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中国7个不同民族人群肠道微生物群差异

时间:2022-07-07 来源:科拓生物 作者:科拓生物 浏览次数:1078
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中国是一个由多民族组成的国家,这其中包括主体民族汉族和其他55个少数民族。这些不同的少数民族群体生活在中国的不同省份中,其中的一部分至今依然保留着独特的文化和生活方式。地理位置、生活方式以及饮食方式的不同,也会造成这些人群肠道微生物群的不同。为进一步探究中国不同民族之间的肠道菌群,本试验选取314名志愿者并对这些人群的10个主要肠道微生物群进行统计分析,比较这7个不同民族人群之间肠道菌群的差异。


试验设计


我们选取了314名年龄相近、体重指数范围相似的健康个体作为试验对象。这314名志愿者来自9个省份的不同地区,这其中包括城市和农村地区;由7个民族组成,其中的91名汉族分别来自中国黑龙江、中国河南、中国江苏和中国四川,其他民族和对应地区分别是壮族(中国广西)、白族(中国云南)、藏族(中国西藏)、蒙古族(中国内蒙古)、哈萨克族(中国新疆)、维吾尔族(中国新疆)具体的采集地区详情和采集信息详情等见图1和表1


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1: 314个健康个体的民族和地区的分布


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1: 314个健康个体采集的详细信息


在吃早餐前采集每名志愿者的粪便样本,随即进行冷冻、厌氧储存,并在采集样本24小时内提取DNA样本,再使用qPCR检测细菌总数以及靶向细菌等。对肠道菌群的4个主要门:厚壁菌门(Firmicutes),拟杆菌门(Bacteroidetes),放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)中的10个主要肠道微生物群进行检测(表2,并进行qPCR率、测定系数等进行测定(表3)。


表2.jpg

2. qPCR引物信息和预测的产物大小


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3. 用于构建标准曲线,qPCR有效性和测定系数详情


试验结果


01

10个目标菌群的相对丰度


对粪便样本进行qPCR检测,对核心肠道菌群的4个优势门的10个主要细菌进行检测,发现10个目标菌群的整体相对丰度仅在蒙古族和汉族,蒙古族和白族以及蒙古族和壮族之间观察到了显著差异(P=0.0311, 0.0100, 0.0454),而其他大部分种族之间未发现明显差异。


02

不同种族间的肠道微生物比较


2列出了10个目标菌群在7个不同种族人群的肠道微生物组成详情,发现细菌总数方面藏族和哈萨克族、藏族和壮族之间存在显著差异(P=0.0108, 0.0140),而其他种族之间未发现显著差异。藏族人群的10个目标菌群的细菌总数低于绝大多数其他种族的水平。


图2.jpg

2: 10种目标菌群在不同种族中的分布详细


这10个目标菌群的具体差异如下:


普拉梭菌属(Prevotella genus)7个种族中无显著差异。

球形梭菌组(Clostridium coccoides group):藏族<汉族(P=0.0104)

脱硫弧菌属(Desulfovibrio genus):白族,蒙古族<藏族;白族<壮族(P=0.0001-0.0423)。

奇异菌属(Atopobium cluster):白族<汉族,藏族;壮族,蒙古族<藏族(P=0.0003-0.0275)。

双歧杆菌属(Bifidobacterium genus)发现6-11对显著不同:壮族<白族,蒙古族,藏族,哈萨克族;维吾尔族,汉族<白族,蒙古族,藏族(P=0.0000-0.0027)。

乳杆菌属(Lactobacillus genus):壮族<哈萨克族,蒙古族,藏族,维吾尔族;汉族<蒙古族,藏族;维吾尔族,白族<蒙古族、藏族(P=0.0000-0.0242)

柔嫩梭菌类群(Clostridium leptum group):壮族>白族,蒙古族,藏族,哈萨克族,维吾尔族;汉族>蒙古族,藏族,维吾尔族(P=0.0000-0.0317)。

脆弱拟杆菌组(Bacteroides fragilis group):壮族>汉族、蒙古族、藏族;蒙古族,藏族>哈萨克族;蒙古族>白族(P=0.0001-0.0245)。

