人類和圈養(yǎng)獼猴都存在慢性頑固腹瀉，并有著較高的發(fā)病率和死亡率。四川大學生命科學學院李靜、范振鑫老師及其團隊今年在?Microbiome?上發(fā)表題為“The gut microbiome and antibiotic resistome of chronic diarrhea rhesus macaques (Macaca mulatta) and its similarity to the human gut microbiome”的文章，將長期慢性腹瀉獼猴與無癥狀獼猴的新鮮糞便作為研究材料，通過宏基因組測序分析了慢性腹瀉獼猴的腸道微生物群和抗生素耐藥性及其與人類腸道微生物的相似性，揭示了慢性腹瀉相關機制，以提高慢性腹瀉的診斷和治療水平。下來小編帶大家一起了解下這篇高分文章：

文章介紹

The gut microbiome and antibiotic resistome of chronic diarrhea rhesus macaques(Macaca mulatta) and its similarity to the human gut microbiome

慢性腹瀉獼猴的腸道微生物組和抗生素耐藥性及其與人類腸道微生物組的相似性

發(fā)表雜志：Microbiome

影響因子：16.837

發(fā)表時間：2022.2

發(fā)表單位：四川大學

研究背景

慢性腹瀉是引起圈養(yǎng)獼猴（RMs，Macaca mulatta）發(fā)病率和死亡的常見疾病。RMs的慢性腹瀉典型特征是長期腹瀉和對抗生素治療的反應較弱。腹瀉也是人類的一種常見疾病，可導致死亡。然而，大約一半的人類腹瀉病例的病因仍不清楚。因此，本文通過宏基因組測序來表征慢性腹瀉 RMs和無癥狀個體的腸道微生物組和耐藥組的差異及腹瀉獼猴與人類腸道微生物的相似性。

技術路線

材料與方法

試驗材料：11例慢性腹瀉RMs與18例無癥狀RMs測序方法：宏基因組測序測序平臺：Illumina試驗方法：細菌分離及耐藥表型檢測

研究結果

1. 慢性腹瀉RMs和無癥狀RMs的腸道微生物組成

比較了無癥狀RMs和慢性腹瀉RMs的腸道微生物群，以表征腸道微生物組成的差異。發(fā)現(xiàn)有7個優(yōu)勢門，在至少一個樣本中相對豐度超過1%，分別為厚壁菌門（17.9–87.0%）、擬桿菌門（3.1–36.0%）、變形菌門（2.8–76.2%）、放線菌門（1.2–24.9%）、螺旋體門（0.1–12.8%）、疣微菌門（0.03–15.65%）和柔膜菌門（0.08–1.91%）。基于屬水平相對豐度剖面的PCoA圖顯示，PCoA1解釋了43.23%的變異性，PCoA2解釋了21.44%的變異性。PCoA圖表明，無癥狀RMs和慢性腹瀉RMs的樣本幾乎完全分開(圖1A)，基于PCoA圖比較了不同年齡和性別的RMS的腸道微生物組，結果表明所有樣本都是按腹瀉疾病分離的，而不是按年齡和性別分開的。使用LEfSe分析比較了無癥狀和慢性腹瀉RMs在屬水平上的相對豐度（圖1B）。只有乳酸菌、鏈球菌、短螺旋菌、幽門螺桿菌等4個屬在無癥狀RMs的腸道中明顯更豐富（p < 0.05和LDA > 3）。慢性腹瀉RMs中擬桿菌、梭狀芽孢桿菌、糞桿菌、羅氏菌、柯林斯菌等屬更為豐富（p < 0.05和LDA > 3）。

圖1 慢性腹瀉和無癥狀RMs的腸道微生物組成??

2. 慢性腹瀉RMs與無癥狀RMs之間的腸道微生物群功能差異比較

利用HUMAnN2對微生物基因家族和代謝途徑的豐度進行量化，以比較腸道微生物群的功能差異?；诨蚣易遑S度的PCoA圖顯示，無癥狀RMs和慢性腹瀉RMs的樣本在空間上幾乎完全分離（圖2A）。無癥狀RM腸道微生物群的代謝途徑在SCFAs和l-抗壞血酸的產生中富集（圖2B）。為了進一步表征腸道微生物群的整體功能，我們基于KEGG數(shù)據庫對腸道微生物群的基因功能進行了預測。無癥狀RMs和慢性腹瀉RMs腸道微生物群中最豐富的基因與代謝相關，特別是碳水化合物代謝、氨基酸代謝、輔助因子和維生素代謝以及能量代謝（圖2C），且在無癥狀RMs的腸道微生物組中明顯高于慢性腹瀉RMs的腸道微生物組（p < 0.01）。由于RMs腸道中碳水化合物代謝相關基因的豐度很高，在CAZy數(shù)據庫的基礎上預測了腸道微生物組的碳水化合物活性酶(CAZymes)，以進一步了解腸道微生物組的CAZymes活性。在無癥狀的RMs腸道微生物組中，CAZymes的總基因顯著多于慢性腹瀉RMs腸道微生物組(圖2D)。值得注意的是，編碼CBMS、GHS和PLS的基因在無癥狀RMS的腸道微生物群中更為豐富(圖2E)，發(fā)現(xiàn)GH13是在無癥狀和慢性腹瀉RMS的腸道中最常見的GH家族(圖2F），然而，無癥狀RM腸道微生物組中GH13的相對豐度明顯高于慢性腹瀉RM腸道微生物組。此外，大多數(shù)GH家族，如GH1、GH43、GH3、GH23和GH25，在無癥狀的RM腸道微生物群中明顯更豐富。

圖2 慢性腹瀉與無癥狀 RMs 腸道微生物群的功能比較??

