金丝猴（*Rhinopithecus roxellana*）鼻咽-直肠微生物群的空间特化

《Biology》：Spatially Specialized Nasopharynx–Rectal Microbiomes in Golden Snub-Nosed Monkeys (Rhinopithecus roxellana)

　　

摘要

背景：了解鼻咽（NAS）和直肠（INT）微生物群对于维持宿主健康至关重要。然而，在大多数动物物种，尤其是濒危灵长类动物中，它们在塑造微生物网络结构和生态位分化方面的功能作用仍未得到充分探索。在此，研究人员利用全长16S rRNA扩增子测序和宏基因组学方法，比较了金丝猴（*Rhinopithecus roxellana*）的鼻咽和肠道微生物群，重点关注分类组成、功能特征（KEGG、CAZy、PHI）以及微生物共现网络。结果：结果表明，两个生态位的微生物群落结构和多样性（Shannon均匀度）存在显著差异。在分类学上，两种测序方法均一致显示，在相对丰度水平上，鼻咽以 *Dolosigranulum* 和 *Vibrio* 等属为主，而肠道则以 *Campylobacter*、*Helicobacter* 和 *Aerococcus* 为特征。值得注意的是，宏基因组分析表明潜在病原体（包括 *Helicobacter pylori* 和 *Chlamydia psittaci*）的丰度相对较高。LEfSe分析显示，*Dolosigranulum* 和 *Campylobacter* 分别是鼻咽和肠道生态位的关键微生物标志物。KEGG通路分析显示，鼻咽微生物群富集于缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸降解和谷胱甘肽代谢通路，而肠道微生物群则富集于氨基糖和核苷酸糖代谢以及核糖体通路。在CAZy水平上，所有29个差异丰富的家族（如GH13_29、GH103、AA3_2）均在鼻咽中富集。不同的病原体-宿主互作特征进一步反映了生态位特异性适应。探索性的基于Spearman的共现网络（其中没有属-CAZy边通过Benjamini-Hochberg（FDR）校正）将核心共生菌与KEGG通路和CAZy家族（如GT35、GH0）联系起来。在肠道中，*Campylobacter* 和 *Helicobacter* 形成与双组分系统和ABC转运蛋白等通路相关的高连接模块。结论：金丝猴的鼻咽和直肠微生物群不仅在分类学上存在差异，在功能上也存在差异，表现出明显的空间特化功能分化。鉴于样本量较小（n=8），这些发现为生态位特异性的微生物和功能分配提供了初步证据，并表明鼻咽可能 harbors 相对较高丰度的潜在人畜共患病原体。这项研究为更大样本量的进一步探索提供了基础。

论文解读：金丝猴鼻咽与肠道微生物群的空间特化研究

**研究背景与科学问题**

动物微生物组作为宿主的“第二基因组”，对宿主的营养代谢、免疫防御和生态适应策略具有深远影响。然而，现有关于金丝猴（*Rhinopithecus roxellana*）微生物组的研究多集中于单一肠道生态位，对其他体位的微生物群落组成及生态位间的功能互补性关注不足。鼻咽作为呼吸道与外界环境的交界，是抵御病原体的第一道防线；肠道则是营养吸收和微生物发酵的核心场所。两者共享黏膜免疫系统的结构和功能特征，可能存在通过代谢产物循环和免疫介导的交叉对话。基于此，研究人员提出三个核心科学问题：（i）金丝猴鼻咽和直肠微生物群落的组成特征及差异；（ii）两个生态位是否形成特化的互作网络，关键类群如何介导跨生态位关联；（iii）空间特化的微生物组构型与宿主适应策略的功能关联。

**研究设计与核心发现**

该研究以秦岭观音山国家级自然保护区内8只自由放养的金丝猴为对象，采集其鼻咽拭子和直肠拭子样本，整合全长16S rRNA基因扩增子测序和宏基因组测序技术，系统比较了两个生态位在分类组成、功能特征及微生物共现网络上的差异。研究结果显示，鼻咽和肠道微生物群落在结构和多样性上存在显著差异：鼻咽以变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）为主，特征属包括 *Dolosigranulum* 和 *Vibrio*；肠道则以弯曲菌门（Campylobacterota）和厚壁菌门为主，*Campylobacter*、*Helicobacter* 和 *Aerococcus* 为优势属。宏基因组分析进一步在鼻咽中检测到相对丰度较高的潜在病原体，包括 *Helicobacter pylori*（19.26%）和 *Chlamydia psittaci*（7.88%）。功能分析显示，鼻咽微生物群富集于缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸降解、谷胱甘肽代谢及脂肪酸降解等分解代谢和解毒通路；肠道微生物群则富集于核糖体、氨基糖和核苷酸糖代谢、甲烷代谢等合成与能量代谢通路。CAZy分析中，29个差异丰富的碳水化合物活性酶家族全部在鼻咽中富集，暗示其对宿主聚糖的利用偏好。病原-宿主互作（PHI）功能谱进一步呈现生态位特异性，鼻咽中126/134个PHI类别富集，显示其作为环境暴露黏膜界面特征。探索性共现网络分析揭示了潜在的微生物关联模块，如肠道中 *Treponema* 与 *Ruminococcus* 的正相关模块，以及鼻咽中 *Dolosigranulum* 与 *Corynebacterium* 的高连接枢纽地位，但这些关联因样本量有限均为探索性结果。

**研究意义与结论**

这项研究首次系统描绘了金丝猴鼻咽与肠道微生物组的空间特化图谱，证实了两个生态位在分类和功能层面的显著分化，揭示了鼻咽可能作为潜在人畜共患病原体储库的重要生态学意义。该研究为濒危灵长类的保护健康监测提供了多生态位视角的基础数据，并强调在“One Health”框架下开展野生动物病原体监测的预警价值。研究局限性包括样本量较小（n=8）、缺乏时间动态数据、功能预测不能完全反映基因实际表达状态，以及宏基因组分析中允许性阈值可能引入的偏差，因此相关结论需在更大规模、纵向和含技术重复的队列中进一步验证。