Nature发表李兰娟院士团队最新微生态科研成果

黎卫士

Nature发表李兰娟院士团队最新微生态科研成果
                                                       2014-07-25 13:40来源：丁香园
       7月24日，国际顶尖期刊《自然》杂志（Nature）在线发表了浙江大学医学院附属第一医院传染病诊治国家重点实验室、感染性疾病诊治协同创新中心科研人员的论著《肝硬化中肠道菌群的改变》。研究揭示了肠道菌群与肝硬化的秘密，给全球医学科技研究提供新思路。
       该项研究成果收集了181个来自于中国人肠道菌群的样本，用宏基因组学的研究方法，开展了肝硬化肠道菌群的深度测序及关联分析研究，从中获得269万个非冗余的人体肠道微生物菌群的基因集，建立了世界上首个肝病肠道菌群基因集，其中36.1%的基因为首次发现。
      该研究同时阐明了粪便微生物群落及功能成分特征，从肠道菌群发生紊乱的角度揭示肝硬化发生发展的机制。首次发现肝硬化患者口腔菌移位至肠道，这在肝硬化发生发展中或许起了重要作用。
      同时，研究人员发现了15个高特异性和灵敏性的微生物基因，建立了预测疾病的模型，今后不仅有助于肝硬化诊断，还能用于肝硬化疗效的评估，对中国及全球的肝病的卫生工作作出重要贡献。
      论文的通讯作者是传染病诊治国家重点实验室主任及感染性疾病诊治协同创新中心主任李兰娟院士。这是李院士领衔的科研团队20年微生态研究的结晶，是具有重大国际影响力的科研成果。
研究背景
     我国有病毒性肝炎及脂肪性、酒精性、药物性、免疫性肝病等患者逾一亿。部分患者会经历肝炎、肝硬化、肝癌“三部曲”。其中，肝硬化（Liver cirrhosis）是由急慢性肝损伤所致的进行性肝病，包括酗酒、过度肥胖及肝炎病毒感染。
       失代偿期肝硬化预后较差，经常需要进行肝移植。肝脏通过肝门和胆汁分泌系统与肠道联系。肠道微生态失衡尤其是菌群移位及代谢产物通过肠粘膜屏障与肝硬化进展有关联。
     然而，与肝硬化进展相关的肠道微生物的系统发育及功能成分的变化还不清楚。尽管有些研究表明肠道微生物的改变在终末期肝硬化并发症中起重要作用（如自发细菌腹膜炎及肝性脑病），以及诱导早期肝脏疾病及促进肝损伤作用（如酒精性肝病及非酒精性脂肪肝病），肠道菌群与人肝脏病理之间的明确关联仍未知。
研究方法及内容
     该项研究历时3年，收集了181个来自于中国人肠道菌群的样本，其中98个中国肝硬化患者的粪便样本及83个健康中国人志愿者的粪便样本，研究通过采用了新一代高通量的illumina测序技术进行深度测序，产出近860Gb的碱基序列。经过序列组装和基因注释分析，从中获得269万个非冗余的人体肠道微生物菌群的基因集。
     《自然》论著报道科研重大发现 揭示肠道菌与肝硬化的秘密
       1、首次建立了世界上第一个肝硬化肠道菌群基因集，包含269万个基因，其中36.1%即97万为首次发现的基因。通过与欧洲人、美国人及中国糖尿病三个基因集的比较，发现了肝病基因集中有79万个独特基因。
      2、阐明了肝硬化肠道菌群的结构变化。在属的水平上，肝硬化和健康人组中，拟杆菌属均为主导菌属，但是肝硬化组比健康人组含量明显减少。韦荣球菌属、链球菌属、梭状芽孢杆菌属及普氏菌属在肝硬化组中含量增多。在种的水平上，两组中最丰富的细菌均来自于拟杆菌属。肝硬化组含量增加的最多的20种，4个属于链球菌属，6个属于韦荣球菌属。
      3、通过基因标记物的聚类分析，发现了28种细菌与肝硬化密切相关，其中多个细菌是肝硬化患者中首次发现，38种与健康人密切相关。在本研究构建的基因集中，有75245个基因在肝硬化患者和健康人志愿者中呈现显著差异，可以聚类到66个基因簇。
      该基因簇为肝硬化的生物标记物，其中在肝硬化患者中富集的是28个基因簇，健康志愿者中富集的是38个基   因簇。在健康人中富集的一个基因簇是柔嫩梭菌，它具有抗炎性，还有一个基因簇是陪伴粪球菌，它可能通过产生丁酸盐促进肠道健康。
      4、首次发现肝硬化患者口腔菌侵入到肠道，而健康人中没有此现象，可能对肝硬化发生发展产生重要影响。此研究是首次开展肝硬化肠道菌群微生物的关联分析研究，从肠道菌群发生紊乱的角度揭示肝硬化发生发展的机制，确定了中国汉族人健康志愿者和肝硬化患者相关的肠道菌群的群落结构及功能成分特征。
      5、发现了15个高特异性和灵敏性的微生物基因，建立了预测疾病的模型，今后不仅有助于肝硬化诊断，还能用于肝硬化疗效的评估。细菌标志物为治疗肝硬化的微生态制剂研发提供了方向。
本论著的通讯作者为浙大一院传染病诊治国家重点实验室及感染性疾病诊治协同创新中心主任、现国际人体微生物组协会主席李兰娟院士，共同通讯作者有浙大一院院长郑树森院士，前国际人体微生物组协会主席S. Dusko Ehrlich教授。论著的第一作者为浙大一院传染病诊治国家重点实验室及感染性疾病诊治协同创新中心秦楠博士。
