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      趙立平專訪:人類微生物組研究,解密人體第二基因組
         發布時間:2018-04-23    |    瀏覽次數:次 

          2007 年12月美國《科學》雜志預測:人體共生微生物的研究將可能是國際科學研究在2008年取得突破的7個重要領域之一。就如何研究共生微生物與人體健康的關系等問題,4月剛剛出席了巴黎國際人類微生物組研究聯盟籌委會會議的上海交通大學生命科學技術學院教授趙立平接受了《科學時報》的采訪。 

         《科學時報》:為什么要開展人類微生物組研究?

      趙立平:基因與環境相互作用決定人體健康,目前大量的研究都集中在分析人的基因組成與疾病易感性和藥物敏感性的關系上。但是在人體內發揮作用、影響我們生老病死的不僅有人的基因,還有大量的共生微生物的基因。

          人體內有兩個基因組,一個是從父母那里遺傳來的人基因組,編碼大約2.5萬個基因;另一個則是出生以后才進入人體、特別是腸道內的多達1000多種的共生微生物,其遺傳信息的總和叫“微生物組”,也可稱為“元基因組”,它們所編碼的基因有100萬個以上。兩個基因組相互協調、和諧一致,保證了人體的健康。因此,在研究基因與人體健康關系時,一定不能忽略共生微生物基因的研究。

          近年來,人類微生物組研究日益受到重視。今年4月11日,歐盟宣布啟動人類元基因組第七框架項目,深圳華大基因研究院以其規模名列國際前茅的新一代高通量測序技術平臺,作為唯一的非歐盟國家的科研單位,參加到腸道元基因組歐盟第七框架項目中,承擔重要的測序任務。4月14日,中法腸道元基因組雙邊合作計劃法方項目啟動會召開。

          美國國立衛生研究院2007年出資1億多美元啟動了人類微生物組路線圖計劃,日本也啟動了人類元基因組研究計劃。目前,英、美、法、中等國科學家正在醞釀成立國際人類微生物組研究聯盟(IHMC),旨在對國際人類微生物組研究進行全面的協調。人類微生物組研究最終將幫助我們在健康評估與監測、新藥研發和個體化用藥,以及慢性病的早期診斷與治療等方面取得突破性進展。

         
      《科學時報》:人類微生物組是如何影響人體健康的?

          趙立平:通過下面幾個最新科學研究進展的例子,可以來說明腸道微生物組與人體健康的關系。

          英國帝國理工大學教授尼科爾森的研究組2006年在《自然》雜志報道,通過對給藥前大鼠的尿液代謝物進行全譜測定,可以把同一個遺傳品系的大鼠分成兩個類型,在給予高劑量的同一種藥物后,一種類型表現出肝中毒的癥狀,另一種則安然無恙。研究發現,能夠把遺傳特性高度相似的個體區別開的尿液代謝物主要是腸道菌群產生的,未出現肝中毒癥狀的大鼠腸道里存在著可以把藥物解毒的細菌,這些細菌保護了宿主。由此可見,腸道微生物組的基因組成與個體對藥物的敏感性有密切關系。最近,他們又在《自然》雜志報道,通過對中國、美國、日本和英國等4個國家17個不同地區的4630名志愿者尿液代謝組學分析,發現高血壓與腸道菌群的組成具有密切的關系。

      最新的研究進展表明,結構異常的腸道菌群很可能是肥胖、高血壓、糖尿病、冠心病和中風等因飲食結構不當造成的代謝性疾病的直接誘因。

          美國華盛頓大學戈登小組2006年在《自然》雜志報道,肥胖小鼠的腸道菌群可以把人體不能消化的植物纖維,轉變成短鏈脂肪酸供人體吸收利用,增加人體從食物中獲得熱量的能力。細菌還可以直接調節人體脂肪代謝途徑的基因表達活性,減少脂肪酸的氧化,增加甘油三酯從源頭上的合成。研究人員認為,腸道菌群產生的某種因子,很有可能是啟動機體肥胖所必需的。