3. 圈養(yǎng)非人靈長類動物（NHPs）與人類腸道微生物群的比較

比較了無癥狀RMs、圈養(yǎng)獼猴、圈養(yǎng)藏酋猴、圈養(yǎng)長尾猴、圈養(yǎng)黑猩猩、非西化飲食人類和西化飲食人類的腸道微生物組成。乳酸菌在所有NHPs的腸道中普遍存在，但在人類的腸道中很少(圖3A)。屬水平相對豐度的PCoA圖表明，幾乎所有的NHP樣本(特別是長尾猴、黑猩猩、大猩猩)在空間上與非西化飲食的人類樣本接近(圖3B)，每個圈養(yǎng)的NHP的腸道微生物群與非西方化飲食的人類的類似程度高于采用西方化飲食的人類（圖3C）。比較了無癥狀RMs、慢性腹瀉RMs、炎癥性腸病患者、急性腹瀉患者（來自農村和城市人口）和健康人類（即非西方化和西方化飲食）的腸道微生物群?；趯偎较鄬ωS度的PCoA圖表明，這些人類樣本主要是由飲食而不是疾病聚集的（圖3D）。此外，農村急性腹瀉人和城市急性腹瀉人樣本在PCoA圖中相距較遠。慢性腹瀉RMs的樣本與農村腹瀉患者和非西方化飲食的人類樣本更接近（圖3D）。

圖3 非人靈長類與人類腸道微生物群的比較??

4. RMs腸道微生物群的抗生素抗性基因（ARGs）和耐藥表型

慢性腹瀉RMs腸道中ARGs的總豐度顯著大于無癥狀RMs腸道（圖4a）。基于ARGs豐度的PCoA圖顯示，幾乎所有無癥狀RMs和慢性腹瀉RMs的樣本在空間上都是分離的（圖4B）。編碼四環(huán)素類抗生素耐藥性的 tetQ 基因在無癥狀和慢性腹瀉獼猴的腸道微生物群中最為普遍（圖4C）。RMs腸道微生物群中ARGs的主要種類為四環(huán)素、林可酰胺/大環(huán)內酯/鏈霉菌素類抗生素、氨基糖苷類抗生素、頭霉素和苯酚類抗生素（圖4D）。為了進一步驗證抗生素耐藥性，檢測了圈養(yǎng)獼猴糞便和組織分離株的耐藥表型。從慢性腹瀉RMs的糞便、無癥狀RMs的糞便和1例死亡腹瀉獼猴的組織液中分離到31株大腸桿菌、29株肺炎克雷伯菌、16株奇異變形桿菌、2株產氣克雷伯氏菌和2株類肺炎克雷伯菌。幾乎所有來自慢性腹瀉的糞便和組織液中分離株均對FFC（49/51）、TE（48/49）、K（48/51）、CIP（55/58）、KZ（54/58）、OFX（55/58）和AMP（57/58）耐藥（圖4E)。

圖4 慢性腹瀉RMs和無癥狀RMs的耐藥性??

研究結論

慢性腹瀉與無癥狀RMs的腸道微生物群存在顯著差異；頻繁使用抗生素會導致RMs腸道產生抗生素耐藥性，從而嚴重影響慢性腹瀉的治療；從RMs腸道中分離出的有益乳桿菌可以被視為一種潛在的益生菌，在未來的研究和治療中可以預防或緩解RMs腹瀉；包括RMs在內的圈養(yǎng)NHP與非西化飲食人類在腸道微生物組成上有更大的相似性。這表明，腹瀉型RMs可以被認為是研究非西式飲食下人類腹瀉的合適模型?？傮w而言，這項研究讓我們更清晰的了解慢性腹瀉RMs的腸道微生物群和抗生素耐藥性。

文章亮點

該研究證明，慢性腹瀉顯著改變了RMs腸道微生物組的組成和代謝途徑；來自RM腸道的有益乳酸菌可能是一種預防或緩解RM腹瀉的潛在益生菌；腹瀉型RMs可以被認為是研究非西式飲食下人類腹瀉的合適模型，本研究將有助于提高RMs腹瀉的診斷和有效防治水平。

參考文獻：

[1] Yang Shengzhi., Liu Yu., Yang Nan., Lan Yue., Lan Weiqi., Feng Jinyi., Yue Bisong., He Miao., Zhang Liang., Zhang Anyun., Price Megan., Li Jing., Fan Zhenxin.(2022). The gut microbiome and antibiotic resistome of chronic diarrhea rhesus macaques (Macaca mulatta) and its similarity to the human gut microbiome. Microbiome, 10(1), 29. doi:10.1186/s40168-021-01218-3