      专注感染微生态研究 20年磨一剑
      本次Nature文章的发表，不是一朝一夕而成，而是20年微生态研究积累的结晶。李兰娟院士作为一名临床医生，敏锐的观察到肠道微生态在感染性疾病尤其是肝病的发生发展中具有潜在的重要意义，开启了20年肝病微生态研究的历程。在李兰娟院士带领下，微生态科研团队通过大量艰苦的研究，在感染微生态研究领域取得了一系列原创性成果。
      1994年，李兰娟院士开始感染微生态研究，研究起因于：
     1、肝病患者尤其是肝衰竭病人病情凶险，进展迅速，病死率高70％以上，患者常有纳差、腹胀、腹泻、内毒素血症及自发性腹膜炎等临床表现，重型肝炎是否存在肠道微生态失衡及程度如何，有无肠道定植抗力的改变，肠道微生态变化与内毒素血症之间的关系如何，及其在重型肝炎发病机理中有何作用。
      2、广谱抗生素的应用并不能完全解决血液科、呼吸科及ICU病人的感染问题，而且还因抗生素的广泛使用导致内源性感染和细菌耐药增加。显然，抗生素并不能解决所有感染的问题，需要寻找新的方法来研究。这是2个临床感染科医师经常碰到的问题，但没有答案。为探究这些问题，李院士历时20年，对微生态的临床及基础进行了系列研究。
     第一阶段（创始阶段）：
     1994-2001年，率先对肠道微生态失衡在重型肝炎发生、发展中起重要作用进行了系列研究。
     1、克服了厌氧菌难以培养的技术难点，建立了一套敏感完整的厌氧菌培养方法。
     2、首次发现慢性重型肝炎病人存在肠道微生态显著失衡，肠道双歧杆菌、类杆菌等有益菌显著减少，肠杆菌科细菌、肠球菌、酵母菌等有害菌显著增加
     3、发现双歧杆菌/肠杆菌比值（B/E值）显著下降，首次提出并论证了B/E值作为肠道定植抗力指标的新观点，简便灵敏，正确反映肠道微生态变化，对判断微生态失衡及指导治疗具有重要意义。
     4、首次证实双歧杆菌等微生态制剂治疗肝病能有效降低病人血内毒素含量，改善肝功能，开辟了应用微生态学原理治疗肝病的新途径。
1996年筹建并成立浙江省预防医学会微生态分会，李兰娟任学会主任委员。2001年1月《重型肝炎肠道微生态研究》获得了浙江省科技进步一等奖。
第二阶段（发展阶段）：
2001-2007年，在上述研究的基础上，创立感染微生态学新理论，建立感染微生态学研究技术新平台，应对21世纪抗感染新问题，探索肝病微生态变化规律。建立肝病重型化防治新方法。揭示微生态失衡细菌耐药机制，指导抗生素合理应用以提高疗效。承担了国家973、863、国家自然科学基金重点项目等多项科研项目。
      1、建立感染微生态学研究技术新平台。从分子水平，应用PCR-DGGE、Real time PCR技术研究肠道微生态个体及群体的变化。从代谢组学技术水平，研究肠道菌群多样性与人体代谢的相关性。
      2、首次创立感染微生态学新理论，提出了感染微生态防治新策略。采用微生态学原理，重新审视感染的发生发展及转归过程，提出了抗感染的同时要注意微生态平衡，即“杀菌”的同时需要“促菌”，以保护人体微生态，减少耐药及二重感染的发生，这一观点得到了国内外学者的广泛认同，并获得了英国帝国理工学院的Jeremy K. Nicholson教授给予高度赞誉。出版了国内外第一部《感染微生态学》专著。感染微生态理论入编高等教育规划教材。感染微生态理论是感染病学在理论和实践上的一大创新，达到国际领先水平。
     3、揭示了微生态失衡在肝衰竭发生发展中的作用机制；发现重肝、肝硬化、肝移植患者存在严重的肠道微生态失衡，与血内毒素、细胞因子、肝细胞损害密切相关。内毒素与双歧杆菌数量呈负相关，与肠杆菌科细菌呈正相关。
     4、发现微生态干预对肝病防治有重要作用，能调整菌群结构，改善肠粘膜屏障，减少细菌移位，改善肝功能，减轻肝脏病理损伤。
     5、揭示了抗生素应用是细菌产ESBLs 的危险因素，建立了检测细菌AmpC酶的方法，阐明了我国不同地区细菌ESBLs流行状况与分子型别，发现了场球菌对氨基糖苷类高水平耐药的机制，在国内首先报道对碳青霉烯类耐药的产KPC酶细菌等，为合理应用抗菌药物提供感染微生态学依据。
     6、成功培育当时国内唯一的无菌大鼠并通过国家鉴定，填补了我国的空白，为肠道微生态-代谢-免疫-感染的互动关系研究提供高等级动物平台。
     7、2005年7月，通过对李院士的一家四代七位家庭成员的肠道微生物及其代谢进行了深入研究，鉴定出肠道内参与了人体代谢过程的一些重要的细菌，首次报道肠道微生物对人体代谢的调节作用，“将微生态与人体代谢进行了精确关联”，揭示细菌在参与宿主多种代谢过程中有着很重要的作用。其研究成果于2008年2月发表在国际权威学术杂志《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，并入选2008中国百篇最具影响国际论文。
