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Nat Commun.：南非城市化导致的饮食变化与西化和结直肠癌的微生物组和代谢组特征有关

09月05日

来源：CRC Daily

南非城市化导致的饮食变化与西化和结直肠癌的微生物组和代谢组特征有关

Diet changes due to urbanization in South Africa are linked to microbiome and metabolome signatures of Westernization and colorectal cancer

Nat Commun

PMID：38643180 [IF=14.7]

研究背景

采用西方饮食模式促进整个撒哈拉以南非洲地区非传染性疾病的迅速增加，例如结直肠癌（CRC）风险，非传染性疾病将成为该地区残疾和死亡的主要原因，必须认识到非传染性疾病是实现非洲可持续发展目标的主要障碍。

研究方法

研究团队在两个健康的中年农村或城市南非科萨（Xhosa）队列中进行了一项横断面观察性研究。城市组（n = 20）位于西开普省的开普敦，而农村组（n = 24）位于南非东开普省的农村，对比了健康的农村和城市人群的饮食和肠道微生物群，运用了代谢组学和微生物组学相结合的手段，综合分析了宿主的饮食与肠道微生物之间的相互作用及其代谢产物。

研究结果

城市组的食物消耗量较高，城市组的平均能量摄入量为3578千卡/天，而农村组的平均能量摄入量为2185千卡/天（表1）。对碳水化合物、脂肪和蛋白质对总能量贡献的分析表明，对于城市组来说，碳水化合物、脂肪和蛋白质的成分在与西方饮食相对应的正常范围内，而农村组摄入高碳水化合物饮食，提供72%的卡路里，而脂肪仅占总热量的16.9%。这意味着城市组的膳食纤维绝对摄入量更高，但标准化为1000千卡，农村组的纤维摄入量略高。与他们较少西化的饮食模式一致，农村组饮食的特点是胆固醇和动物蛋白的摄入量较低，当标准化为千卡/天摄入量时，植物蛋白的摄入量较高。同样，由于食用植物性食物（例如“imifino”、洋葱、卷心菜和南瓜叶）的数量、种类和频率较高，因此农村组的饮食多样性和多酚消耗量更高。

表1 科萨农村和城市人群每日饮食中宏量和微量营养素的摄入量

城市样本中α多样性指数较低（图1A））以及基于城乡状况的广义UniFrac距离的独特组合聚类（图1B）。尽管在微生物门的水平上没有明确区分两个队列，但可以通过高丰度的Bacteriodota（农村）或Proteobacteria（城市）来识别区域亚群（图1C）。城市粪便样本的特征是与拟杆菌属（Bacteroides）和其他属（如Lachnoclostridium、Fusobacterium、Alistipes和Bilophila）相关的大量操作分类单元（OTU）（图1D）。尽管纤维摄入量相似，但在农村科萨粪便微生物群中观察到分配给Prevotella、Faecalibacterium、Dialister 的参与糖酵解和短链脂肪酸产生的OTUs丰度更高（图1D）。农村粪便样本也显示与密螺旋体相关的OTUs水平很高（图1D）。

图1 城市组群的粪便微生物群多样性

使用PCA和OPLS-DA获取并分析了农村组和城市组的尿液和粪便。PCA评分图未显示两组间有明显的聚类，两组OPLS-DA均未获得统计学意义。肠道微生物代谢物的靶向定量显示，农村组和城市组粪便中主要SCFA含量（包括丁酸盐）水平相似（图2A），而在城市科萨粪便样本中，表达丁酰辅酶A（CoA）：乙酸-辅酶A转移酶（bcoA，参与丁酸盐生产）的细菌数量较高，相比之下，城市组粪便中胆酸（CA）、脱氧胆酸（DCA）和熊去氧胆酸（UDCA）的水平较高，而鹅去氧胆酸（CDCA）和石胆酸（LCA）的水平与农村组相似（图2B、C）。在城市组的粪便样本中，必需氨基酸赖氨酸和苏氨酸以及丝氨酸和谷胱甘肽的水平较低。相比之下。城市组个体中非膳食氨基酸同型半胱氨酸的浓度较高，可能反映了他们较高的动物蛋白摄入量。研究者发现Bacteroides、Dialister、Megasphaera和Muribaculacea与总能量摄入以及碳水化合物、纤维、脂肪、蛋白质和几种微量营养素的总消耗之间存在很强的正相关(图2D)。相反，Catenibacterium, Christensenellaceae和Prevotella在较小程度上与这些饮食因素呈负相关。Prevotella在农村组的粪便微生物群中富集，与粪便SCFA水平有最强的正相关(图2D)。Faecalibacterium, Holdemanella和Roseburia与粪便SCFA没有强相关性，而Butyrivibrio和coprostanoligenes组与粪便SCFA呈负相关 (图2D)。粪胆汁酸CA和DCA与Bacteroides、Butyrivibrio 和Ruminococcus torques 组呈正相关，而Dialister和Succinivibrio组都是显著的SCFA产生菌，呈负相关(图2D)。在CDCA中检测到类似的模式，但在LCA中没有，这表明细菌对不同种类的胆汁酸有不同的反应。

