1 月 20 日的《熱心腸日報》，我們解讀了 9 篇文獻，關注：基因編輯，拟杆菌，多糖利用位點，可移動遺傳元件，噬菌體，大熊貓，禁食，肥胖，HIF2α，GLP-1。
郭春君團隊Cell突破：在複雜菌群中揭示單個腸菌基因功能，新方法來了
Cell——[41.582]
① 開發一套對5個菌門的非模式腸道細菌進行基因操縱的高通量流程；② 通過多因子優化，确定了對梭菌綱38個非模式菌株進行基因轉移的方法，對其中28個菌株建立了基于CRISPRi或II類内含子的基因編輯工具；③ 該方法能有效進行細菌基因編輯，并在體外和小鼠體内調節對應的細菌代謝産物（如SCFA）；④ 建構敲除baiH（膽汁酸7α脫羧通路的關鍵基因）的某梭菌菌株，将該突變株或對照菌株定植到有複雜菌群的小鼠中進行對比分析，表明敲除baiH影響了宿主的膽汁酸池和菌群組成，并通過減少丹毒絲菌科的擴張減輕了結腸發炎。
【主編評語】
腸道菌群中，許多細菌基因是由非模式細菌編碼的，因而難以通過靶向性的遺傳操作去探索和驗證這些基因對宿主生理的影響和機制。建立和篩選能有效針對非模式腸菌的基因操縱方法和工具，對于深入挖掘腸道細菌功能、探索細菌與宿主的互作機制，以及通過基因編輯來操控菌群以改善相關疾病，是至關重要的。Cell最新發表來自康奈爾大學郭春君團隊的研究，在這一問題上取得了突破性進展。該團隊開發了一套用于對非模式腸菌進行基因操縱的流程，能大規模地鑒定可進行基因轉移（引入外源DNA）的腸道細菌及其方法，并建立對應的基因編輯工具，大幅拓展了可進行基因操縱的腸道細菌的範圍。該團隊在一項概念驗證研究中，揭示了特定細菌膽汁酸代謝基因在具有複雜菌群的宿主體内的功能，并表明操縱菌群中的特定細菌基因可“撬動”菌群結構，改變宿主對特定疾病的易感性。總之，這項工作為研究腸道菌群基因與宿主的互作機制及其與疾病表型的因果關聯，提供了一套強有力的工具，為進一步研發靶向性操縱腸道菌群的方法邁出了重要的一步。（@使用者970937765）
【原文資訊】
Genetic manipulation of gut microbes enables single-gene interrogation in a complex microbiome
2022-01-19, doi: 10.1016/j.cell.2021.12.035
Cell子刊：拟杆菌多糖利用基因座決定腸道菌群适應性和群落間互作
Cell Host and Microbe——[21.023]
① 建立了有效編輯單形拟杆菌（BU）基因組的CRISPR-FnCpf1聯合RecT誘導表達編輯系統；② 研究了23個BU多糖利用基因座（PULs），不同PULs對不同複雜碳源有獨特适應性調節作用；③ 對不同碳源環境，體外和體内研究顯示PULs通過調節宿主與BU、BU與其他菌群的關系，進而顯著影BU的适應性和定植能力；④ PULs缺陷導緻BU豐度下降會顯著減少産丁酸鹽菌（BP）；⑤ BU通過不同的PULs利用複雜碳源，為BP生長提供聚糖、多糖分解産物或代謝副産物。
人類腸道微生物群的一個核心功能是将膳食和宿主來源的多糖(即多糖)轉化為代謝産物，調節我們的能量平衡，提供對腸道病原體的定植抗性，并維持腸道内環境平衡。拟杆菌由于具有多種碳水化合物酶類，可以代謝多種糖類物質，對宿主具有重要的作用，是以是人類腸道菌群中的優勢菌。盡管已經發現了拟杆菌的多糖利用基因座，但還有更多的多糖利用基因組沒有被發現。此外，多糖代謝産物對于不同菌群有着不同的作用，但拟杆菌不同PULs導緻的多糖代謝變化對腸道菌群的互作和變化的作用尚不明确。近期一篇發表在Cell子刊，Cell Host&Microbe上的研究工作，通過利用CRISPR-Cas9的篩選方法，發現并研究了拟杆菌中23個PULs在不同多糖情況下的功能和轉錄協同。特定的PULs盡管在一些微生境中對于菌群适應性發揮好的作用，但是對于宿主腸道整個微生态的适應性和定植能力具有負面效應。此外，研究者證明了BU中的PULs可以塑造生态動力學和有益的代謝物丁酸的生産。（@使用者947123204）
Polysaccharide utilization loci in Bacteroides determine population fitness and community-level interactions
2022-01-06, doi: 10.1016/j.chom.2021.12.006
Cell子刊：一類可移動遺傳元件，或幫助拟杆菌在腸道中獲得競争優勢
Cell Reports——[9.423]
① 在人腸道拟杆菌門細菌中鑒定出一類獨特的可移動遺傳元件（MGEs），共19個，編碼潛在的類咕啉（一組環狀四吡咯輔助因子，包括維生素B12）轉運基因；② 這類MGEs包括2組接合轉座子（CTns）和1組噬菌體；③ 在體外證明了其中2個CTns（BoCTn和BtCTn）的接合轉移作用和維生素B12轉運活性，并能賦予細菌競争優勢；④ 在小鼠中證明，BoCTn和BtCTn能實作在腸道内的基因轉移，使缺乏維生素B12轉運功能的拟杆菌恢複利用維生素B12的能力。
