浙江大学Nature子刊：H7N9病毒感染与肠道菌群的关系

2013年春，一种新的病毒H7N9在中国拉响了警钟。H7N9亚型禽流感病毒是甲型流感中的一种，以前仅在禽间发现，在荷兰、日本及美国等地曾发生过禽间暴发疫情，但未发现过感染人的情况，可能起源于H9N2，早期研究发现H7N9病人有高热和肺部感染症状，且抗生素不起作用，一些危急病人伴随着急性呼吸窘迫综合征(ARDS)，感染性休克和多器官衰竭等症状。目前H7N9病毒感染和抗生素、益生菌治疗对病人肠道菌群的影响未知。

来自浙江大学传染病国家重点实验室及感染性疾病协同创新中心的李兰娟院士、秦楠研究员及郑焙文、姚坚博士等团队人员采用宏基因组技术对H7N9患者肠道菌群进行了研究，并分析了抗生素治疗对肠道菌群产生的影响。

材料与方法：

1.  材料：一共有40人入院治疗，因为病人条件差异，一共选取了26人作为研究对象，共取了93个样品，第一次取样时间为入院当天，其中26个病人中，24人出院，2人死亡，平均年龄57岁。26个患者中，17个接受了抗生素治疗（AB），9个受非抗生素治疗（NAB）。
2．测序平台：Illumina Hiseq2500, PE100bp,平均每个样品产生2.9Gb数据。

3．分析：选取了31个健康人肠道样品和26个病人肠道样品（第一次样品）进行了比较分析。

研究结果：

• 通过与MetaHit计划的欧洲人、HMP计划的美国人及T2D的中国人三个基因集的比较，发现H7N9基因集中有528, 592个独特基因。

图1 韦恩图显示当前主要人类肠道微生物基因集的关系

• 将健康人和患者肠道微生物前20物种比较，大肠杆菌（Escherichia coli）在AB和NAB患者中丰度分别为第一和第三，说明Escherichia coli作为一种潜在的致病菌，其丰度与H7N9的感染和治疗过程有关。粪肠球菌Enterococcus faecium和肺炎克雷伯氏菌Klebsiella pneumoniae也在病人中富集。柔嫩梭菌Faecalibacterium prausnitzii在AB中显著降低。

图2 健康人、H7N9患者接受抗生素治疗（AB）和未接受抗生素治疗（NAB）肠道微生物在种水平丰度前20的物种

• 通过MGS（宏基因组物种）分析，健康人中富集的是罗氏菌（Roseburia inulinivorans DSM 16841）、产丁酸盐细菌（bacteriumSS3/4）、真杆菌（Eubacterium ventriosum ATCC 27560）、罗氏弧菌（Roseburia intestinalis）和瘤胃球菌（Ruminococcus）；H7N9患者中富集的是梭菌（Clostridium sp. 7 2 43FAA）、场球菌（Enterococcus）、肠杆菌（Enterobacter）和丁酸梭菌（Clostridium butyricum）。

图3 健康人和患者MGS差异比较

• 由多样性指数（图4a）看出，患者和健康人相比，肠道微生物物种多样性下降，受抗生素的治疗的患者下降的更为严重。肠型分析结果（图4b/c）表明两种肠型主要驱动菌属为拟杆菌（Bacteroides）和普氏菌（Prevotella），第三种肠型的属为克雷伯氏菌（Klebsiella）且只包含H7N9病人，说明H7N9病毒的入侵导致病人肠型的改变，而健康人中肠道菌群结构稳定。

图4 健康人和患者肠道微生物生物多样性比较及肠型分析

(a.用香农指数表示样品内多样性；b.属水平三种肠型PCA分析结果；c.对肠型的主要贡献的物种丰度）

• KEGG分析结果表明四个基因集共有基因丰度最高的主要是酶家族，其次是膜转运和碳水化合物代谢；eggNOG分析结果表明四个基因集共有基因丰度最高的主要是一些功能未知的基因，其次是氨基酸转运和代谢相关基因。

图5  4个（MetaHIT, T2D, HMP, H7N9）肠道基因集进行KEGG和eggNOG功能分类

结论：宏基因组分析结果表明，抗病毒物质，益生菌及抗生素治疗可以提高H7N9患者肠道有益菌的微生物多样性及丰度。

推荐原文索引：

Qin N, Zheng B, Yao J, et al. Influence of H7N9 virus infection and associated treatment on human gut microbiota[J]. Scientific reports, 2015

文章通讯作者简介：

李兰娟：女，主任医师，教授，中国工程院院士、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。博士生导师，教育部生物与医学学部主任，中华医学会副会长，中国卫生信息协会副会长，中国生物医学工程学会副理事长,中华医学会感染病学分会主任委员、肝衰竭与人工肝学组组长，全国人工肝培训基地主任，中华预防医学会微生态学分会主任委员，国际血液净化学会理事，浙江省医学会会长。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。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。以第一完成人获得国家科技进步二等奖2项，省科技进步一等奖5项，教育部高校推广应用奖二等奖1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。还担任“艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治”科技重大专项“十二五”计划技术副总师、“综合防治示范区和现场研究”责任专家组组长。2010年荣获 “全国优秀科技工作者”称号。为我国传染病诊治作出了重大贡献。

秦楠：男，浙江大学感染性疾病协同创新中心研究员，博士生导师，国际人体微生物组协会 (International Human Microbiome Consortium) 秘书长，浙江大学传染病诊治国家重点实验室基因组学平台负责人，中国预防医学会微生态分会常务委员，青年委员会副主任委员,消化与营养组副组长。于2002年山东大学生命科学院本科毕业，2008年获得美国弗吉尼亚理工大学生命科学微生物学方向博士学位，同年加入华大基因担任微生物基因组部门负责人。2011年加入浙江大学医学院组建了二代测序及生物信息平台并担任负责人，参与我国微生态领域唯一的973计划《肠道细菌微生态与感染和代谢的研究》，旨在建立肠道菌群的宏基因组、宏转录组和肠道单菌全基因组数据库；阐明肠道微生态失衡与宿主代谢、免疫调控的网络作用关系及其在感染发生发展中的作用机理；探索肠道菌群重建，新型微生态干预防治感染的新策略和新方法。除了感染性疾病研究，秦博士研究领域还包括肿瘤，代谢类疾病，自身性免疫疾病与肠道菌群的关系，这些研究的长期目标是开发人类健康相关的肠道微生态诊断预防及治疗的新技术。多项研究成果发表在Nature、Science、Nature Genetics、PNAS、Plos Biology等国际顶尖学术期刊上。