     8、2007年，李兰娟院士领衔的”肠道微生态与感染”项目首次获得了中国科技部重大基础研究项目973项目资助，作为973首席科学家单位，引领全国11家单位共同研究，美国Science杂志对中国微生态973项目专门给予了报道。微生态研究成果推广20余省市的医院。
2007年，研究成果《感染微生态学理论的建立及应用研究》获国家科技进步二等奖。
      第三阶段（引领阶段）：
     2007-2014年，在国家973项目资助下，采用代谢组学、高通量测序等系统生物学方法技术，从宏基因组水平揭示了肝病肠道微生态变化规律，丰富了肠道微生态失衡在肝病重症化中作用的理论。
      1、率先全面揭示肝病肠道微生态宏基因组变化规律，首次发现毛螺菌科等细菌变化与重症肝病密切相关，对肝病重症化防治具有突破性价值。首次发现肝硬化患者粪便菌群结构与健康对照组存在明显差异，其中链球菌科细菌比例与Child-Pugh评分呈正相关，随病情加重而显著增加，毛螺菌科细菌明显下降，与Child评分呈负相关；首次发现发酵乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和链状双歧杆菌减少，齿双歧杆菌增加；率先揭示肠源性微生物毒力基因的多样性随肝病严重程度增加。
      首次用分子生物学方法确立了肠道微生态失衡的判断标准，具有极大的临床应用前景。上述突破性发现，丰富了肠道微生态失衡在肝病重症化发生发展中作用机制的理论，对微生态干预防治肝病重症化和研发新型微生态制剂具有重大意义。成果发表在《Hepatology》等期刊，被《Nature Reviews Genetics》、《Gut》等论文引用，称该研究对肝硬化患者肠道微生态失衡状态进行了系统分析，对肠道菌群在不同物种分类水平变化进行了精确阐述。
     2、发现一批肠道微生物代谢标志物，对肝硬化和肝癌鉴别诊断有重要价值。创建代谢谱肝癌、肝硬化诊断模型，对肝癌、肝硬化的鉴别准确率达 96.4%，优于AFP 74%的准确率，可以作为一种高效、便捷的肝硬化、肝癌早期诊断的方法；发现了鹅脱氧胆酸、尿胆素、尿胆素原、溶血卵磷脂等6个有差异的粪便代谢标志物；鉴定出13种潜在血清标志物，首次发现刀豆氨酸琥珀酸在肝硬化患者中显著降低，在肝癌患者中升高，对肝癌鉴别诊断具有突破性价值。受国际著名微生物学家Nelson KE邀请，首次在《Metagenomics of the Human Body》专著中阐述共生肠道菌群调节人体代谢的创新理论。
      3、创建了微生态干预防治重症肝病和纳米抗菌肽治疗内源性感染的新策略。发现益生菌干预能明显纠正急性肝损伤大鼠肠道菌群紊乱，提高肠道黏膜屏障功能，改善肝功能，为肝病重症化防治创建了新的理论和策略。
     对纳米抗菌肽进行研究，发现对革兰阳性菌、真菌以及耐药菌均有效，且肝毒性低、生物安全性高，对控制因微生态失衡细菌易位导致的肝病真菌和耐药菌内源性感染有很好应用前景。论文发表在《Nature      Nanotechnology》，入选“2009年度中国百篇最具影响国际学术论文”。受《Nano Today》邀请，撰写了综述“纳米技术在肝病中应用”，彰显了在肝病微生态领域的国际领先学术地位。
     4、构建覆盖全国30个省市1300家医院的全国细菌耐药监测网，是全球最大监测系统。
     5、感染微生态理论在新发传染病（H7N9）救治中的应用。2013年春，新发突发传染病H7N9对中国人的健康产生了重大威胁。李兰娟院士团队创新性的将感染微生态学理论应用于H7N9危重患者救治，独创了由抗病毒、抗休克、抗低氧血症和多脏器功能衰竭、抗继发感染、维持水电解质平衡和维持微生态平衡六大技术组成的“四抗二平衡” 的综合性救治策略，显著降低了H7N9危重患者病死率，降低了人群对该疾病的恐惧感。
该治疗方案得到了美国NIH及美国国家疾控中心的高度赞誉，并获得了国家副总理**的高度评价。该研究成果发表在the Journal of New England Medicine，the Lancet，Nature Communication等国际顶级期刊。
      6、2010年10月，中华预防医学会微生态分会全体委员推选李兰娟院士为中华预防医学会微生态分第四届微生态分会主任委员。
       7、2013年9月，李兰娟院士作为大会主席承办第四届国际人体微生组大会(中国杭州)，超过20多个国家1000多名微生态专家学者参与。在会后的委员会会议上，李兰娟院士当选为第五届国际人体微生组协会（IHMC）主席，成为首个在该组织担任主席职务的中国人。将举办2015年卢森堡国际人类微生态大会，引领国际微生态的学科发展方向。
     李兰娟院士

