肠道微生物组的组成和个体间变化受到宿主遗传和一系列复杂的外部因素的影响，如栖息地、早期生活暴露、饮食、年龄、种族和城市化。其中，宿主栖息地是影响不同国家/地区肠道菌群组成的主要因素。由于饮食是塑造肠道微生物群的关键因素，不同地区的饮食差异可能是揭示不同栖息地肠道微生物特异性的重要因素。饮食等外部因素可以将肠道微生物和血清代谢物与多种临床指标联系起来。然而，目前对饮食、肠道微生物群、血清代谢物和宿主健康之间的因果关系认识还远远不够。

2024年3月中国疾病预防控制中心营养与健康所在Advanced Science杂志（IF=14.3）上发表了题为“Diet Mediate the Impact of Host Habitat on Gut Microbiome and Influence Clinical Indexes by Modulating Gut Microbes and Serum Metabolites”的研究型论文。本文对中国3224名具有地理、饮食习惯、营养、血清代谢物（496名）和生理状态信息综合记录的个体进行了肠道微生物群组成特征分析。此外，还表征了与肠道微生物变异显著相关的变量，并阐明了中国人群中与地理、食物和年龄相关的肠道微生物群模式。并且评估了饮食、肠道微生物群、血清代谢物和宿主表型之间的相关性。本研究为系统揭示外部因素如何影响肠道微生物群，进而影响人体代谢和临床参数提供了基础。

技术路线图

中国人群肠道微生物组相关变量

本研究采集了来自中国胡焕庸线以东15个省份89个市/县330个社区的3224名健康参与者（年龄 18-80 岁，其中 51% 为女性）的粪便和空腹血液样本，并通过问卷调查或生理检查收集了地理、人口、食物、营养、生理和血液参数相关的109个变量信息。通过粪便16S测序分析发现，地理因素和食物摄入是影响肠道微生物组组成的重要变量，并且地理因素与各种食物密切相关。

图1. 肠道微生物群组成和相关宿主因素概述

地理位置影响肠道微生物群的组成

相关性分析表明，地理距离与肠道微生物组的相似性呈负相关。多样性分析表明，来自中国南方的个体保持着比来自中国北方的个体更高的α多样性，生活在同一地方的个体其肠道微生物群更加相似。多变量分析（MaAsLin）发现，乳球菌属和梭杆菌属、不动杆菌属和Asaccharobacter属、棒状杆菌和鞘氨醇单胞菌属、链球菌属和布劳特氏菌属分别在华南、华北、西南和华东地区富集。

图2. 地理特异性肠道微生物群特征的表征

饮食是影响地理位置和肠道菌群的主要因素

相关性分析表明，食物摄入与地理位置密切相关。例如，随着纬度的增加，小麦摄入量增加，而大米、猪肉和蔬菜的摄量量减少。同时，食物摄入与肠道菌群显著相关。例如，小麦摄入量与双歧杆菌属、Blautia属和Eggerthella属呈显著相关性。由于食物的地理偏好，这些与食物相关的菌属也表现出明显的地理差异。

图3. 地理位置、饮食和肠道微生物群之间的中介联系

肠道菌群介导食物摄入对血清代谢物的影响

通过对河南（HN）和贵州（GZ）省 496 名居民的血清样本进行非靶向代谢组检测，共获得了 824 种血清代谢物的丰度信息。相关性分析表明，代谢物与特定食物以及肠道细菌有显着关联。对纬度、食物摄入和肠道微生物进行中介分析，揭示了76个显着的中介联系。例如，来自高纬度地区（中国北方）的个体食用更多的小麦，而较少食用米和鱼，这可能是保持更多双歧杆菌和较少的Blautia属和Lachnospiracea incertae sedis属的原因。

图4. 微生物组和饮食对血清代谢组个体间差异的影响

血清代谢物将肠道微生物与临床指标联系起来

相关性分析表明，26 种食物、79 种肠道细菌、20 种血清代谢物和 38 个临床指标彼此显著相关。例如，水果摄入量与Blautia的丰度呈正相关，而Blautia的丰度与血清苏糖酸盐threonate呈正相关，血清苏糖酸盐是一种与舒张压呈负相关的代谢物。血清代谢物在肠道菌群和临床指标之间存在中介作用。例如，Blautia可能通过降低血清1-palmitoyl-2-palmitoleoyl-GPC(16:0/16:1)的水平来降低收缩压。

图5. 食物、微生物组、代谢物和宿主生理参数之间的关联

衰老与肠道微生物和血清代谢物有关

比较了青年（18-44岁）、中年（45-59岁）和老年人（60-80岁）的肠道菌群组成，发现三组间肠道菌群分布存在显著差异。线性回归分析表明，Bifidobacterium、Blautia和Lachnospiracea与年龄增加呈负相关，而Escherichia/Shigella和Clostridium sensu stricto与年龄呈正相关。在人类衰老过程中，与年龄相关的高血压可能是由人体衰老过程中肠道Blautia减少和这些血清代谢物增加引起的。双歧杆菌也随着年龄的增长而减少，并与多个与年龄相关的临床指标呈负相关。在与年龄相关的代谢产物中，发现磷脂酰甘油(16:0)和甘油磷酸胆碱(18:0/20:4)与年龄呈正相关。

图6. 衰老相关临床指标与年龄相关肠道微生物群、血清代谢物之间的关联

小结

本研究在中国广泛的地理范围内确定了一组与地理、食物和年龄相关的肠道微生物群。结果表明食物是地理位置对肠道菌群的主要中介因素，并调节人类血清代谢物。本研究验证了地理、饮食和肠道菌群对中国人群血清代谢物和宿主健康的影响，并为指导旨在设计人类健康预防和治疗策略的后续研究提供了综合资源。

参考文献

Zhang J, et al. Diet Mediate the Impact of Host Habitat on Gut Microbiome and Influence Clinical Indexes by Modulating Gut Microbes and Serum Metabolites. Adv Sci. 2024.

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