Nature 子刊：超1.8萬人全基因組關聯分析，揭示遺傳因素如何影響我們的腸道菌群？

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作者：王木木來源：生物探索

2021-02-18

腸道微生物菌群是貫穿人類整個生命周期中最豐富的微生物組成部分。近年來的許多研究發(fā)現，腸道微生物與人體許多功能的正常運轉密切相關，不僅可以幫助我們消化食物，訓練免疫系統，還能通過腦腸軸影響大腦情緒。

腸道微生物菌群是貫穿人類整個生命周期中最豐富的微生物組成部分。近年來的許多研究發(fā)現，腸道微生物與人體許多功能的正常運轉密切相關，不僅可以幫助我們消化食物，訓練免疫系統，還能通過腦腸軸影響大腦情緒。通常認為，飲食和藥物等環(huán)境因素在塑造腸道微生物組成中起著重要作用，但仍存在個體之間的腸道微生物組成差異超過80%的現象無法解釋，這意味著或許遺傳成分在腸道菌群組成中也起著重要作用。

近日，來自荷蘭格羅寧根大學醫(yī)學中心的研究人員在《Nature Genetics》上發(fā)表了題為Large-scale association analyses identify host factors influencing human gut microbiome composition的研究成果，通過近2萬個體的基因序列分析，發(fā)現了19個可遺傳的細菌類群和31個影響菌群特征的基因座，其中乳糖酶基因（LCT）和巖藻糖基轉移酶基因（FUT2）在塑造我們的腸道生態(tài)系統中具有重要影響。

為了研究遺傳學對微生物組組成的影響，研究人員協同全球超過20個實驗室，組織并分析了來自美國、加拿大、以色列等多國的24個隊列共18340名參與者的全基因組和腸道微生物的16sRNA序列。腸道微生物的序列比對注釋結果表明，不同隊列間的菌群組成有明顯的異質性，從中鑒定到的410個菌屬中只有9個核心菌屬，其中最豐富的屬是擬桿菌屬，占比18.65％，其次是糞桿菌屬（6.19％）、布勞特氏菌（3.36％）和另枝菌屬（3.05％）。

之后，研究人員對由169對同卵雙生和419對異卵雙生的雙胞胎隊列組成的1176個樣本的腸道微生物進行了多樣性分析，從廣泛存在的159個菌屬中，鑒定到19個可遺傳的細菌類群，其中最為顯著的是瘤胃梭菌屬和消化鏈球菌科。同時也對所有1.8萬個樣本的基因組和含有的211個分類單元的腸道微生物進行全基因組關聯研究（GWAS），從中鑒定出31個影響菌群特征的基因座（mbTL），其中乳糖酶LCT基因座與雙歧桿菌屬的關聯最顯著，且二者的關系存在年齡依賴性和種族異質性；而巖藻糖轉移酶FUT2基因座可能較為顯著的影響特定瘤胃球菌的豐度。

此外，研究人員還在GWAS中檢測到一些富含代謝、免疫、營養(yǎng)偏好相關基因的mbTL，這些基因多在小腸中表達。例如9q21基因座包括基因PCSK5，RFK和GCNT1，其中RFK編碼催化核黃素磷酸化的酶，GCNT1編碼參與粘蛋白生物合成的糖基轉移酶，其通過新陳代謝這些底物，參與調節(jié)宿主的免疫防御。

為了探索遺傳-微生物關聯對宿主健康相關特征的潛在影響，研究人員通過孟德爾隨機分析了腸道微生物類群與心血管、代謝等疾病表型，以及營養(yǎng)表型間的潛在因果關系。發(fā)現雙歧桿菌屬的豐度可能對潰瘍性結腸炎有保護作用，較高含量的草酸桿菌科對類風濕關節(jié)炎具有保護作用。

該研究的作者Alexander Kurilshikov表示，“這項研究是大型國際合作的一個很好的例子，并且是第一個準確估計宿主遺傳學對腸道微生物組的影響的研究，未來的研究可能會隨著樣本量的增加而識別出更多的遺傳效應，這對于由細菌導致的疾病發(fā)展的診斷和治療至關重要。“

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