《Allergy》：Shotgun Metagenomics Reveals Skin Microbiome Composition and Function in Infant Atopic Disease
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背景：特应性皮炎（AD）、食物致敏（FS）和食物过敏（FA）在婴儿期常同时发生，但不同特应性表型背后的因素仍不明确。尽管FLG无义突变是AD的主要遗传风险因素，但它们仅解释了疾病遗传度的一部分，提示皮肤微生物组可能发挥作用。本研究探讨了早期生命皮肤微生物组组成
背景：特应性皮炎（AD）、食物致敏（FS）和食物过敏（FA）在婴儿期常同时发生，但不同特应性表型背后的因素仍不明确。尽管FLG无义突变是AD的主要遗传风险因素，但它们仅解释了疾病遗传度的一部分，提示皮肤微生物组可能发挥作用。本研究探讨了早期生命皮肤微生物组组成及其与宿主遗传学的相互作用如何促进婴儿期不同的特应性表型。
方法：研究人员在VITALITY队列中，对429名婴儿的>1000份皮肤拭子进行了深度鸟枪法宏基因组测序，采样时间点为2–3个月（诊断前）和12个月（诊断后）。进行了差异丰度、菌株水平和微生物全基因组关联分析，以识别与AD、FS、FA、其共现以及FLG突变状态相关的分类和功能特征。
结果：在AD内部，微生物特征因共现的FA或FS而异。在12个月时，表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）在仅患AD的婴儿中富集，而同时患有AD和FA的婴儿表现出人葡萄球菌（Staphylococcus hominis）和乳球菌属（Lactococcus）物种减少，以及西宫氏皮球菌（Dermacoccus nishinomiyaensis）和斯洛菲马拉色菌（Malassezia slooffiae）增加。在2–3个月时，以葡萄球菌属（Staphylococcus）物种富集为特征的早期皮肤微生态失调与后续发展为伴有FS或FA的AD相关，但与仅患AD无关。在AD婴儿中，FLG突变携带者表现出额外的微生物变化，包括链球菌属（Streptococcus）物种减少和M. slooffiae增加。菌株水平分析揭示了AD相关分类群在母婴间的共享，微生物全基因组关联分析鉴定出与AD严重程度相关的物种特异性基因。
结论：婴儿特应性表型与不同的、表型特异性的皮肤微生物组特征相关，这些特征在疾病发作前后出现，强调微生物组作为早期风险分层的潜在靶点。
特应性疾病（atopic diseases）是儿童和成人中最常见的慢性健康问题之一，常始于婴儿期，其中特应性皮炎（AD）、食物致敏（FS）和食物过敏（FA）频繁共现，但不同特应性表型背后的驱动因素仍不明确。FLG基因（编码表皮屏障蛋白filaggrin）的无义突变是AD最强的已知遗传风险因素，但仅能解释约20%的遗传度，提示非遗传因素（如微生物组）至关重要。先前研究虽发现AD患者皮肤微生物组改变，但微生物变化是否先于疾病发生或为炎症后效应尚不清楚，且早期皮肤微生态失调在FS和FA中的作用及其与AD共现的关系缺乏明确证据。为此，研究人员在VITALITY队列中开展了一项巢式、表型富集的微生物组分析，旨在探究早期生活皮肤微生物组组成和功能如何促进AD、FS和FA的发展。该研究发表于《Allergy》。
研究人员利用深度鸟枪法宏基因组测序技术，分析了VITALITY队列中429名婴儿在2–3个月（诊断前）和12个月（诊断后）采集的超过1000份皮肤拭子样本。主要关键技术方法包括：构建整合参考数据库（含RefSeq基因组、已发表皮肤微生物基因组目录及250个新组装的婴儿皮肤宏基因组组装基因组（MAGs）），进行差异丰度分析以识别与AD、FS、FA、其共现及FLG突变状态相关的分类群；采用菌株水平追踪方法（StrainGE）评估母婴间菌株共享；开发微生物全基因组关联研究（GWAS）框架，鉴定与AD严重程度（SCORAD评分）相关的菌株水平遗传变异；同时，直接从宏基因组数据中推断宿主FLG基因型，进行宿主遗传与微生物组的联合分析。样本队列来源于澳大利亚墨尔本大都会地区的健康足月婴儿。
