维生素D和其它宿主因子对微生物影响的GWAS研究

  摘要

  人类肠道微生物是决定健康和疾病的重要因素，当前的研究主要强调微生物数量塑造的其物种多样性。本文对来自德国北部的2个人群共计1812个人的肠道微生物进行全基因组关联分析。包括对饮食和其它非遗传因素进行控制，发现了全基因组范围内和全部微生物变异及个体分类显著关联的多遗传位点，其中包括VDR基因（编码维生素D受体）。文章发现了在缺失VDR基因的小鼠与正常的对照组之间微生物群落有明显的变化，以及微生物群落和挑选的人的胆汁酸与脂肪酸之间的关系，包括VDR的配体及下游的代谢物。全基因组范围内检测到多个宿主与微生物关联的重要位点，尤其是一些疾病敏感基因和甾醇代谢通路元件相关位点。非遗传和遗传因素分别在肠道微生物中具有大约10%的变异，而对个体的影响相对是比较小的。

  材料方法

  两个人群（914+1115）排泄物用于DNA提取。细菌DNA提取：QIAamp DNA Stool Mini kit；测序策略：Illumina MiSeq（16S RNA v1-v2）；嵌合体去除：UCHIME (v6.0)；reads分类：RDP classifier，参考数据库为（RDP14）；血清样品脂肪酸的胆汁酸测量：HPLC-MS/MS；对其中197个进行16S RNA测序的样品进行宏基因组测序：Illumina MiSeq（PE125bp）。

  研究结果

  1、两人群微生物多样性注释

  两个人群微生物门水平的组分几乎表现出一致的分类结果。

  两个人群微生物属水平的分类结果，拟杆菌属丰度最高。

  2、影响微生物多样性的协变量确立

  两个人群及整体分别对不同协变量进行效应大小分析。（年龄、性别、抽烟程度、健康指标、营养素、饮食）

  a，两个人群的微生物PCoA分析，箭头所指代表其中8种主要的微生物属。b，微生物与年龄、健康指标及不同吸烟水平间的相关性分析。每个虚线内包含每组50%样品，箭头表示影响的大小。c，同微生物最相关的营养因子（红色箭头）。

  3、影响微生物种间多样性的宿主位点

  42个显著相关位点，单个位点能够解释的变异（柱状图对应左侧坐标）；虚线对应右侧坐标，位点的加性效应值。

  圈图右侧表示人的染色体上，与微生物β多样性相关的位点（黑色），与个体的微生物生物学分类有关（蓝色）。左侧为老鼠染色体，同源基因用相同颜色线条连接。

  a，VDR位点经过校正后的效应值。b，SNP (rs7974353)和β多样性的相关性。微生物PCoA分析，每个虚线内包含每组50%的样品。c，拟杆菌属是与VDR最显著相关的微生物，一般线性回归模型（GLM）。d，在小鼠中进行VDR的敲除前后对拟杆菌属丰度影响的统计。e，POMC位点上游区间，校正后的效应值。POMC (rs72853661) 和β多样性的相关性。

  A，VDR的三种等位基因和β多样性的相关性。B，胆汁酸明显和β多样性相关，箭头表示效应值大小。

  4、与个体微生物性状相关的遗传变异

  SLC2A9 位点和未分类的紫单孢菌科之间的相关系分析。这个位点包含的基因的富集是相应维生素D的。

  LINC01192 位点和未分类的乳杆菌目之间的相关系分析。这个位点包含的基因的富集是相应维生素A的。

  两个群体中与β多样性显著相关的42个位点，(p<0.05, grey; p<0.01,dark brown; p<1×10-4, black)。纵坐标：42个位点；横坐标：微生物分类水平。

  、

  其他和β多样性显著相关的位点。

  5、基因座位和组织丰度的分析

  结论亮点

  1、  将人类肠道微生物多样性与宿主的基因位点进行GWAS分析，找到一些影响肠道微生物多样性的位点。

  2、  对影响微生物的一些协变量进行关联分析的研究，评估每种因素对微生物丰度的影响。

  3、  文章利用对正常小鼠和敲除了VDR的小鼠研究发现，VDR的小鼠研究发现，VDR能显著影响微生物β多样性。

  参考文献

  Genome-wide association analysisidentifies variation in vitamin D receptor and other host fact[J].Nat Genet. 2016Nov;48(11):1396-1406. IF=31.616