《Gut Microbes》：Distinct trajectories of urbanization shape the human gut microbiome across South Asia
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人类肠道微生物组对生活方式转型产生响应，然而这些响应在时空文化背景下的保守程度仍未充分表征。研究人员提出了南亚微生物组阵列（SAMBAR），这是一项针对来自十个地理和社会文化多样化的南亚社区的575名成年人的群体规模16S肠道微生物组研究。每个社区在其祖传村庄
人类肠道微生物组对生活方式转型产生响应，然而这些响应在时空文化背景下的保守程度仍未充分表征。研究人员提出了南亚微生物组阵列（SAMBAR），这是一项针对来自十个地理和社会文化多样化的南亚社区的575名成年人的群体规模16S肠道微生物组研究。每个社区在其祖传村庄和城市中心进行采样，使得地理和生活方式的可控比较得以实现。相对于全球队列，SAMBAR微生物组占据了一个独特的组成空间，与地理和社区归属的相关性比与生活方式的相关性更强。微生物组对生活方式转型的响应在很大程度上由社区驱动，包括在某些社区中获取与小麦和乳制品相关的微生物模块，这可能促进对乳糖酶持续缺乏的非遗传适应。同时，研究人员识别出城市化标志物与疾病相关分类群丰度增加之间存在显著关联，尤其是巨单胞菌属（Megamonas）——与血糖升高和肠道微生物组多样性降低相关——该菌属在SAMBAR中相对于比较的全球区域富集。总体而言，微生物组对城市化的响应即使在区域尺度上也是异质性的，反映了当地文化和地理，并强调了对健康影响进行社区特异性研究的必要性。
论文解读
**研究背景、问题与研究意义**
大约1万至1.2万年前，人类群体开始从狩猎采集转向农业生活方式，随后城市化生活方式席卷全球，但至今仍有一些群体维持传统生计。快速全球化和移民导致西化或城市化饮食的传播，其特点是高脂肪、高简单糖和加工食品，并与微生物组成变化、多样性降低及健康结局相关。既往研究发现了狩猎采集者与城市化人群微生物组的差异，但精确机制可能是群体特异性的，需要在区域尺度进行更广泛多样的微生物组调查。此外，“城市”与“农村”的二分法过于粗放，难以描述具有不同程度工业化接触的人群。南亚拥有巨大的人口和文化多样性，但在全球微生物组研究中代表性严重不足：尽管南亚人口约占全球25%，但在人类微生物组纲要（v.1.1.1）中仅占3.3%，且几乎全部来自婴儿和儿童研究。同时，南亚城市人群代谢疾病患病率上升，而微生物组在生活方式转型中的作用亟待探究。为此，研究人员设计了一项基于人类遗传学匹配的社区配对采样（农村与城市），以控制宿主文化和地理背景，开展了一项群体规模16S肠道微生物组研究，称为南亚微生物组阵列（SAMBAR），旨在阐明生活方式转型对脆弱人群微生物组及健康的影响。该论文发表在《Gut Microbes》。
**主要关键技术方法**
研究从印度和斯里兰卡的10个社区（包括斯皮提安、贡德、科拉姆、科亚、卡尼、米佐、波楚里纳加、斯里兰卡阿迪瓦西、僧伽罗人和斯里兰卡泰米尔人）招募575名成年人，采用配对采样设计（农村和城市群体，确保遗传背景匹配）。使用OMNIgene•GUT试剂盒收集粪便样本，通过DNEasy PowerSoil Pro试剂盒提取DNA，对16S rRNA基因V4-V5区域进行扩增，并在Illumina MiSeq平台上进行2×250 bp双端测序。利用dada2进行生物信息学处理，使用SILVA v138.2分类器进行分类学分配。与人类微生物组纲要（v1.1.1）整合，构建四个大小匹配的国际队列（东亚和东南亚、欧洲和北美、北非和西亚、撒哈拉以南非洲）。主要分析包括：Aitchison主成分分析（PCA）、MaAsLin2差异丰度分析、SparCC微生物共丰度网络分析、偏Mantel检验、SCALES分层聚类方法以及线性混合模型等。
