Nature Medicine：粪便微生物群移植后菌种动态的驱动因素和决定因素

导读

粪便微生物群移植（FMT）是一种治疗胃肠道炎症疾病的干预措施，但其临床作用方式和随后的微生物群动态仍然知之甚少。在这里，作者分析了来自316个FMT的元基因组，这些样本在干预前和干预后进行，用于治疗10种不同的疾病适应症。作者对1,089个微生物物种的菌株级动态进行了量化，并辅以47,548个新构建的元基因组组装的基因组。供体菌种定植和受体菌种复原力大多与临床结果无关，但使用考虑了宿主、微生物组和程序变量的LASSO-规则化回归模型可以准确预测。受体因素和供体-受体互补性，包括整个微生物群落和单个菌株，是菌株种群动态的主要决定因素，为塑造FMT后肠道微生物组的基本过程提供了见解。将基于生态学的框架应用到作者的研究结果中，表明了可能为未来开发更有效、更有针对性的微生物组疗法提供信息的参数，并建议在临床实践中如何利用患者分层来加强供体微生物群的定植或受体微生物的替代。

论文ID

题目：Drivers and determinants of strain dynamics following fecal microbiota transplantation

期刊：Nature Medicine

IF：87.241

发表时间：2022年9月15日

通讯作者单位：欧洲分子生物学实验室

DOI：https://doi.org/10.1038/s41591-022-01913-0

主要内容：

在没有充分了解潜在的生态动态的情况下，FMT的临床评估正在取得进展；现在的研究已经开始填补这些空白，但在许多方面还需要达成共识。

某些微生物物种导致了 "不利的 "肠道微生物群，并与疾病有关。粪便微生物群移植（FMT）旨在用来自健康捐赠者的有利微生物群取代不利的常驻肠道微生物群。FMT在治疗复发性艰难梭菌感染（rCDI）方面已显示出明显的疗效，并且专家指南中推荐将其用于这一适应症。FMT还在临床试验中被评估用于炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征、神经系统疾病、代谢综合征和改善对免疫检查点抑制剂的反应--反映了人们对肠道微生物群在健康和疾病中的重要性的日益认识。

尽管取得了这一进展，但由于对什么是 "健康 "的微生物群缺乏共识，以及许多未知的技术、生态和选择标准，在这一迅速崛起的领域产生了巨大的知识差距，在对FMT的生态动态缺乏了解的情况下，对干预的临床评估已经发生。

作者分析了8个适应症的24项研究，包括226个样本 "三人组"（供体、FMT前的受体和FMT后的受体）。他们应用新的方法来描述和跟踪菌种，结果表明，菌种移植的改善与临床结果的改善有关，尽管这只在有结果数据的13项单独研究中的1项有意义，在所有研究的综合分析中也是如此。相比之下， FMT的治疗效果应该与某种从捐赠者到接受者的物质转移有关，或者至少与接受者中的细菌菌株的某些迁移有关，正如在克罗恩病中观察到的那样。需要澄清捐赠者粪便中存在的其他因素（如非细菌性微生物和代谢物）对临床结果的影响，这些应在未来的研究中加以探讨。

作者报告了可能影响移植效率的几个因素。FMT的联合给药途径（如胶囊和结肠镜）提高了移植率，在这两项研究中，感染性疾病如rCDI和抗生素治疗后的定植比例更高。这些结果强调了疾病指征和程序因素的重要性，它们支持这样的观点，即与聚乙二醇机械清洗的情况相比，抗生素治疗后受到干扰和耗尽的微生物群落对移植更 "开放"。然而，这些结果必须谨慎解释，因为抗生素的使用主要是在感染性条件下，导致明显的混杂。此外，该小组报告了系统级的移植效率差异，类杆菌和放线菌门的成员显示出比韧皮部和变形菌门的成员更高的移植效率。

作者使用随机森林模型评估了FMT后微生物组的预测情况。作者预测FMT后的结构，强调FMT前供体和受体中物种丰度的重要性，以及分类群的总体流行情况。使用基于模拟的方法，他们确定了理论上可以最大限度地提高FMT后微生物组的特定特征（如促进健康的微生物的丰富性或丰度）的捐赠者，并证明这是其机器学习框架内的一个可行的策略。

虽然这些研究主要集中在微生物组因素上，但必须注意到其他未测量的宿主因素，如宿主免疫力和饮食，可能会影响定植成功率。此外，在某些情况下，如慢性免疫介导的疾病（如IBD），供体定植的程度可能比其他疾病（如rCDI）的疗效更重要，因为后者的主要缺陷是微生物，大多数供体社区，转移一次，就足以重新启动枯竭的微生物组环境。

总的来说，这些研究指出了FMT后微生物组的有希望的预测因素，如受体因素和捐赠者与受体的互补性，支持开发匹配策略，以达到理想的微生物组终点。更广泛地说，它们在研究FMT后的生态动态的工具和不同的概念方法方面为该领域提供了巨大的进步。然而，作为许多非传染性疾病的研究性疗法，还迫切需要将FMT后的微生物组变化与临床结果联系起来。这将需要在定义和跟踪菌株方面达成一致，以及如何将FMT后的微生物组作为其母体群落的一个功能来建模。在通往目标微生物组终点的道路上，作者将需要就如何测量它们达成共识。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41591-022-01913-0

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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