腸道菌在健康和疾病中的作用

人類的腸道是億萬微生物的家園。它們調節(jié)著人類的健康和疾病。7月7日的Nature推出了關于腸道菌的專題。本期專題匯集了在菌群與寄主相互作用方面的學術帶頭人的觀點，為這些基本的生物過程和臨床應用方面的重要進展提供了一個總的看法。

人類發(fā)育生物學中的微生物觀點

大多數(shù)人想到人類的發(fā)育時，他們往往只考慮人自身的細胞和器官。然而，需要考慮的還有另一個方面——和人類相關的微生物菌群。人類發(fā)育相關的微生物觀點為完善我們對健康的產前和產后成長的定義提供了機會，并發(fā)展了疾病預防和治療的創(chuàng)新戰(zhàn)略。由于生活方式和疾病模式正在發(fā)生全球化的急劇變化，該文章發(fā)出建立“人類微生物觀測站”的呼吁，旨在檢測帶有不同人類學特征的出生人群中各自的微生物菌群，包括了那些經歷的快速變化。

飲食與菌群的相互作用調節(jié)人類代謝

肥胖和相關的代謝性疾病（包括2型糖尿病）是和飲食密切相關的，這一觀點被大家廣泛接受。然而，腸道菌群也成為飲食和代謝健康這一交叉點的研究焦點。通過移植動物模式和人類中的研究的有力結合，將腸道菌群和肥胖聯(lián)系起來的機制將趨于明了。指出腸道菌群作為對宿主的代謝情況、飲食的影響的調節(jié)者方面的知識正不斷積累。人們在該方面的研究集中在建立它們在人類中的因果關系，以及比如個性化營養(yǎng)方面治療性干預措施的前景。

微生物菌群和先天免疫

腸道菌群是一個整合了環(huán)境方面的輸入，如影響宿主的代謝、免疫和感染反應的飲食、遺傳和免疫信號的樞紐。先天免疫系統(tǒng)的造血和非造血細胞分布在寄主與微生物的界面。這些細胞具有感知微生物或它們代謝產物的能力，并且能將信號轉化為宿主的生理反應和微生物生態(tài)的調節(jié)。先天免疫系統(tǒng)和腸道菌群之間的通信異常可能導致復雜疾病。

適應性免疫平衡和疾病中的微生物菌群

在腸粘膜中，免疫系統(tǒng)的T細胞和B細胞在特定位置的表型和功能是由微生物菌群影響的。這些菌群細胞通過抑制無害抗原的反應和加強腸黏膜的屏障功能的完整性，在維持免疫自穩(wěn)態(tài)平衡方面起了重要的作用。腸道菌群失去平衡，稱為菌群失調，會引起一些免疫系統(tǒng)疾病。這些都是通過離它們的誘發(fā)位點或遠或近的T細胞活性改變引起的。明了區(qū)分自穩(wěn)態(tài)的差異和病原微生物與寄主之間的關系的機制，能夠鑒定預防或調解炎癥性疾病的治療靶點和提高癌癥免疫治療的療效。

腸道內的菌群和病原菌之間的相互作用

微生物菌群對人類健康有著重要的作用，微生物菌群的改變可以賦予對病原菌引起的感染的抵抗或促進。研究人員已經發(fā)現(xiàn)了抗生素對腸道菌群的影響，它們會改變腸道的營養(yǎng)狀況和導致病原菌群體的擴張。病原菌利用微生物來源的碳和氮的營養(yǎng)以及調節(jié)信號來促進自身的生長和毒力。通過引發(fā)炎癥，這些細菌改變腸道環(huán)境，利用呼吸和金屬離子獲取的獨特系統(tǒng)驅動它們的擴張。解開微生物、寄主和病原菌之間作用的奧秘會產生如何調控微生物菌群來抵抗感染疾病的策略。

微生物菌群基因組關聯(lián)分析將微生物集群的動態(tài)狀況和疾病聯(lián)系在一起

DNA測序、蛋白質組學和代謝組學的快速發(fā)展。分析微生物菌群和鑒定它們和疾病的聯(lián)系的計算工具大大增加。特別是時間序列的研究和多分子的角度促進了微生物菌群基因組關聯(lián)的分析。它和全基因組關聯(lián)研究相似。早期的研究結果指向了微生物菌群基因組關聯(lián)分析的可操作性，雖然其臨床應用尚待批準。對微生物菌群和宿主的飲食、化學和健康的復雜的相互關系的評價，包括需要捕捉和整合這個動態(tài)界面的觀察的頻率，對于發(fā)展基于微生物菌群的精準診斷和治療都是至關重要的。