Nature 子刊:超1.8万人全基因组关联分析,揭示遗传因素如何影响我们的肠道菌群?
2021/02/14
遗传成分在肠道菌群组成中也起着重要作用。

肠道微生物菌群是贯穿人类整个生命周期中最丰富的微生物组成部分。近年来的许多研究发现,肠道微生物与人体许多功能的正常运转密切相关,不仅可以帮助我们消化食物,训练免疫系统,还能通过脑肠轴影响大脑情绪。通常认为,饮食和药物等环境因素在塑造肠道微生物组成中起着重要作用,但仍存在个体之间的肠道微生物组成差异超过80%的现象无法解释,这意味着或许遗传成分在肠道菌群组成中也起着重要作用。

近日,来自荷兰格罗宁根大学医学中心的研究人员在《Nature Genetics》上发表了题为Large-scale association analyses identify host factors influencing human gut microbiome composition的研究成果,通过近2万个体的基因序列分析,发现了19个可遗传的细菌类群和31个影响菌群特征的基因座,其中乳糖酶基因(LCT)和岩藻糖基转移酶基因(FUT2)在塑造我们的肠道生态系统中具有重要影响。


https://doi.org/10.1038/s41588-020-00763-1

为了研究遗传学对微生物组组成的影响,研究人员协同全球超过20个实验室,组织并分析了来自美国、加拿大、以色列等多国的24个队列共18340名参与者的全基因组和肠道微生物的16sRNA序列。肠道微生物的序列比对注释结果表明,不同队列间的菌群组成有明显的异质性,从中鉴定到的410个菌属中只有9个核心菌属,其中最丰富的属是拟杆菌属,占比18.65%,其次是粪杆菌属(6.19%)、布劳特氏菌(3.36%)和另枝菌属(3.05%)。


MiBioGen人群中微生物组组成的多样性

之后,研究人员对由169对同卵双生和419对异卵双生的双胞胎队列组成的1176个样本的肠道微生物进行了多样性分析,从广泛存在的159个菌属中,鉴定到19个可遗传的细菌类群,其中最为显著的是瘤胃梭菌属和消化链球菌科。同时也对所有1.8万个样本的基因组和含有的211个分类单元的肠道微生物进行全基因组关联研究(GWAS),从中鉴定出31个影响菌群特征的基因座(mbTL),其中乳糖酶LCT基因座与双歧杆菌属的关联最显著,且二者的关系存在年龄依赖性和种族异质性;而岩藻糖转移酶FUT2基因座可能较为显著的影响特定瘤胃球菌的丰度。


LCT基因座(rs182549)与双歧杆菌属的关联

此外,研究人员还在GWAS中检测到一些富含代谢、免疫、营养偏好相关基因的mbTL,这些基因多在小肠中表达。例如9q21基因座包括基因PCSK5,RFK和GCNT1,其中RFK编码催化核黄素磷酸化的酶,GCNT1编码参与粘蛋白生物合成的糖基转移酶,其通过新陈代谢这些底物,参与调节宿主的免疫防御。

为了探索遗传-微生物关联对宿主健康相关特征的潜在影响,研究人员通过孟德尔随机分析了肠道微生物类群与心血管、代谢等疾病表型,以及营养表型间的潜在因果关系。发现双歧杆菌属的丰度可能对溃疡性结肠炎有保护作用,较高含量的草酸杆菌科对类风湿关节炎具有保护作用。


全现象关联研究域富集分析

该研究的作者Alexander Kurilshikov表示,“这项研究是大型国际合作的一个很好的例子,并且是第一个准确估计宿主遗传学对肠道微生物组的影响的研究,未来的研究可能会随着样本量的增加而识别出更多的遗传效应,这对于由细菌导致的疾病发展的诊断和治疗至关重要。“

参考文献:

1.https://www.nature.com/articles/s41588-020-00763-1


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