《自然》：验血知癌？血液微生物组或能诊断癌症 | 热心肠日报
今天是第1396期日报。
Nature：分析血液和组织的微生物组，或能诊断癌症
Nature[IF:43.07]
① 分析33种癌症的全基因组和全转录组数据（1万患者，1.8万样本），鉴定肿瘤和正常组织以及血液中的微生物DNA和RNA；② 约7.2%的序列为非人类来源，用机器学习模型鉴定出不同癌症和组织类型的微生物特征；③ 对于游离肿瘤DNA检测效果有限的Ia-IIc期和无基因组改变的癌症，血液微生物DNA（mbDNA）能较好的区分不同癌症类型；④ 分析69例健康人和100例癌症患者证实，mbDNA能用来区分健康人和癌症患者以及不同癌症类型。
Microbiome analyses of blood and tissues suggest cancer diagnostic approach
03-11, doi: 10.1038/s41586-020-2095-1
【主编评语】Rob Knight团队在Nature发表的一项最新研究，对癌症基因组图谱（TCGA）项目中的1.8万个样本测序数据进行大规模分析，鉴定出癌症相关的血液和组织微生物组特征。即使经过非常严格的去污染分析（去掉高达92.3%的测序数据），血液微生物DNA也展现出不俗的癌症诊断潜力，或能作为游离肿瘤DNA检测的补充手段，用于癌症的诊断和监测。（@mildbreeze）
吲哚对肠道细菌的双相趋化作用
PNAS[IF:9.58]
① 将大肠杆菌暴露在吲哚中，测量单个鞭毛运动的动态响应，发现细菌对吲哚的趋化反应是双相的；② 吲哚浓度＜1mM时，细菌呈现对吲哚的排斥反应，趋化受体Tsr以及鞭毛马达自身都可介导这种反应；③ 吲哚浓度≥1mM时，随着对吲哚的适应，细菌呈现一种时间依赖性的趋化反应转变，从排斥变为由趋化受体Tar介导的吸引反应；④ 肠道内的代谢物吲哚，或能通过细菌对其适应状态的差异，排斥还不适应吲哚的外来入侵细菌，同时吸引已经适应吲哚的共生菌。
Biphasic chemotaxis of Escherichia coli to the microbiota metabolite indole
03-02, doi: 10.1073/pnas.1916974117
【主编评语】菌群在肠道内的空间分布，受到细菌对肠内代谢物的趋化性的影响。PNAS近期发表的一项研究表明，大肠杆菌对肠道内的代谢物吲哚的趋化反应是双相的，可能影响了细菌在肠道内的空间分布。（@mildbreeze）
大肠杆菌在小鼠肠道内的”生活与交流“
Current Biology[IF:9.193]
① 编码氨基酸代谢全局性调控因子的基因lrp，在无菌小鼠接受大肠杆菌（E. coli）单一定殖后2周内，被反复选择；② 丝氨酸和苏氨酸是E. coli在单一定殖小鼠中优先消耗的代谢物；③ lrp优势依赖于种内生态相互作用，突变株的丝氨酸代谢功能受损；④ 共定殖同型产乙酸菌（Blautia coccoides），改变肠道代谢组和大肠杆菌的进化路径；⑤ 共定殖小鼠中，lrp突变株的适应性优势丧失，与厌氧呼吸相关的基因突变被选择，复杂菌群的生态进化环境被重演。
Specific Eco-evolutionary Contexts in the Mouse Gut Reveal Escherichia coli Metabolic Versatility
03-05, doi: 10.1016/j.cub.2020.01.050
【主编评语】文章通过单菌移植和共同定殖的方式，研究了小鼠肠道生态环境对大肠杆菌代谢的影响。在单定殖小鼠中，大肠杆菌进化可被预测，且主要消耗丝氨酸。但是一旦肠道中与其他菌群共定殖，比如Blautia coccoides，大肠杆菌的进化就会被打乱，整个肠道菌群以及生态环境也就恢复复杂状态。文章初步反映了肠道内菌群间的动态竞争以及其对于机体内环境的调节。（@兵兵）
哺乳动物与肠道菌群的共进化
mBio[IF:6.747]
① 选取10个哺乳动物目32个物种的38份个体粪便，进行16S rRNA分析；② 所鉴定的8086个分枝中，38个在哺乳动物中是保守的，并在系统发育上聚集；③ 哺乳动物的生理进化，可能导致对肠道细菌特定分支的过滤或选择，如Prevotella为灵长目特有，Turicibacter为偶蹄目和食肉目特有；④ 哺乳动物的进化伴随着肠道菌群多样性的形成；⑤ 不同原始人肠道菌群多样性差异显著，原因为生活方式、环境、遗传因素等；⑥ 西方人肠道富含拟杆菌，而缺少Prevotella。
