上海交大教授《Nature》解析腸道菌群與慢性病
日期：2010-06-23 15:51:18
趙立平教授現(xiàn)任上海系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究中心副主任，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)等，他曾在國(guó)內(nèi)最早系統(tǒng)開展微生物分子生態(tài)學(xué)研究，在復(fù)雜微生物群落結(jié)構(gòu)分析技術(shù)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法等方面做了很多創(chuàng)新性工作。對(duì)廣泛使用的PCR-DGGE技術(shù)做了重要改進(jìn)，成為國(guó)際上使用該技術(shù)研究微生物生態(tài)學(xué)的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之一。
3月4日出版的Nature雜志的封面發(fā)表了由歐盟資助的“人體腸道元基因組計(jì)劃”（MetaHIT）的初步成果，研究指出人類腸道中的菌群可能擁有幾百萬(wàn)個(gè)基因，細(xì)菌整體擁有的基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于人類自身，腸道系統(tǒng)可被視作人類的“第二基因組”。科學(xué)家對(duì)這些基因進(jìn)行了詳細(xì)分析，相關(guān)結(jié)果將有助于腸道疾病的研究和治療。
人體除受自身基因的調(diào)控外，還受到大量的共生細(xì)菌的影響。這些細(xì)菌大部分寄生在人的腸道中，通稱為腸道菌群，在學(xué)術(shù)界常被稱作“人體腸道元基因組”。
趙立平教授在題為“Genomics: The tale of our other genome”的文章中指出，在人體中，人的細(xì)胞數(shù)量?jī)H占細(xì)胞總量的10%，而共生微生物的細(xì)胞所占比例高達(dá)90%。共生細(xì)菌大部分生活在腸道里，有大約1.5千克。這些細(xì)菌在生長(zhǎng)活動(dòng)中產(chǎn)生的代謝物可以進(jìn)入人的血液，影響人的健康。有益菌可以產(chǎn)生消炎、鎮(zhèn)痛、抗氧化的物質(zhì)，還可以合成維生素、氨基酸、丁酸鹽等營(yíng)養(yǎng)成份，對(duì)人體有滋養(yǎng)和保護(hù)作用。有害菌則可以產(chǎn)生神經(jīng)毒素、致癌物質(zhì)和游離抗原，進(jìn)入血液后能夠引起兒童自閉癥、老年癡呆、肥胖癥、糖尿病、冠心病、甚至癌癥等各種慢性病。
因此，結(jié)構(gòu)失調(diào)的腸道菌群可能是誘發(fā)慢性病的重要因素，這個(gè)觀點(diǎn)叫“慢性病的腸源性學(xué)說”。該學(xué)說由趙立平教授提出并發(fā)表在近期出版的《生物技術(shù)雜志》（Journal of Biotechnology）上。
人體內(nèi)其實(shí)有兩個(gè)基因組在影響人的健康，一個(gè)是先天遺傳來(lái)的人的基因組，帶有約2萬(wàn)多個(gè)基因，另一個(gè)是后天進(jìn)入人體但終身與人相伴的所有共生微生物構(gòu)成的“微生物組”，帶有至少上百萬(wàn)個(gè)基因，相當(dāng)于人的第二個(gè)基因組。第二基因組的基因容量是第一基因組的至少100倍，可見其對(duì)人體健康的作用和影響是不可忽視的。
趙教授研究組的工作表明，飲食是影響腸道菌群組成的最重要因素，不同的飲食結(jié)構(gòu)，可以形成不同的菌群結(jié)構(gòu)。無(wú)基因缺陷的動(dòng)物，食用高脂食物后就可以患肥胖癥和早期糖尿病，這是因?yàn)椋L(zhǎng)期食用高脂肪、低纖維的食物，可以造成腸道菌群結(jié)構(gòu)失調(diào)，增加進(jìn)入血液的毒素的量，誘發(fā)慢性炎癥，從而導(dǎo)致肥胖、糖尿病、冠心病等慢性病的發(fā)生。這個(gè)工作成果發(fā)表在近期出版的《國(guó)際微生物生態(tài)學(xué)會(huì)會(huì)刊》（The ISME Journal）上。
為了更深入地理解腸道菌群與健康的關(guān)系，找到與慢性病直接相關(guān)的細(xì)菌，需要對(duì)腸道菌群攜帶的基因進(jìn)行精細(xì)的測(cè)序。通過與菌群的代表性菌株的參考基因組序列進(jìn)行對(duì)比，可以快速而準(zhǔn)確地知道哪個(gè)片段來(lái)自哪個(gè)細(xì)菌，也可以知道其可能的功能。5月21日出版的《科學(xué)》雜志，報(bào)道了178個(gè)來(lái)自人體的共生細(xì)菌的基因組的序列，成果來(lái)自美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）的人體微生物組路線圖計(jì)劃資助的項(xiàng)目。這個(gè)工作，為人體微生物組的參考基因組制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且所有數(shù)據(jù)都對(duì)公眾是開放的。
由于很多腸道菌是不能分離培養(yǎng)的，很難獲得它們的參考基因組。趙教授在文章中提出，依托上海交通大學(xué)“系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新平臺(tái)”建立的“功能元基因組”技術(shù)為解決這個(gè)問題提供了途徑。他們與帝國(guó)理工醫(yī)學(xué)院等單位合作，建立了通過測(cè)定尿液代謝物的組成變化和腸道菌群結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系，來(lái)判斷哪一種細(xì)菌可能影響人體的哪一部分代謝的方法，就有可能將具有重要功能的細(xì)菌鑒定出來(lái)。然后再設(shè)法通過單細(xì)胞分離和全基因組擴(kuò)增獲得其參考基因組序列。整個(gè)過程不需要分離培養(yǎng)細(xì)菌，可以突破培養(yǎng)技術(shù)的瓶頸，獲得更多重要細(xì)菌的參考基因組序列。
在《自然》評(píng)論中，趙立平教授以我國(guó)自主創(chuàng)新建立的“人體系統(tǒng)生物學(xué)”作為技術(shù)框架，以“慢性病的腸源性學(xué)說”為理論框架，對(duì)目前的國(guó)際人類元基因組研究進(jìn)展做了評(píng)述。在最后，趙立平教授呼吁國(guó)際學(xué)術(shù)界開展多學(xué)科交叉研究，特別是基因組專家與微生物專家要密切合作，力求在慢性病的病因?qū)W和早期預(yù)防技術(shù)研究方面取得實(shí)質(zhì)性突破，以遏制慢性病在全球的蔓延趨勢(shì)。
