Nature:环境vs基因,谁对肠道菌群影响更大?

EndNote相关资讯 | 2018-09-24 14:45

本文转载自“态昌基因”,已获授权。

又到了一年一度的中秋节,南北甜咸月饼战争的日子

然而热爱科学的小昌并不关心咸甜月饼哪种更好吃,小昌最关心的,还是       (请填空)

正确答案:菌群

微生物组几乎影响到我们的健康的每一个方面。当我们还是胎儿的时候肠道菌群就一直陪伴着我们,一生相伴,不离不弃(Cell:人与肠道菌群休戚与共的一生)。母爱的伟大不仅在于给我们生命,还在于给我们一个健康的肠道菌群(Gut: 孕期健康对孩子至关重要!)。可见,遗传因素对我们的肠道菌群有着重要的影响。

有一些微生物组研究人员认为,肠道菌群的差异始于我们的基因上的差异。

但是有一个问题出现了。基因会让一个人的菌群永远输在起跑线上吗?对于菌群而言,后天的努力可以弥补先天的不足吗?

好问题。有首歌唱的好呀:三分天注定,七分靠打拼。那剩下的90分应该怎么办呢?

带着这个问题,以色列威兹曼科学院Eran Segal教授——传说中的“长的比我帅,智商比我高,还比我努力”的人——开始了他的研究。研究结果在今年发表在了《Nature》上。

让我们一起来看一下这篇文章。

1人群选择——为什么选择以色列人?

其中一个原因肯定是因为Eran Segal教授就是以色列人,所以选择以色列人比较方便。但还有其它的原因。

如果想要研究血统(祖先)对肠道菌群的影响,根据控制变量法,理想情况下是选取一群除了血统不同,其它各种外界环境(地域,饮食习惯和生活方式等)都相同的人。

文章中选取的研究对象——以色列人——完美地符合了这一选择。

以色列拥有独一无二的历史:历史上以色列人一直散居世界各地。近两千年后,分散在世界各地的以色列人回到了耶路撒冷,建立了以色列国家。目前的人口在饮食习惯和生活方式方面极为相似,这相当于将遗传各异的个体置于相同的环境条件下,是研究血统(祖先)对菌群影响的完美选择。

由于以色列是1948年复国的,在这之前他们都分散在世界各地。研究人员根据祖父母的出生国将1,046例健康的以色列人分为6个不同的血统:德系血统,北美系血统, 中东系血统, 西班牙或葡萄牙血统,也门血统及其它血统,并进行了之后有研究。

2基因对菌群的影响有多大?

之前有文献报道过一些菌是可以遗传的。 那么肠道菌群究竟有多大程度受遗传因素影响?

研究人员结合了宏基因组、16S多样性、人群的基因型对1,046例健康以色列人的肠道菌群做了研究。

研究发现,虽然不同血统的人基因有很大不同,但是血统与菌群结构却没有直接的相关性。简而言之,我们的肠道菌群是什么样子的,跟我们的祖先是皇亲国戚还是一介布衣并没有太大的关系。并且经过分析,血统越相似的人,他们的肠道菌群并没有越相似。

为了保证这个结论的真实可靠,作者又进行了其它分析。他们用“基因变异(SNP)”代替“血统”进行遗传&菌群相关性分析。但结果与之前的结果是一致的:虽然血统越相近的人,他们的基因也越相近,但是基因与肠道微生物之间并没有显著的相关。

菌群不问出身,很好。

研究人员得出来这个结果之后,还不甘心。毕竟之前有文献报道过,菌群会受基因的影响。

为了更加合理地去评估菌群与基因间的关系,研究人员分析了2,252例双胞胎样本的数据。经过多方面数据的不断较正,他们发宿主的遗传因素,仅导致人与人之间的微生物组差异的1.9%。在75,384 个SNP中寻找与肠道菌群相关的位点时,仅有7个SNP位点(2个与编码乳糖酶相关)具有相关性。

总而言之,菌群与基因只有1.9% 的相关性,只有万分之一的基因变异位点与菌群相关。

3环境对菌群的影响有多大?