图2 与农村个体相比，城市个体的SCFA相似但DCA水平较高

总共鉴定出 900 个长度超过 3 kb 的病毒重叠群（VC），其中 176 个在两个队列之间共享（图3A）。绝大多数（>85%）VCs为双链DNA，4%以上为单链DNA。与城市组相比，农村组的病毒组中Podoviruses的比例较高（3.3% vs. 0.3%），而Siphoviruses （1.7% vs. 4.6%）和Microviruses （8.3% vs 10.5%）的水平较低（图3B），但这些差异在统计学上并不显著。大约82%的病毒序列没有分类学分配。在所有VCs中，发现124种在农村和城市组中具有不同的丰度：预测感染Oscillospiraceae，Parabacteroides和Lactococcus的噬菌体更常见于农村组的粪便样本中，而城市粪便样本中含有更多针对Faecalibacterium和Muribaculaceae的噬菌体（图3C）。靶向Bacteroides的噬菌体在农村和城市样本中均富集（图3C）。关于病毒复制周期，在城市粪便样本中发现了更多的温带噬菌体（8.6%对5%），但在农村组中发现了更多的crAssphages（0.2%对0.02%）。然而，这些差异在统计学上并不显著。尽管在不同城市化进程中，VC的α多样性没有显著差异，这些证明了在Bray-Curtis差异上存在单独的聚类（图3D）。

在城市化和粪便代谢物或膳食营养素中，VC的丰度不同，Pearson相关性揭示了多种新的关联(r > 0.6):预测会感染Muribaculaceae的强毒噬菌体VC58和温带噬菌体VC80与粪便丁酸和维生素C密切相关(图3E)。VC79与维生素A水平密切相关。VC680是一种在城市样本中富集的强毒噬菌体，它与胆固醇、动物蛋白和锌呈正相关(图3E)。农村样本中大量存在的两种毒力噬菌体VC139和VC2与膳食纤维摄入量呈负相关 (r = 0.2)，但与初级胆汁酸CA呈正相关(图3E)。

图3:城市组粪便病毒组的组成与粪便代谢物和膳食营养成分有明显的相关性

农村组的食物样品中微生物群表现出较高的α-多样性，在Bray-Curtis相似性上有独立的组成聚类，细菌绝对数量较高，与Rosenbergiella和Weissella相关的OTUs丰度较高(图4A-D)。

图4 食物微生物群的差异

在另一项探索性微生物群分析中，农村和城市组研究参与者的手指样本显示α-多样性没有差异，但组成聚类明显，其特征是农村组的蓝藻细菌水平较高，城市组的变形细菌含量较高(图5)。

图5:农村和城市组皮肤拭子上检测到的不同细菌

讨论与结论

这项研究证明了以饮食和微生物群为中心的假设，即城市化相关的生活方式变化作为经济发展的一部分是撒哈拉以南非洲地区非传染性疾病风险的主要驱动因素。

今日评语

在这项研究中，两个地理上截然不同的南非人群的微生物和代谢差异为进一步研究饮食介导的微生物群调节对结直肠癌和总体非传染性疾病风险的功能后果提供了依据。总的来说，应该更多地关注撒哈拉以南非洲正在西方化的居民所消费的食物的质量和数量，以避免城市化人口中不可避免的非传染性疾病增加。与此相一致，关注适应当地需求的营养专业知识，描述未描述的非洲微生物多样性以及与当地研究人员和社区的合作，是进一步研究西方化和撒哈拉以南非洲非传染性疾病风险的组成部分。

致谢

浙江大学公共卫生学院李心璇

对以上文章解读做出的贡献

题图来源于网络

【参考文献】

Ramaboli MC, Ocvirk S, Khan Mirzaei M, et al. Diet changes due to urbanization in South Africa are linked to microbiome and metabolome signatures of Westernization and colorectal cancer. Nat Commun. 2024;15(1):3379. Published 2024 Apr 20. doi:10.1038/s41467-024-46265-0免责声明：本平台旨在分享最新科研资讯，所载内容和意见仅供专业人士参考，不构成任何诊疗建议。在任何情况下，作者及作者所在团队不对任何人因使用本平台中的任何内容所致的任何损失负任何责任。本资料难以设置访问权限，若给您造成不便，还请见谅。若有转载需求，请请在公众号后台留言。

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排版编辑：肿瘤资讯-Lisa转载

09月07日

赵学红

临汾市中心医院 | 肿瘤科