室内灰尘微生物组和代谢组的富集特征可显著区分儿童呼吸道过敏
学者简介：
近日，复旦大学公共卫生学院赵卓慧课题组在室内微生物暴露研究领域取得进展，在著名环境与健康领域期刊Environmental Research和我国近年自主创刊的国际英文期刊Eco-Environment & Health（已纳入SCOPUS等多家学术文献数据库）以主要通讯作者分别在线发表了题为“Impact of environmental characteristics on children’s gut microbiota – a pilot study in assessing the role of indoor microbiome and metabolites”和“Indoor Metabolites and Chemicals Outperform Microbiome in Classifying Childhood Asthma and Allergic Rhinitis”的最新研究成果。本研究与华南农业大学、广东药科大学公共卫生学院和瑞金医院合作开展，复旦大学公共卫生学院博士生唐颢和杜爽为共同第一作者。
近年来儿童呼吸道过敏的发病率大幅上升。室内环境微生物暴露可能是疾病发生和发展的重要因素。尽管室内微生物的重要性已得到认可，但将理论进展应用于实际应用，如建立环境微生物组指数以预测过敏性疾病仍具有挑战性。由于室内微生物的多样性和地域差异极大，很难建立一个用于评估过敏性疾病风险的通用微生物参考目录。而其他方法，如分析微生物功能基因和代谢物组学特征，已显示出研究和应用前景。
同时，人体肠道对人类的生命至关重要，因为它容纳了数百万细菌，这些细菌对健康既有积极的影响，也有消极的影响。肠道菌群失调与多种疾病有关，包括肝病、结直肠癌、慢性肾病和炎症性皮肤病。然而，室内微生物群和代谢物对肠道微生物群的影响尚不清楚。
本研究在上海地区采用病例对照设计，比较了健康儿童和被医生诊断为哮喘和/或过敏性鼻炎（AR）儿童的家庭室内环境微生物、代谢物和化学物，首次报道了室内住宅灰尘与患病状态相关的代谢物、微生物特征（图1），并根据这些特征开发模型以区分病例和对照组，模型在马来西亚的一项学校灰尘微生物和儿童哮喘的横断面研究得到良好验证（图2）。
同时报道了室内灰尘微生物组/代谢物与肠道微生物群之间的关联，强调了室内环境微生物组在塑造人类肠道微生物群中的潜在作用，以期为未来的环境健康风险评估、哮喘和AR分类及预测提供参考。
图1 非过敏(对照)儿童住宅室内灰尘中同时富集的特征代谢物与微生物显著关联
图注：与患病儿童相比，非过敏儿童(对照)家中来源于户外的微生物种类数量更多；与病例相比，对照儿童的家庭中富集了三种代谢通路，包括淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢和次级胆汁酸生物合成途径；在哮喘或AR儿童的家庭中，没有发现显著富集的基因功能通路。同时，四类代谢物仅在对照儿童的家中富集，这些类别包括酮酸的衍生物、吲哚、吡啶和黄酮类化合物。使用神经网络共现概率分析，发现对照儿童家中富集的酮酸、吲哚和吡啶与潜在保护性室内微生物的产生密切相关，而黄酮类化合物来自多种植物的一类次级代谢物。真菌毒素和人工合成化合物这两类代谢产物/化学物质，仅在哮喘、AR或共病儿童的家中富集。
图2. 基于室内灰尘的特征代谢物较微生物组，可更好地独立区分儿童哮喘和AR
（A）：上海室内灰尘特征代谢物对马来西亚儿童哮喘的区分度0.749；
（B）：上海室内灰尘特征微生物对马来西亚儿童哮喘的区分度0.510；
（C）：上海室内灰尘特征代谢物对马来西亚儿童AR的区分度0.771
（D）：上海室内灰尘特征微生物对马来西亚儿童AR的区分度0.595
同时，在对照儿童卧室灰尘中富集的吲哚衍生物总量和6种吲哚代谢物含量(l -色氨酸、吲哚、3-甲基吲哚、吲哚-3-乙酸、5-羟基- l -色氨酸和吲哚乳酸，p<0.05)与总肠道保护菌的丰度呈显著正相关，并与肠道菌群的健康指数（GMHI）显著正相关，提示其潜在的促进肠道健康的作用（图3）。
图3. 对照儿童卧室灰尘微生物与儿童肠道菌群健康指数(GMHI)显著联动
综上所述，非过敏的对照儿童家中显著富集 20 多种室内微生物物种、3种代谢途径以及酮酸、吲哚、吡啶和类黄酮等代谢物，而哮喘、AR 或合并症儿童家中则更富含霉菌毒素和人工合成化学物质；室内代谢物和化学物而非室内微生物可能是儿童哮喘和AR潜在更优的风险评估指标。室内环境中的吲哚衍生物与保护性肠道微生物群的丰度呈正相关，突出了它们在促进肠道健康方面的作用。
主要作者有华南农业大学微生物学系孙峪教授，华南农业大学微生物学系2020级研究生张梅，复旦大学公共卫生学院2022级博士生唐颢，复旦大学公共卫生学院2022级博士生杜爽为论文共同一作；复旦大学公共卫生学院赵卓慧教授，广东药科大学付曦副教授，上海交通大学附属瑞金医院邵洁主任医生为论文的通讯作者。重要参与作者有复旦大学公共卫生学院徐燕意副教授和李久凤青年副研究员。该研究得到了国自然科学基金（No. 81861138005）、广东省自然科学基金项目(2020A1515010845、2021A1515010492)等项目资助。
文章在线发表列表：
[1] Sun,Yu, et al.Indoor metabolites and chemicals outperform microbiome in classifying childhood asthma and allergic rhinitis. Eco-Environment & Health, Available online 22 August 2023.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772985023000406
[2] Zhang, M., et al., Impact of environmental characteristics on children's gut microbiota – A pilot study in assessing the role of indoor microbiome and metabolites. Environmental Research, 2023. 234: p. 116114. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37209986/