由可移動遺傳元件（MGEs）的水準轉移，促進形成了人類腸道微生物組的功能和基因組多樣性。一些MGEs編碼的的基因，可能幫助細菌進行自我防禦（如抗生素抗性），或提高細菌競争資源（如維生素）的能力。維生素B12和相關化合物（類咕啉）是使腸道菌群中的拟杆菌成員定植的關鍵營養物質。Cell Reports發表的這項研究，從拟杆菌中鑒定出一類MGEs，編碼了拟杆菌中的維生素B12轉運體，并通過體外和體内實驗證明了水準基因轉移在塑造拟杆菌對B12等營養小分子的競争中的重要性。（@使用者970937765）
Mobilization of vitamin B12 transporters alters competitive dynamics in a human gut microbe
2021-12-28, doi: 10.1016/j.celrep.2021.110164
Cell子刊：人腸道中的crAss樣噬菌體
① 納入來自4個荷蘭隊列的1950名個體，鑒定出1556個crAss樣噬菌體的基因組，與參考資料庫相比，包含125個新噬菌體物種及32個新噬菌體屬；② 緊密相關的crAss樣噬菌體也可能具有不同的負責轉錄的基因子產品；③ 與之前的報道一緻，crAss樣噬菌體的主要宿主是拟杆菌門細菌；④ 人腸道中的crAss樣噬菌體可在長達4年時間内維持相對穩定；⑤ 在IBD患者的腸道中，可觀察到crAss樣噬菌體的缺失。
crAss樣噬菌體是一組相關病毒，包含了人腸道内的部分豐度最高的病毒。Cell Reports上發表的一項隊列研究，對1950名荷蘭人的腸道crAss樣噬菌體的基因組、多樣性及功能進行了深入分析。人腸道crAss樣噬菌體可維持4年的相對穩定，并在IBD患者中缺失。（@aluba）
Discovery, diversity, and functional associations of crAss-like phages in human gut metagenomes from four Dutch cohorts
2022-01-11, doi: 10.1016/j.celrep.2021.110204
魏輔文+魏泓Cell子刊：腸道菌群的季節性變化，如何影響大熊貓長胖
① 與吃竹葉的季節相比，大熊貓在吃竹筍的季節中可增加更多的體重；② 這伴随着腸道菌群組成和功能的季節性改變：在竹筍季，大熊貓腸道菌群中的産丁酸菌（如丁酸梭菌）豐度顯著增加，産生更多的短鍊脂肪酸；③ 将竹筍季和竹葉季的大熊貓的糞便菌群移植給無菌小鼠，竹筍季菌群更能使小鼠增重長胖；④ 機制上，菌群産生的丁酸影響了肝髒的晝夜節律基因的表達，延長了Per2的上調，進而促進了磷脂合成和脂肪積累。
腸道菌群的特征伴随宿主飲食的變化而改變。然而，這些波動的潛在影響仍不清楚。中科院動物所魏輔文院士團隊和第三軍醫大學魏泓教授團隊合作，在Cell Reports發表研究，表明腸道菌群的季節性變化，可以影響宿主脂質代謝和體重增長，使大熊貓在吃竹筍的季節快速長胖，并揭示了相關分子機制。這些發現為研究野生動物的腸道菌群-宿主互作，帶來新啟示。（@使用者970937765）
Seasonal shift of the gut microbiome synchronizes host peripheral circadian rhythm for physiological adaptation to a low-fat diet in the giant panda
2022-01-18, doi: 10.1016/j.celrep.2021.110203
間歇性禁食對腸道菌群和肥胖的作用（綜述）
Nutrition Reviews——[7.11]
① 隔日禁食 (ADF) 和限時進食 (TRF) 是最常見的間歇性禁食方案，它們具有不同的代謝信号機制；② TRF通過調節晝夜節律系統來影響體重控制和生化參數，并通過影響瘦素分泌來改善飽腹感調控系統；③ 而ADF除了可以促進體重控制的激素調節外，還在禁食日減少了約75%的能量攝入；④ 此外，這兩種方案都顯示出可通過改變厚壁菌門/拟杆菌門比率和增加可對機體代謝進行調控的有益菌屬（例如乳杆菌屬和阿克曼氏菌）豐度以對抗體重增長的能力。
近期發表于Nutrition Reviews的一項系統綜述納入17項動物和人體研究，評估了間歇性禁食對肥胖個體的影響，評估結果顯示隔日禁食 (ADF) 和限時進食 (TRF)方案對腸道菌群的重塑具有積極作用，它們可用于控制肥胖、提高胰島素敏感性以及改善其他與肥胖相關的代謝變化。注：限時進食（TRF）是指每天進食時間在 6~ 12 h 内，隔日禁食（ADF）指一天自由飲食後一天禁食或少量熱量攝入。（@臨床營養陳彬林）
Repercussions of intermittent fasting on the intestinal microbiota community and body composition: a systematic review