**研究结果**
**Indian and Sri Lankan 16S gut microbiome data expands the number of currently available South Asian microbiomes.** 通过招募印度和斯里兰卡10个社区的261名农村和314名城市成年人（共575人），构建了SAMBAR数据集，将人类微生物组纲要中南亚成人数增加了近20倍，并首次纳入斯里兰卡传统阿迪瓦西社区的数据。
**Differentially abundant taxa in SAMBAR compared to global diversity.** 通过Aitchison PCA和MaAsLin2差异丰度分析，发现SAMBAR微生物组在组成空间上与全球队列分离，第二和第三主成分显示地理分离。相对于所有四个全球区域，SAMBAR中显著富集的分类群包括厚壁菌门（Holdemanella）、链球菌科（Catenibacterium）、乳酸杆菌属（Ligilactobacillus）等，而柯林斯菌属（Collinsella）几乎缺失。
**Microbial co-abundance relationships unique to SAMBAR.** 使用SparCC构建微生物相关网络，发现SAMBAR独有的两个相关模块：双歧杆菌（Bifidobacterium）、乳酸杆菌（Ligilactobacillus）和巨球形菌（Megasphaera）的共丰度模块，以及巨单胞菌（Megamonas）与拟杆菌（Bacteroides）和瘤胃球菌gnavus群（Ruminococcus gnavus group）的网络。
**SAMBAR microbiomes reflect diet and lifestyle associations and heterogeneity across communities.** 通过MaAsLin2分析每个社区相对于其余SAMBAR队列的差异丰度，发现芽孢杆菌（Bacillus）在波楚里社区显著富集，与其发酵豆制品axone消费一致；而在斯皮提安社区，乳酸杆菌（Ligilactobacillus）、双歧杆菌和巨球形菌富集，可能反映乳制品和小麦消费。
**Integrating microbiome and metadata shows strong effect of geography.** 通过偏Mantel检验和SCALES分析，发现微生物组组成与地理显著相关（p=0.0087），而与生活方式（在控制地理后）无显著相关（p=0.67），表明地理和社区归属对微生物组的影响强于饮食生活方式变量。
**Differential taxa abundance between urban and rural communities identify lifestyle and health associations.** 以社区为随机效应，MaAsLin2分析发现农村生活方式富集的分类群更多，包括普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）、琥珀酸弧菌（Succinivibrio）和厚壁菌门（Holdemanella）；城市生活方式富集的分类群包括双歧杆菌、巨单胞菌等。巨单胞菌与血糖升高显著相关（adjusted p=0.0027），且与BMI呈趋势正相关。此外，城市生活方式与血压升高（p=0.003）和BMI升高（p=3.54e-05）显著相关。
**SAMBAR bacterial networks reflect microbiome diversity and lifestyle factors.** 构建共丰度组（CAG）网络，识别出六个主要CAG。CAG 5（含拟杆菌、副拟杆菌等）与工业化饮食相关，在城市群体中丰度更高；CAG 6（含颤螺菌科、克里斯滕森菌科等）与微生物多样性正相关，且与CAG 5呈强负相关。CAG 4（双歧杆菌、乳酸杆菌、巨球形菌）在米佐、僧伽罗人等社区中与城市化相关，且与小麦和酸奶消费显著相关。
**讨论与结论总结**
SAMBAR项目的主要目标是构建能够阐明持续生活方式转型对传统社区健康影响的微生物组队列，同时利用人类遗传学最小化遗传混杂。研究纠正了南亚人群在全球微生物组文献中的代表性不足，增加了人类微生物组纲要中约10%的南亚个体及1500%的南亚成人。关键发现包括：鉴定出南亚富集的可能具有健康意义的分类群（如厚壁菌门、罗姆布茨菌等）；双歧杆菌、乳酸杆菌和巨球形菌的共现可能与乳制品和小麦消费相关，且在乳糖酶不持久个体中可能作为非遗传适应策略；巨单胞菌在城市群体中富集，并与代谢疾病标志物相关，可能贡献于南亚代谢疾病和肥胖的上升。研究强调了微生物组对城市化的响应的异质性，需要社区特异性的健康影响调查。结论部分指出：SAMBAR数据集揭示了区域特异性微生物组特征，强调了未来在该地区进行广泛研究的必要性，特别是与当地领导人和社区成员密切合作，以合乎伦理和人类学的方式继续构建数据集。