          英國里丁大學吉布森小組2007年在《糖尿病》雜志報道,高脂食物顯著減少雙歧桿菌等保護腸道屏障的細菌,致使產生內毒素的細菌明顯增加,導致進入血液的內毒素增加,引起低度的慢性炎癥,最后導致胰島素抵抗等一系列代謝紊亂疾病。這一研究是通過動物模型進行的,在人體上是什么情況還需要研究。研究人體共生微生物的基因,為闡明代謝性疾病等多種慢性病的病因提供了一種創新性的思維和方法,并為有效預防和治療這些疾病帶來了新的希望。

          《科學時報》:我國開展人類微生物組研究有哪些基礎和優勢?

          趙立平:在日益激烈的人類微生物組研究領域,我國科學家起步還是比較早的,已經取得一些重要進展。

          例如中英兩國科學家聯合攻關近3年,實現了通過測定宿主代謝組學特征變化來評價和鑒定腸道重要功能菌,這是一種在人體水平定量測定和監控人體健康狀況的新的系統生物學方法,對研究腸道菌群與人體健康的關系具有普遍意義。該研究結果在《美國科學院院刊》發表后,引起國際學術界的關注!蹲匀辉u論—微生物學》在今年4月號中以“研究亮點”的形式,專門評介了該項工作。在不久前結束的國際人類微生物組聯盟籌委會上,很多同行都向我表示希望把這樣的方法用到他們的研究工作中去。

          我國科學家近年來積極參與國際人類微生物組的各種合作計劃。2006年法國前總統希拉克訪華期間,科技部與法國國家研究署簽署了《中法腸道元基因組研究聯合聲明》;之后上海交大系統生物醫學研究院、中國科學院營養所和國家人類基因組南方中心、中國科學院北京基因組所等單位,在科技部、國家自然科學基金委和上海市的支持下,與法國農科院聯合啟動了“中法腸道元基因組合作項目”,現已完成500對肥胖與健康病例對照人群的樣品采集和體檢,正在進行代謝組學和元基因組學分析,這也是目前國際上規模最大的人類微生物組人群試驗。通過這一研究,有望發現一些與中國人代謝綜合征不z同發展階段相關的生物標志物,對于通過早期診斷和積極的營養干預來遏制我國肥胖、糖尿病等代謝性疾病快速上升的勢頭有著重要意義。

          值得一提的是,我國開展人類元基因組研究有一個其他國家所不具備的獨特優勢,那就是有著悠久歷史的中醫中藥。改變一個人的基因是困難的,而改變生活在人體內的微生物組成是相對容易的,腸道菌群因而是理想的藥物靶點。我國的傳統醫學有許多藥物、療法都很可能是通過改變腸道菌群的結構和代謝來發揮作用的,中醫藥在人類微生物組研究中無疑將會扮演重要角色。

          預防為主是解決國民健康問題的基本國策。中醫治未病的核心是通過對人體各種證候的觀測和分析,對人進行體質分型,然后針對不同的體質類型采取各種保健措施來實現對疾病的早期預防。

          中醫認為,體質是由先天遺傳和后天稟賦共同作用形成的,F在看來,先天遺傳的主要是人的基因組,而出生以后進入人體并對人體代謝產生重要影響的微生物組,作為人體的第二基因組,是后天稟賦的重要承載者。對不同體質的人群進行微生物組學和代謝組學測定,有可能對中醫體質分型作出新的闡釋和發展。在早期發病階段,通過發現微生物組的變化來預測和預警疾病,并通過糾正菌群的失衡加以干預,成本低且效果明顯,這是中醫治未病思想的價值所在。我們要積極發揮獨特優勢,在人類微生物組研究的國際競爭中占據制高點,為促進人類健康作出重要貢獻。

       來源:科學時報

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