      中国工程院院士、教授、主任医师、博士生导师，从事传染病临床、科研和教学工作40年，是我国著名的传染病学家，现任传染病诊治国家重点实验室主任、国家传染病学重点学科、211建设学科学术带头人、浙江省传染病重点实验室主任。
作为我国人工肝的开拓者，她创建独特有效的人工肝支持系统治疗重型肝炎获重大突破。首次提出感染微生态学理论，从微生态角度来审视感染的发生、发展和结局，为感染防治提供了崭新的思路。
       承担了国家“863”、“973”、“十五”攻关、国家科学基金重点项目等课题10余项。发表论文400余篇，其中在Lancet、NEJM、hepatology和PNAS等SCI收录杂志发表150余篇，授权发明专利22项。主编出版了我国首部《人工肝脏》、《感染微生态学》和教育部规划教材《传染病学》等专著28部。为我国传染病诊治作出了重大贡献。
论著第一作者秦楠博士

     Principal Investigator，浙江大学传染病诊治国家重点实验室、感染性疾病协同创新中心研究员、基因组   学平台负责人，中国预防医学会微生态分会消化与营养组副组长、浙江省预防医学会微生态分会委员。
研究领域为微生物基因组学及宏基因组学，现在负责浙江大学传染病重点实验室宏基因组项目，研究各种感染性疾病不同时期肠道微生态菌群动力学变化及于宿主的相互关系。负责科技部973《细菌微生态与感染与代谢的关系》子课题。
编辑： 又又
信源地址；http://infect.dxy.cn/article/81584

尘埃69

微生态干预对肝病防治有重要作用，能调整菌群结构，改善肠粘膜屏障，减少细菌移位，改善肝功能，减轻肝脏病理损伤。
是很有道理，推荐给临床医生，减少肝病并发感染

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祝贺李兰娟院士团队最新微生态科研成果发表，为我国传染病诊治作出了重大贡献。