菌群不问出身,那菌群问什么?亲密关系?

接下来,Eran Segal教授课题组又研究了是不是生活在一起的人,他们的肠道菌群更加相似。 结果发现,生活在一起的人,无论他们有没有亲缘关系,他们的肠道菌群更加相似。而不生活在一起,哪怕有亲缘关系,他们的菌群也差别很大。即使是双胞胎,当他们不生活在一起之后,他们的菌群组成也会变得越来越不像。

所以,朋友们,新的择偶标准出炉了,找老公要找身体健康,最好能干吃不胖的那种。这样我们才能沾他们肠道菌群的光,指不定也可以干吃不胖呢。

看到这种结果,Eran Segal教授当然没有小昌这么肤浅。他们量化了环境因素可以造成微生物多大程度的改变。他们挑选出95个环境因素(包括饮食习惯、生活方式、药物使用、热量摄入等等)。他们发现,这些环境因素可以解释20.03% 的菌群差异。

基因:环境=1.9%:20.03%,环境因素完胜。

4微生物对身体健康的影响有多大?

Eran Segal教授的牛X之处在于,可以把各种影响程度量化。不过这还不是他的杀手锏。

他不仅可以量化各种因素对菌群的影响程度,还可以量化菌群与健康的相关程度。

Eran Segal教授定义了一个函数:b2,用来评估菌群与寄主表型的总体相关性(微生物的变化可以推断多大比例的表型变化)。b2的值越大,说明微生物对表型的影响越大。

当较正了年龄、性别、饮食、寄主基因型之后,研究人员发现12个表型特征中的8个与微生物有显著的相关性。非空腹高密度脂蛋白胆固醇(HDL)水平的b2= 36%,也就是说,较正了年龄、性别、饮食、寄主基因型之后,36%的HDL变化与菌群变化相关。

除此之外,微生物与许多种指标都有很大的相关性。肠道菌群与36%的乳糖降解能力的变化相关,与29%的腰围变化相关,27%的臀围变化,25%的BMI变化,25%的血糖变化,24%的腰臀比变化,22%的空腹血糖变化都具有相关性。

菌群对人身体健康的影响真的是不容小觑。

为了对健康指标进行更加准确的预测,研究人员结合了遗传因素与菌群因素对一些生理指标进行预测。他们发现,使用基因+菌群的方法对体质状况进行预测(如预测血糖和肥胖症等)会使预测结果更加准确。

研究人员利用所得的结果对836例荷兰人进行了验证分析。发现这项预测方法对不同的人群和实验数据都具有稳定性

5研究结果的应用需谨慎

虽然Eran Segal教授用了严谨的统计方法算得了微生物对健康状况的影响,但这个数据还是应该谨慎地去解释。因为本质上,b2只表明了微生物与各项指标的相关性,并不能代表一种因果关系。

具个例子来说,菌群的变化与25%的血糖变化具有相关性,但这并不代表菌群的变化可以导致血糖上升25%。

再者,作者表明,人类的基因对肠道菌群的影响占1.9%,这并不代表基因不重要。不同的物种,他们的肠道菌群是不同的。哪怕不同的物种吃一样的食物,在同一个自然条件下,菌群也不会相同【2】。

换句话说,哪怕你每天跟你养的猫猫狗狗同吃同住,你们的菌群也不可能变得一样。

不过,无论如何,肠道菌群与我们的身体健康息息相关。基因不会限制我们的肠道菌群,想要肠道菌群真的变好,还需要健康的生活。

参考文献:

【1】Daphna Rothschild, Omer Weissbrod, Elad Barkan et al. Environment dominates over host genetics in shaping human gut microbiota. Nature, Published online: 28 February 2018, doi:10.1038/nature25973

【2】Amato K R, Sanders J G, Song S J, et al. Evolutionary trends in host physiology outweigh dietary niche in structuring primate gut microbiomes[J]. ISME Journal, 2018:1.

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