2022-01-10, doi: 10.1093/nutrit/nuab108
減肥手術如何影響小腸細菌來改善代謝？
Molecular Metabolism——[7.422]
① 對食源性肥胖小鼠進行VSG手術，與假手術對照相比，VSG手術後小腸上皮樣本中的乳杆菌豐度升高，HIF2α靶基因表達升高；② 與高脂且鐵含量充足的飲食相比，高脂缺鐵的飲食可激活小鼠的HIF2α信号，促進體重減輕，改善糖耐量，并增加十二指腸的乳杆菌屬細菌；③ 給高脂喂養的小鼠長期補充含乳杆菌的益生菌，不僅能增強HIF2α信号，還能減少增重和改善糖耐量；④ 在十二指腸類器官中，乳杆菌的主要代謝物乳酸能直接激活腸細胞的HIF2α信号。
垂直袖狀胃切除術（VSG）能有效治療肥胖症，有研究表明其療效與大腸中的菌群變化有關，而小腸菌群的變化和作用尚不清楚。Molecular Metabolism發表的一項小鼠研究，揭示了VSG手術後小腸菌群的變化在改善代謝中的作用。該研究發現，手術後小腸中的乳杆菌屬細菌增多，乳杆菌通過生成乳酸，促進了HIF2α信号通路活化，進而改善小鼠的代謝健康。（@使用者970937765）
Vertical Sleeve Gastrectomy Increases Duodenal Lactobacillus spp. Richness Associated with Activation of Intestinal HIF2α Signaling and Metabolic Benefits
2022-01-06, doi: 10.1016/j.molmet.2022.101432
Cell子刊：減肥手術後的腸道HIF2α激活促進代謝改善
① 食源性肥胖小鼠中，減肥手術後，十二指腸中調控鐵吸收的轉錄因子HIF2α上調；② 通過飲食補充或遺傳操縱來提高鐵水準，以及敲除腸道Hif2α，都不影響VSG改善代謝的效果；③ 但特異性敲除腸道Vhl基因（VHL促進HIF2α降解），導緻十二指腸HIF2α信号增強，能使小鼠變瘦、改善糖耐受，效果類似VSG；④ 敲除腸道Vhl基因增加了腸道的GLP-1分泌，介導了敲除Vhl帶來的代謝益處。
垂直袖狀胃切除術（VSG）等減肥手術是治療肥胖症和2型糖尿病的有效方法，但也會降低機體的鐵水準。Cell Reports發表的這項研究發現，調控腸道鐵吸收的轉錄因子HIF2α在VSG之後被激活。通過遺傳操作增強腸道HIF2α信号，再現了VSG的多種效應。（@使用者970937765）
Gut HIF2α signaling is increased after VSG, and gut activation of HIF2α decreases weight, improves glucose, and increases GLP-1 secretion
2022-01-18, doi: 10.1016/j.celrep.2021.110270
Cell子刊：腸促胰島素GLP-1的分泌機制
① 檢測到G蛋白偶聯受體Gpr17在表達胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）的人和小鼠腸道上皮内分泌細胞中有表達；② 敲除小鼠腸道中的Gpr17後，小鼠葡萄糖耐量升高、胰島素釋放增加、腸道GLP-1分泌增加，但不影響腸道、胰島形态及腸道菌群多樣性群組成；③ 同樣，敲除Gpr17的小鼠腸道類器官中，GLP-1分泌增加；④ 體外模型中，過表達Gpr17 抑制電壓依賴鈣離子通道并減少環腺苷酸（cAMP）的産生，抑制GLP-1 分泌。
胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）是一種腸促胰島素，由表達前胰高血糖素的腸内分泌細胞（L細胞）分泌，并被二肽基肽酶4（DPP4）迅速降解。長效GLP-1類似物和DPP4抑制劑已被開發用于治療2型糖尿病（T2D）。T2D的潛在替代治療政策是通過調節内源性GLP-1分泌。然而，參與調節内源性GLP-1分泌的因素和途徑仍不完全清楚。發表在Cell Reports上的一項研究證明了G蛋白偶聯受體Gpr17介導的信号通路在腸上皮中與GLP-1分泌和糖代謝調節相關的作用，表明腸道Gpr17是糖尿病和肥胖幹預的潛在靶點。（@使用者941615924）
Intestinal Gpr17 deficiency improves glucose metabolism by promoting GLP-1 secretion
2022-01-04, doi: 10.1016/j.celrep.2021.110179
感謝本期日報的創作者：使用者970937765，使用者947409196，aluba，臨床營養陳彬林
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