Cell子刊 | 同济大学秦环龙/许谦/李宁揭示供体和受体的微生物亚种之间相互作用影响有效微生物群转移和临床结果

多种疾病都表现出肠道微生物群的异常，这与供体材料移植作为一种治疗选择的出现是一致的，尽管菌株植入与治疗效果之间的关系仍然不确定，并且因疾病而异。迄今为止，粪便微生物群移植(FMT)的临床试验已经并正在用于越来越多的医疗条件，包括慢性感染、代谢性疾病、恶性肿瘤和神经系统疾病，但临床批准的治疗仅限于复发性艰难梭菌感染(rCDI)，这表明需要对微生物群转移的决定性因素有更深入的了解，以释放其潜力。

考虑到中枢神经系统和胃肠道(GI)之间复杂的相互作用，即大脑-肠道轴，需要肠道微生物组成分，迄今为止缺乏有效治疗方法的几种神经系统疾病，包括自闭症谱系障碍(ASD)，正在作为fFMT治疗的疾病进行研究。无目的的行为和根源在于神经功能障碍。它在儿童中的患病率约为1%，在工业化国家和新兴国家呈上升趋势。尽管社会经济成本很高，但其病因仍未充分了解，并伴有一般中等至较差的治疗反应。虽然主要是一种神经精神疾病，但ASD具有大量胃肠道症状的共病率，这与人类肠道微生物群的相关改变以及小鼠自闭症样行为的微生物群耦合机制一致。

模式图（Credit: Cell Host & Microbe）

据报道，FMT对ASD患者的核心症状和胃肠道合并症都有有益的结果，这与微生物群的变化有关。然而，这些研究没有提出亚种或菌株水平的表征，因此对潜在重要的微生物组成分和事件的见解有限。由于微生物物种通常包含功能上不同的谱系，亚种水平的微生物组动力学检查有助于阐明临床相关特征，在宏基因组数据集中，主要通过两种方法进行调查，即基于参考的物种分配的单核苷酸多态性(SNP)解决分化和共丰度分类。到目前为止，研究表明菌株在受体体内的植入受到多种因素的影响，包括抗生素预处理、FMT途径、供受体微生物组成等。

从生态学的角度来看，外来菌株的定植也取决于它们与当地社区成员的相互作用，但这个问题在FMT宏基因组数据集中仍未得到充分研究。这部分是因为基于单倍型的单倍型是基于宏基因组学的菌株推断的常用方法，从一组与共识基因组相关的多态性位点描绘菌株。在扫描复杂群落的短读测序的背景下，很难将参考染色体上遥远位置的单个SNP连接起来，这混淆了同源成员的计算分离(即，物种中SNP解释的菌株通常不是具有丰度度量的独立实体)。然而，采用基于共丰度聚类的重建，如物种基因组箱(SGBs)作为亚种水平的代理，可以避免这个问题。基于SGB分析的最新发现确定了一大批以前未表征的与心脏代谢健康相关的肠道细菌。

该研究进行了一项开放标签的临床研究，以调查FMT对有胃肠道症状的ASD儿童的疗效，这些儿童接受了宏基因组学和代谢组学分析，包括基于SGBs的亚种水平分析。该研究表明，有效的微生物群转移涉及供体和受体微生物之间广泛的相互作用，这些微生物通常具有系统发育上的差异，并且包含大量未命名的微生物，尽管存在巨大的队列异质性，但这些特性在FMT的宏基因组数据集中是普遍的。因此，供体和受体微生物之间的相互作用是一种生态动力，在多种表现肠道微生物群扰动的疾病中，对FMT至关重要。