宿主遗传与肠道菌群在日本人群体中的互作机制：全基因组关联研究与宏基因组学分析揭示的新发现

本综述通过全基因组关联研究（GWAS）和宏基因组测序，深入探讨了日本人群中宿主遗传变异与肠道微生物组组成的复杂互作。研究识别出与特定细菌分类单元（如Lachnospiraceae科、Dorea属）和8条细菌通路显著相关的遗传位点（p≤5×10?8），并首次报道了OR6C1基因frameshift变异（rs5798345-CA）与Bacteroides uniformis丰度的关联。同时，研究强调了方法学差异（如DNA提取流程）对微生物组研究可重复性的重大影响，为跨人群研究提供了标准化的重要参考。

　　

1 引言

肠道微生物组是一个包含细菌、古菌、真菌、原生动物和病毒的复杂生态系统，在人类健康与疾病中扮演关键角色。研究表明，宿主遗传对肠道菌群组成具有显著影响，例如同卵双胞胎显示出相似的微生物群落结构。然而，现有的全基因组关联研究（GWAS）多集中于欧洲人群，其他人群（如日本人群）的遗传-微生物互作机制仍不清楚。日本人群仅有一项研究探讨了宿主遗传与核心菌属相对丰度的关联，凸显了本研究的重要性。

2 材料与方法

2.1 研究参与者与数据收集

研究招募了306名20-75岁的日本个体，包括健康、肥胖（BMI≥25）和糖尿病前期（FBG≥110 mg/dL或HbA1c≥6.0%）人群。排除了糖尿病史、抗生素使用或近期体重异常变化的个体。采集空腹血液和粪便样本，进行全基因组测序（WGS）和宏基因组鸟枪法测序。

2.2 宿主全基因组测序与质量控制

使用Illumina HiSeqX和NovaSeq平台进行测序，平均深度18.4×。通过Plink进行样本和标记质量控制，最终保留296个样本和约1298万个变异位点。

2.3 微生物组数据处理与分析

从宏基因组数据中提取了3个门、6个纲、7个目、10个科、17个属、86个种和98条细菌通路的相对丰度。采用中心对数比变换（CLR）和逆正态变换（INT）进行数据标准化，并通过Shapiro–Wilk检验（W≥0.95为正态分布）区分定量性状（线性回归）和二元性状（逻辑回归）。

2.4 统计分析与验证

GWAS分析中，显著性阈值设为p<5×10^?8，多重检验校正后为p<2.75×10^{?11?7。同时，通过方法学重复实验（如16S rRNA测序）评估不同DNA提取流程对结果的影响。}

3 结果

3.1 宿主遗传与微生物组的关联

GWAS识别出11个显著位点，包括与Lachnospiraceae科（图1A）、Dorea属（图1B）和8条细菌通路相关的变异。但经多重校正后，无一达到p<2.75×10^?11的严格阈值。二元性状分析发现PAX5基因内含子变异rs4880022-C与未知Clostridiales物种（meta_mOTU_v2_5805）存在关联（OR=4.9, p=3.25×10^?8），但校正后未保持显著性。

3.2 方法学对可重复性的影响

与既往日本研究（Ishida et al. 2020）相比，核心菌属相对丰度相关性较低（R=0.38）。通过重复实验发现，DNA提取方法（珠磨法vs酶解法）和保存条件（GuSCN溶液）导致菌群丰度显著差异，如Bacteroides和Bifidobacterium的丰度变化（图4）。

3.3 高影响变异的表型组关联

PheWAS分析发现OR6C1基因的frameshift变异rs5798345-CA（c.24dup, p.Glu9ArgfsTer10）与Bacteroides uniformis丰度正相关（beta=0.394, p=4.78×10^?8），且该变异与其他Bacteroides物种（如B. fragilis、B. dorei）也呈现一致效应（图5）。OR6C1编码嗅觉受体，可能通过免疫或代谢途径影响菌群定植。

3.4 rs671与代谢通路的交互作用

rs671（东亚人群常见，与酒精代谢和2型糖尿病风险相关）与细菌趋化通路（ko02030）和Streptococcus salivarius丰度呈名义关联。中介分析显示，rs671基因型差异影响粪便碳水化合物（如半乳糖）通过细胞因子（如脂联素）介导对胰岛素抵抗（HOMA-IR）的效应，提示该变异在代谢疾病中的潜在作用。

4 讨论

本研究首次在日本人群中系统探索宿主遗传与肠道微生物组的关联，揭示了OR6C1等新候选基因的作用，并强调方法学标准化对跨研究可重复性的重要性。未能复制既往结果的可能原因包括样本处理、DNA提取和生物信息流程的差异。未来需更大样本、多组学整合和纵向设计以验证因果机制。rs671与菌群-代谢互作的发现，为理解2型糖尿病的微生物-宿主互作提供了新视角。

研究的局限性包括样本量较小和横断面设计，但通过高影响变异分析和多方法验证，增强了发现的功能意义。总体而言，本研究为亚洲人群的微生物组遗传学研究提供了重要基础，并呼吁全球合作推动方法学统一和数据共享。