Ecophylogenetics Clarifies the Evolutionary Association between Mammals and Their Gut Microbiota
2018-09-11, doi: 10.1128/mBio.01348-18
【主编评语】尽管有大量研究证明哺乳动物多样性与肠道微生物群的关系，但缺乏对哪些微生物可能影响哺乳动物进化的深入了解。mBio发表的研究，通过比较不同哺乳动物肠道微生物群，评估了微生物群在哺乳动物进化中的潜在作用。导致哺乳动物多样性的生理进化过程伴随着其肠道微生物多样性的形成，并且可能导致对肠道细菌特定分支的过滤或选择。本研究从肠道微生物的角度对哺乳动物多样性的进化进行了探讨，加深了对生物进化的认识。（@nana）
心衰患者体内的菌群和炎症
Journal of Heart and Lung Transplantation[IF:8.578]
① 研究纳入452名心力衰竭（HF）患者，随着HF的恶化，患者体内的肠道菌群多样性持续降低；② 在使用左心室辅助装置（LVAD）以及心脏移植（HT）患者中，肠道菌群多样性也出现同样程度地降低；③ 在四级HF患者中，炎症和氧化压力升高；④ 脂多糖含量在四级HF、LVAD和HT患者体内均升高；⑤ 但是，sCD14只在四级HF和LVAD患者中升高，在HT患者中并不增加；⑥ 与四级HF患者相比，LVAD和HT患者体内炎症和氧化压力较低，但肠道菌群和内毒素并无差别。
Gut microbiota, endotoxemia, inflammation, and oxidative stress in patients with heart failure, left ventricular assist device, and transplant
02-13, doi: 10.1016/j.healun.2020.02.004
【主编评语】研究以心衰患者为对象，测定了患者体内的菌群、内毒素、炎症和氧化压力等特点。内毒素主要测定了脂多糖和sCD14，炎症因子测定了C反应蛋白、IL-6、TNFα以及内皮素-1脂联素，氧化压力测定了脂质过氧化情况。肠道菌群多样性随心衰的严重而降低。文章重点比较了四级心衰、左心室辅助患者以及心脏移植患者体内菌群、内毒素、炎症和氧化压力的异同。文章推测，不同患者在内毒素和炎症等方面的差异状况，可能有部分归功于肠道菌群。（@兵兵）
珠江医院团队：TMAO可促进血管钙化
Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology[IF:6.618]
① 肠道菌群代谢产物氧化三甲胺（TMAO），以剂量依赖的方式，促进钙/磷诱导的大鼠和人类血管平滑肌细胞和主动脉环钙化；② TMAO提高骨相关分子表达，促进血管平滑肌细胞的成骨分化，对血管钙化具有正调节作用；③ TMAO促进慢性肾病大鼠血管钙化，应用抗生素降低TMAO水平，可减轻慢性肾病大鼠血管钙化；④ 在血管钙化过程中，TMAO激活NLRP3炎性小体和NF-κB信号，抑制两者后，血管平滑肌细胞钙化现象减轻；⑤ 降低TMAO水平或成为慢性肾病治疗措施。
Trimethylamine-N-Oxide Promotes Vascular Calcification Through Activation of NLRP3 (Nucleotide-Binding Domain, Leucine-Rich-Containing Family, Pyrin Domain-Containing-3) Inflammasome and NF-κB (Nuclear Factor κB) Signals
01-16, doi: 10.1161/ATVBAHA.119.313414
【主编评语】南方医科大学珠江医院陈敏生、颜建云团队研究成果。肠道菌群的代谢产物氧化三甲胺（TMAO）参与体内代谢通路的调节，进而也与很多慢性病相关。本文以慢性肾病的血管钙化现象为研究对象，结果发现TMAO可以激活NLRP3和NF-κB，进而促进平滑肌细胞和血管的钙化。该研究现象也反映出肠道菌群代谢物与血管钙化的可能相关性。从这个角度出发，菌群或其代谢物可能为治疗慢性肾病中的血管钙化现象提供新思路。（@兵兵）
庾庆华团队：罗伊氏乳杆菌维持肠道上皮再生，促进粘膜损伤修复
Gut Microbes[IF:7.823]
