Prosci-Lab 新成果 mSystems | 一种新的肠道健康评估方法：基于多队列的肠道微生物组单核苷酸变异位点（SNV）

在持续的宿主选择压力下，适应性进化变化可能先于肠道微生物群落的生态变化，但其与宿主患病状态的关系尚未得到充分探讨。近日，海南大学张家超教授团队在《mSystems》（Q1，IF：6.4）发表最新研究。该研究为探索跨越多种人类疾病的肠道微生物中与疾病相关的共同单核苷酸变异（SNVs），对来自16项病例对照研究的1711份肠道宏基因组样本进行了荟萃分析，涉及12种人类疾病，并纳入了另外446名成员队列进行验证。结果显示，健康个体常驻肠道微生物存在更多SNVs，主要涉及产生短链脂肪酸（SCFAs）的细菌。此外，健康和非健康受试者肠道微生物的碱基突变偏好存在差异，表明不同健康状态下肠道微生物进化方向存在差异。该研究进一步发现，在非健康人群中，非同义SNVs可导致4个SCFAs产生基因的功能丧失，其中来自Faecalibacterium prausnitzii C和Bacteroides stercoris的两个基因（即ack和scpC）分别被体外验证。随后，该研究基于所有突变菌株的SNV率建立了一种新的肠道微生物组健康指数，对宿主健康状态的分类准确率为74.23%，验证准确率较高（AUROC = 69.28%）。该研究强调了利用肠道微生物组的遗传变异性来表征肠道微生物适应的重要性，也为预测人类慢性疾病提供了新方法。  

内容要点

1. 在这项荟萃分析中，从16项研究中收集了1711个样本，涵盖12种宿主表型，包括919个非健康和792个健康个体。证实了宿主的健康状态不仅与种群水平的丰度变化有关，而且与肠道微生物群的遗传组成变化有关。

2. 该研究获得了健康和非健康人群肠道微生物群的综合SNV谱，发现了健康受试者比患病受试者有更多的突变菌株，表明健康肠道的菌株有更高的多样性，并证明健康个体比非健康个体具有更多的SNV总数。

3. 将范围缩小到单一SNV水平（即核苷酸多样性）的特定变异类型模式分析后发现，疾病状态可以改变肠道微生物菌株基因编码区域的SNV模式。

4. 研究关注了特定肠道菌株的关键功能基因，并评估疾病条件下微生物适应性进化诱导肠道微生物群的潜在功能变化。发现不同菌株中SCFAs相关基因的适应性进化模式是不同的，并且探讨了不同菌株中影响SCFAs产生的变异。

5. 研究提出假设：SNV谱也可以预测宿主状态，反映肠道微生物在多种疾病条件下的适应程度，发现仅仅是SCFAs基因的遗传变异即可大致预测宿主的健康状况。

6.  通过对上述结果进行验证，证明了健康状态可以通过肠道微生物组的遗传变化来区分，并强调了SNV诱导的与SCFAs产生相关的功能变化的重要性。

小菌君读后感

该研究通过荟萃分析，首次描述了多个人类队列中不同健康状态下肠道微生物的普遍进化模式。研究发现微生物遗传变化可以先于与宿主生理变化相关的生态变化，从而为疾病预测建模提供一个新的宏基因组数据信息层。此外，研究发现SCFAs产生的一些遗传生物标志物可以覆盖荟萃分析中涉及的大多数慢性疾病。因此，进一步探索与宿主健康状态相关的肠道菌群的适应性进化与生态之间的动态相互作用具有重要的科学价值和临床意义。

第一作者：马臣臣，张玉凤

通讯作者：黄适，张家超

原文链接：https://doi.org/10.1128/msystems.00828-23