量过度存在的不同种类细菌。早产指的是妊娠不足37周胎儿出生。全世界每年有1500万早产儿,早产发生率超过10%。早产是新生儿死亡的重要原因。这项研究将有助于未来提前预测早产。

▲怀孕和早产情况下阴道微生物组和宿主因子之间的关系示意图(图片来源:Nature)

同期《自然》上还刊发了iHMP项目负责人、美国国立卫生研究院的Lita Proctor博士的评论。展望下一个十年,她说:“我认为,只有当我们不再只是去知道微生物的物种名称分类,而开始理解微生物之间和微生物与宿主之间复杂多变的生态关系和演化关系,才会促进我们找到治疗糖尿病、癌症和自身免疫疾病的干预措施。”

人类微生物组的前期研究让我们在最近十多年认识到,微生物组是我们重要的“终身伴侣”。现在,通过生态学、微生物学、生物医学、计算机生物学等多学科跨领域的合作,我们将会更好地了解如何让我们和这些终身伴侣保持良好的关系,相互照顾,共同幸福。

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