产气荚膜梭菌组(Clostridium perfringens group):汉族>所有民族;壮族>所有除汉族外的民族(P=0.0000-0.0432)。

肠杆菌科(Enterobacteriaceae family)显示出12对显著不同:白族,哈萨克族,维吾尔族,壮族>汉族,蒙古族,藏族(P=0.0000-0.0253)。



汉族和壮族人群的柔嫩梭菌、产气荚膜梭菌含量较高,而双歧杆菌含量较其他种族要低;蒙古族和藏族人群的乳杆菌含量较高;而哈萨克族、维吾尔族和白族之间较为相似。这可能是由于蒙古族和藏族,哈萨克族和维吾尔族,彼此之间拥有相似的地理环境以及饮食习惯;而壮族与白族人群的主要分布地虽然相邻,但却存在显著差异,这可能与种族起源有关。


03

不同种族肠道细菌组成的多元分析


314个健康个体的粪便样本中的细菌进行PCA主成分分析,在任何种族中均未发现明显的分组(图3A)。进一步进行了MANOVA多元方差分析,同样没有观察到明显的分组,但藏族和蒙古族样本在图的右象限处有聚集趋势,而壮族和汉族样本则位于左象限(图3B)。聚类分析(图3C)表明,汉族和壮族样本形成了一个独特的群体,与其他民族相分开;白族、哈萨克族和维吾尔族(城市居民)聚在一起;藏族和蒙古族(农村居民)的距离比其他民族间更近。这表明汉族和壮族相似性较高,他们与其他种族的人群肠道微生物组成相比存在显著差异;蒙古族和藏族的人群肠道微生物组成存在轻微差异。


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3. 7个种族之间肠道细菌组成的变化,APCA主成分分析图,BMANOVA多元方差分析图,C为聚类分析图


04

不同省份汉族人群的肠道细菌比较


4个不同省份的汉族人群肠道细菌的10种目标菌群的含量进行比较,发现有6组具有显著差异,其中有5组是关于黑龙江省的汉族人群。


脱硫弧菌属(Desulfovibrio genus):中国江苏>中国河南,中国黑龙江;

产气荚膜梭菌组(Clostridium perfringens group):中国黑龙江>其他三个省份;

脆弱拟杆菌组(Bacteroides fragilis group):中国四川>中国黑龙江(P=0.0000-0.0249,表4)。


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4: 不同省份汉族人群肠道细菌差异


05

汉族人群肠道细菌组成的多元分析


通过PCA主成分分析和MANOVA多元方差分析,未观察到这四个省份汉族人群个体之间存在明显的聚类现象(图4AB)。但是在PCAMANOVA图上,中国黑龙江汉族人群样本与其他省份样本之间只有很小部分重叠,这表明中国黑龙江汉族人群与其他省份汉族人群肠道细菌组成存在差异,但却很小,与聚类分析一致(图4C),这可能是由于南北方地理距离和遗传距离导致的肠道菌群分层。


图4.jpg

4: 四个不同省份汉族人群肠道细菌组成的变化,APCA主成分分析图,BMANOVA多元方差分析图,C为聚类分析图


06

厚壁菌门/拟杆菌门(F/B)的比较


5显示了不同种族人群之间肠道厚壁菌门和拟杆菌门细菌含量的比例详情。汉族人群的F/B明显大于其他民族人群,包括壮族,藏族,白族和哈萨克族(汉族为4.03±1.03,其他民族为0.56±0.161.08±0.35P=0.0005-0.0465。此外,蒙古族人群的F/B也比其他民族要高。一般认为F/B与年龄相关,但本试验选取的都是年龄相似的样本,故猜测可能与不同种族人群的起源有关。


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5: 不同种族的F/B值详情


试验结论


对我国7个不同民族的肠道菌群结构进行的初步分析表明,不同民族之间肠道微生物有一部分较为相似,但另一部分存在显著不同。肠道微生物结构方面,汉族与壮族之间较为相似,蒙古族与藏族之间较为相似,而哈萨克族、维吾尔族和白族之间较为相似。我们还发现同一民族不同地区间的肠道微生物差异较小。这些差异的产生可能是由于地理分离、种族起源以及饮食习惯等多种因素所造成,但种族起源对于人类肠道微生物群的构造起着重要作用。

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