浙江大学Nature子刊：H7N9病毒感染与肠道菌群的关系

　　 2013年春，一种新的病毒H7N9在中国拉响了警钟。H7N9亚型禽流感病毒是甲型流感中的一种，以前仅在禽间发现，在荷兰、日本及美国等地曾发生过禽间暴发疫情，但未发现过感染人的情况，可能起源于H9N2，早期研究发现H7N9病人有高热和肺部感染症状，且抗生素不起作用，一些危急病人伴随着急性呼吸窘迫综合征(ARDS)，感染性休克和多器官衰竭等症状。目前H7N9病毒感染和抗生素、益生菌治疗对病人肠道菌群的影响未知。

　　来自浙江大学传染病国家重点实验室及感染性疾病协同创新中心的李兰娟院士、秦楠研究员及郑焙文、姚坚博士等团队人员采用宏基因组技术对H7N9患者肠道菌群进行了研究，并分析了抗生素治疗对肠道菌群产生的影响。

　　材料与方法：

　　1. 材料：一共有40人入院治疗，因为病人条件差异，一共选取了26人作为研究对象，共取了93个样品，第一次取样时间为入院当天，其中26个病人中，24人出院，2人死亡，平均年龄57岁。26个患者中，17个接受了抗生素治疗（AB），9个受非抗生素治疗（NAB）。

　　2．测序平台：Illumina Hiseq2500, PE100bp,平均每个样品产生2.9Gb数据。

　　3．分析：选取了31个健康人肠道样品和26个病人肠道样品（第一次样品）进行了比较分析。

　　研究结果：

　　• 通过与MetaHit计划的欧洲人、HMP计划的美国人及T2D的中国人三个基因集的比较，发现H7N9基因集中有528, 592个独特基因。

图1 韦恩图显示当前主要人类肠道微生物基因集的关系

　　• 将健康人和患者肠道微生物前20物种比较，大肠杆菌（Escherichia coli）在AB和NAB患者中丰度分别为第一和第三，说明Escherichia coli作为一种潜在的致病菌，其丰度与H7N9的感染和治疗过程有关。粪肠球菌Enterococcus faecium和肺炎克雷伯氏菌Klebsiella pneumoniae也在病人中富集。柔嫩梭菌Faecalibacterium prausnitzii在AB中显著降低。

图2 健康人、H7N9患者接受抗生素治疗（AB）和未接受抗生素治疗（NAB）肠道微生物在种水平丰度前20的物种

　　• 通过MGS（宏基因组物种）分析，健康人中富集的是罗氏菌（Roseburia inulinivorans DSM 16841）、产丁酸盐细菌（bacteriumSS3/4）、真杆菌（Eubacterium ventriosum ATCC 27560）、罗氏弧菌（Roseburia intestinalis）和瘤胃球菌（Ruminococcus）；H7N9患者中富集的是梭菌（Clostridium sp. 7 2 43FAA）、场球菌（Enterococcus）、肠杆菌（Enterobacter）和丁酸梭菌（Clostridium butyricum）。

图3 健康人和患者MGS差异比较

　　• 由多样性指数（图4a）看出，患者和健康人相比，肠道微生物物种多样性下降，受抗生素的治疗的患者下降的更为严重。肠型分析结果（图4b/c）表明两种肠型主要驱动菌属为拟杆菌（Bacteroides）和普氏菌（Prevotella），第三种肠型的属为克雷伯氏菌（Klebsiella）且只包含H7N9病人，说明H7N9病毒的入侵导致病人肠型的改变，而健康人中肠道菌群结构稳定。

图4 健康人和患者肠道微生物生物多样性比较及肠型分析

　　(a.用香农指数表示样品内多样性；b.属水平三种肠型PCA分析结果；c.对肠型的主要贡献的物种丰度）

　　• KEGG分析结果表明四个基因集共有基因丰度最高的主要是酶家族，其次是膜转运和碳水化合物代谢；eggNOG分析结果表明四个基因集共有基因丰度最高的主要是一些功能未知的基因，其次是氨基酸转运和代谢相关基因。

图5 4个（MetaHIT, T2D, HMP, H7N9）肠道基因集进行KEGG和eggNOG功能分类

　　结论：宏基因组分析结果表明，抗病毒物质，益生菌及抗生素治疗可以提高H7N9患者肠道有益菌的微生物多样性及丰度。