在之前的推送中，我們介紹了國(guó)自然的 。作為研究領(lǐng)域的新秀，「腸道菌群」無(wú)疑是近年來(lái)最火的研究領(lǐng)域之一，是微生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、基因?qū)W等領(lǐng)域最引人關(guān)注的研究焦點(diǎn)，也是最近幾年引動(dòng)國(guó)自然風(fēng)向改變的新研究方向。

腸道菌群，是由多種微生物組成的腸道菌集合體。正常情況下，腸道菌群與人體、環(huán)境維持著平衡。然而，一旦這種平衡被打破 （即菌群失調(diào)） ，腸黏膜的通透性將被改變，從而影響宿主的代謝和免疫，誘發(fā)多種疾病的發(fā)生和發(fā)展。

既然腸道菌如此火熱，我們?cè)撏ㄟ^(guò)什么方法將其引入到研究中，給我們的研究及文章加分呢？

方法：16sDNA法 （較為普遍） ，更為先進(jìn)的是利用宏基因組、宏轉(zhuǎn)錄組、宏蛋白質(zhì)即代謝組學(xué)，明確微生物群落的構(gòu)成比 （多樣性） 以及影響了哪些基因的調(diào)控、產(chǎn)生了哪些代謝物。

接下來(lái)，小編將通過(guò)2022年發(fā)表的高分文章作為模板，來(lái)介紹腸道菌群的研究思路：

思路1. 腸道微生物作為診斷標(biāo)志物

（診斷預(yù)測(cè)流）

圖1. 案例1（原文鏈接：https://gut.bmj.com/content/71/7/1315.long）

研究目的：分析血清中與腸道微生物組相關(guān)的代謝物，并探究這些代謝物是否可以區(qū)分患有結(jié)直腸癌 (CRC) 或腺瘤的患者與正常健康人群。

第一步：招募患者，包括正常人群，腺瘤 （癌前病變） 和CRC，并行糞便宏基因組和血清代謝組分析，研究腸道微生物組相關(guān)的血清代謝物在異常結(jié)直腸患者中的變化 （圖1.1） 。

圖1.1. 正常人群，腺瘤和CRC的糞便宏基因組和血清代謝組分析

第二步：發(fā)現(xiàn)一組腸道微生物組相關(guān)的血清代謝物可以預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌，并具有良好的診斷效能（圖1.2） 。

圖1.2. 所篩選的差異代謝物

第三步：基于這種篩選出的代謝物構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型，對(duì)癌前病變/癌癥均展示出很好的診斷價(jià)值（圖1.3） 。

圖1.3. 基于篩選出的代謝物構(gòu)建出的診斷模型效能

思路2. 腸道微生物作為作用機(jī)制

（作用機(jī)制流）

圖2. 案例2（原文鏈接：https://gut.bmj.com/content/71/4/734.long）

由于腸道菌群參與到眾多的機(jī)體反應(yīng)之中，所以被戲稱為“機(jī)制不清，腸道菌群“，當(dāng)然這也體現(xiàn)出了腸道菌群的重要性。接下來(lái)，我們一起來(lái)學(xué)習(xí)一下如何使用腸道菌群作為機(jī)制部分的研究。

第一步：研究者發(fā)現(xiàn)，人參多糖可增敏PD-1/PD-L1抑制劑（發(fā)現(xiàn)表型：免疫治療增敏效果）。

第二步：進(jìn)一步的16sDNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)，人參多糖聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)抑制劑會(huì)改變腸道菌群組成，且其對(duì)應(yīng)的代謝物短鏈脂肪酸豐度會(huì)發(fā)生變化（先發(fā)現(xiàn)宏觀的腸道菌群組成改變）（圖2.1） 。

圖2.1. 16sDNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)聯(lián)合治療改變了腸道菌群組成

第三步：研究者發(fā)現(xiàn)，在對(duì)PD-1/PD-L1抑制劑有較好反應(yīng)的患者中，存在三者細(xì)菌的過(guò)量表達(dá)（具體明確是哪種菌）（圖2.2） 。

圖2.2. PD-1/PD-L1抑制劑反應(yīng)較佳患者中過(guò)度表達(dá)的菌群

第四步：移植非應(yīng)答者的腸道菌，并繼續(xù)給予聯(lián)合治療。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，治療后小鼠的腸道菌群出現(xiàn)了趨向于應(yīng)答者的改變（糞菌移植揭示轉(zhuǎn)化意義）（圖2.3） 。

圖2.3. 糞菌移植后再次聯(lián)合治療改變腸道菌群組成

思路3. 組學(xué)精細(xì)解析糞菌移植治療前后改變

（組學(xué)解析流）

圖3. 案例3（原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666379122002543）

對(duì)臨床醫(yī)生來(lái)說(shuō)，獲取臨床樣本是相對(duì)簡(jiǎn)單的，但在分子生物學(xué)研究上可能會(huì)存在些許不足，而這個(gè)時(shí)候隊(duì)列測(cè)序類的研究就十分適合臨床醫(yī)生。本篇研究是通過(guò)宏基因組解析糞菌移植后決定其療效的臨床和環(huán)境因素。

第一步：對(duì)不同醫(yī)療條件下接受糞菌移植患者的腸道菌群宏基因組進(jìn)行檢測(cè)（不同條件下的隊(duì)列人群宏基因組檢測(cè)）（圖3.1） 。

圖3.1. 不同條件下糞菌移植后的腸道菌群改變

第二步：精細(xì)地比較與FMT治療方式相關(guān)的研究之間供體菌株植入的顯著差異（精細(xì)比較不同組別之間的菌群改變）（圖3.2） 。

圖3.2. 宏基因組揭示具體菌株改變

第三步：綜合分析發(fā)現(xiàn)，供體微生物群的植入取決于患者和供體微生物群的特征以及治療的臨床模式（轉(zhuǎn)化意義：明確“是什么因素”影響到了個(gè)體患者糞菌移植的效果）（圖3.3）。

圖3.3. 個(gè)體患者行糞菌移植后影響其療效的臨床決定因素

綜上所述，在腸道菌群領(lǐng)域研究，大家可以根據(jù)不同的條件選擇不同的方式，比如在分子生物學(xué)優(yōu)勢(shì)不大的情況下，可通過(guò)隊(duì)列研究+宏基因組測(cè)序的方法進(jìn)行研究 （診斷/組學(xué)分析流） ；而當(dāng)分子生物學(xué)手段較為充足時(shí)，可聯(lián)合宏基因組和糞菌移植模型等手段精確解析機(jī)制 （作用機(jī)制流） 。

參考文獻(xiàn)

1. Chen F, Dai X, Zhou CC, et al. Integrated analysis of the faecal metagenome and serum metabolome reveals the role of gut microbiome-associated metabolites in the detection of colorectal cancer and adenoma. Gut. 2022 Jul;71(7):1315-1325. doi: 10.1136/gutjnl-2020-323476.

2. Huang J, Liu D, Wang Y, et al. Ginseng polysaccharides alter the gut microbiota and kynurenine/tryptophan ratio, potentiating the antitumour effect of antiprogrammed cell death 1/programmed cell death ligand 1 (anti-PD-1/PD-L1) immunotherapy. Gut. 2022 Apr;71(4):734-745. doi: 10.1136/gutjnl-2020-321031.

3. Podlesny D, Durdevic M, Paramsothy S, et al. Identification of clinical and ecological determinants of strain engraftment after fecal microbiota transplantation using metagenomics. Cell Rep Med. 2022 Aug 16;3(8):100711. doi: 10.1016/j.xcrm.2022.100711.