研究结果分为以下七个部分：
3.1 研究人群特征：共纳入429名婴儿，包括95名确诊FA（其中73名伴发AD）、55名FS（31名伴发AD）、171名仅AD和108名健康对照（HC）。皮肤拭子于2–3个月（80名婴儿）和12个月（425名婴儿）采集自面颊和肘前窝。
3.2 皮肤宏基因组概览：年龄和皮肤部位是微生物多样性（Shannon指数和Bray–Curtis相异度）的最强决定因素，而疾病组间α多样性无显著差异。
3.3 与特应性疾病相关的不同皮肤微生物特征：在12个月时，仅AD婴儿的AD受累肘前窝中表皮葡萄球菌（S. epidermidis）富集；AD合并FA婴儿中，人葡萄球菌（S. hominis）和乳球菌属（Lactococcus）物种减少，西宫氏皮球菌（D. nishinomiyaensis）和斯洛菲马拉色菌（M. slooffiae）增加；乳球菌（Lactococcus cremoris）丰度与SCORAD评分呈负相关。AD合并FS婴儿则表现为前驱普雷沃菌（Prevotella melaninogenica）和韦荣球菌属（Veillonella）物种减少。
3.4 2–3个月时疾病发作前的皮肤微生物组改变：在诊断前，仅未来发展为AD合并FA的婴儿皮肤中金黄色葡萄球菌（S. aureus）和Corynebacterium kefirresidentii等5种物种富集；未来发展为AD合并FS的婴儿肘前窝中腐生葡萄球菌（S. saprophyticus）升高；而仅未来发展为AD的婴儿未见显著变化。
3.5 FLG突变对婴儿皮肤微生物组的影响：鉴定出46名AD婴儿和14名非AD婴儿携带至少一个FLG无义突变（最常见为R501X和2282del4）。在AD婴儿中，FLG突变携带者与非携带者相比，AD受累肘前窝中链球菌属（Streptococcus）和颗粒链菌属（Granulicatella）等17种物种减少，而面颊和未受累肘前窝中M. slooffiae增加；这些差异在2–3个月时不明显。
3.6 与特应性疾病相关的微生物功能：微生物GWAS分析聚焦于5种疾病相关物种和4种高丰度物种。在S. aureus中，fusA基因的错义突变与较低SCORAD评分显著相关；在嗜热链球菌（S. thermophilus）中，prs基因的错义突变与较高SCORAD评分相关；在乳酸乳球菌（L. lactis）中，ccd和ypiA等基因变异与AD严重程度相关。
3.7 婴儿与母亲之间疾病相关皮肤微生物组的菌株共享：菌株追踪显示，在检测的6个物种中，所有物种均存在显著的母婴间菌株共享（如S. aureus在9个家庭中检出，其中8对共享同一菌株）。此外，C. acnes和S. aureus在婴儿不同时间点（2–3个月至12个月）表现出菌株持续性。
讨论部分总结：本研究通过大规模皮肤宏基因组学，揭示了与不同AD临床表型（仅AD、AD合并FA、AD合并FS）相关的特异性微生物特征，这些特征在疾病发作前已出现。早期葡萄球菌属富集特异性指向后续AD合并过敏共现，而非仅AD。FLG突变与链球菌减少及马拉色菌增加相关，提示宿主遗传与微生物组的交互作用。菌株水平分析鉴定了与AD严重程度相关的微生物基因变异，并证实母婴间菌株共享。研究结论：婴儿特应性表型与不同的、表型特异性的皮肤微生物组特征相关，这些特征在疾病发作前后出现，强调微生物组作为早期风险分层的潜在靶点，从而为理解特应性疾病异质性和识别过敏共病风险婴儿提供了精细框架。
