今日《自然》封面:十多年跑到新终点,人类微生物组学研究公布三项成果

▎学术经纬/报道

顶尖学术期刊《自然》及其子刊《自然-医学》今日以多篇报道公布了刚刚完成的人类微生物组整合计划(iHMP)。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。

▲最新一期《自然》聚焦人类微生物组整合计划(iHMP)(图片来源:Nature

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。来自多个研究机构的科学家团队分别探寻了三种情况下——炎症性肠病,糖尿病前期,怀孕和早产——人体微生物组出现哪些变化。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。

第一篇论文关注炎症性肠病,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。

美国哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的Curtis Huttenhower教授及同事分析了132名炎症性肠病患者和健康的对照组被试,在一年时间里定期采集的粪便、活检和血液样本。研究人员开发了一个独特的生物技术工具箱,来了解病情活跃期时肠道微生物组的组成变化,宿主和微生物组的分子活动变化以及基因表达的转

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

这项研究为炎症性肠病中的宿主和微生物活动提供了迄今为止最全面的描述,相关资源、结果和数据可以通过数据库(http://ibdmdb.org)获取,有望为理解疾病发病和进展带来深刻见解。

 

第2篇论文关注糖尿病前期。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。

斯坦福大学基因组学和个体化医药中心主任Michael Snyder教授带领研究小组对106名健康人和糖尿病前期个体展开了为期4年的研究,分析转录组、代谢组、细胞因子和蛋白质组的变化以及微生物组的改变来揭示分子变化、遗传变化和微生物变化。他们发现,像白细胞介素-1受体激动剂(IL-1RA)和超敏C-反应蛋白(CRP)炎症标记物与特定的免疫信号传导可以作为发病前的个人分子特征,提示早期疾病发展的规律。

 

另一篇发表在《自然-医学》上的论文描述了阴道微生物对于早产风险的影响

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。

弗吉尼亚联邦大学Gregory Buck教授及同事在1,527名孕妇的整个孕期内展开研究,通过对16S核糖体RNA、宏基因组、元转录组和细胞因子谱的分析,揭示了与早产风险相关的阴道微生物组变化。例如,早产孕妇的卷曲乳杆菌(Lactobacillus crispatus)水平低于足月妊娠的孕妇,还有多种细菌则过量存在。这些发现将有助于为提前预测早产提供指导。

▲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。

参考资料

[1] The Integrative Human Microbiome Project. Nature. Doi: 10.1038/s41586-019-1238-8

[2] Jason Lloyd-Price et al., (2019) Multi-omics of the gut microbial ecosystem in inflammatory bowel diseases. Nature. Doi: 10.1038/s41586-019-1237-9

[3] Wenyu Zhou et al., (2019) Longitudinal multi-omics of host–microbe dynamics in prediabetes. Nature. Doi: 10.1038/s41586-019-1236-x

[4]Jennifer M. Fettweis et al., (2019) The vaginal microbiome and preterm birth. Nature Medicine. Doi: 10.1038/s41591-019-0450-2

[5] Lita Proctor. (2019) What’s next for the human microbiome? Nature. Doi: 10.1038/d41586-019-01654-0

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