① 罗伊氏乳杆菌D8可增加R-R-spondin的表达并激活Wnt/β-连环蛋白信号通路，以促进肠道上皮的增殖；② 另外，罗伊氏乳杆菌D8可通过维持Wnt/β-连环蛋白信号的活化，以修复TNF诱导的肠道上皮损伤；③ 在小鼠体内及肠道干细胞中，罗伊氏乳杆菌D8可增加抗菌肽表达，并通过激活Wnt/β-连环蛋白信号以诱导肠道干细胞向潘氏细胞的分化，从而抑制鼠柠檬酸杆菌感染；④ 罗伊氏乳杆菌D8可维持Lgr5+ 肠道干细胞的数量，并降低肠道中的促炎因子分泌。
Lactobacillus reuteri maintains intestinal epithelial regeneration and repairs damaged intestinal mucosa
03-05, doi: 10.1080/19490976.2020.1734423
【主编评语】菌群对肠道干细胞的增殖及再生的调控研究较少。来自南京农业大学的庾庆华团队在Gut Microbes上发表的一项最新研究，报道了罗伊氏乳杆菌可通过激活Wnt/β-连环蛋白信号通路，以维持肠道干细胞的数量，并促进肠道上皮的增殖，从而促进肠道上皮损伤后的修复，并增强肠道上皮屏障功能抑制致病菌感染。（@沈志勋）
肠型影响益生菌对肥胖相关指标的改善
EPMA Journal[IF:4.661]
① 50名BMI超过25 kg/m^2的受试者接受安慰剂或益生菌胶囊（GP2，含有短双歧杆菌菌株及植物乳杆菌菌株）治疗12周；② 根据普氏菌属/拟杆菌属比值，可将所有受试者的肠型可分为2类；③ 拟杆菌属富集的安慰剂组的脂肪百分比、血糖及胰岛素显著升高；④ 益生菌组的腰围、总脂肪面积、内脏脂肪、内脏脂肪/皮下脂肪面积比值等肥胖相关指标显著降低；⑤ 相比于拟杆菌属富集的肠型，益生菌对于肥胖相关指标的改善在普氏菌属富集的肠型中更为明显。
Effect of probiotics on obesity-related markers per enterotype: a double-blind, placebo-controlled, randomized clinical trial
02-07, doi: 10.1007/s13167-020-00198-y
【主编评语】EPMA Journal上发表的一项RCT研究结果，在50名超重/肥胖患者中，分别使用益生菌与安慰剂干预12周，发现益生菌可显著改善腰围、内脏脂肪等肥胖相关指标，且益生菌对相关指标的改善受肠型影响（对普氏菌属富集的肠型改善效果更为明显）。（@沈志勋）
Cell子刊：Netherton综合征患者中的皮肤菌群-宿主互作
Cell Reports[IF:7.815]
① SPINK5基因的单个位点突变可导致蛋白酶抑制剂LEKTI-1的功能缺失，进而导致Netherton综合征（NS）；② NS患者的病变皮肤菌群中以金黄色葡萄球菌及表皮葡萄球菌为主；③ 在缺失SPINK5的角质细胞中，金黄色葡萄球菌的酚溶性调控蛋白α（PSMα）可诱导角质细胞产生更高的蛋白酶活性；④ 金黄色葡萄球菌的半胱氨酸蛋白酶Staphopain A/B及表皮葡萄球菌的半胱氨酸蛋白酶EcpA可促进小鼠的皮肤损伤及炎症。
Interplay of Staphylococcal and Host Proteases Promotes Skin Barrier Disruption in Netherton Syndrome
03-03, doi: 10.1016/j.celrep.2020.02.021
【主编评语】Netherton综合征是一种单基因遗传性皮肤疾病，SPINK5基因突变导致蛋白酶抑制剂LEKTI-11的功能缺失，从而增加了表皮丝氨酸蛋白酶的活性，以引起皮肤屏障损伤及皮肤炎症。Cell Reports上发表的一项最新研究，发现Netherton综合征的皮肤菌群中，金黄色葡萄球菌及表皮葡萄球菌占据了主要部分。在缺失SPINK5的角质细胞中，金黄色葡萄球菌可增加角质细胞的蛋白酶活性，同时，金黄色葡萄球菌半胱氨酸蛋白酶Staphopain A及Staphopain B，以及表皮葡萄球菌的半胱氨酸蛋白酶EcpA可促进小鼠的皮肤炎症。该研究结果提示，葡萄球菌蛋白酶可能与与宿主蛋白酶协同作用，共同促进Netherton综合征患者的皮肤屏障破坏与皮肤炎症。（@沈志勋）
感谢本期日报的创作者：mildbreeze，楸楸，王文东，EADGBE，兵兵，沈志勋
点击阅读过去10天的日报：
0311 | 《细胞》亮点：肠道菌群产物丙酸，或能治疗自身免疫病
0310 | 《自然》重磅综述：详解炎症性肠病风险基因及其生物学机制
0304 | 囤积脂质还是消耗掉？且看肠道菌如何与肠细胞沟通交流
0303 | 《自然·综述》聚焦：菌群与免疫的对话，如何调控肠道健康
点击阅读原文，查看更多热心肠日报的内容