09

May

2020

中國7個不同民族人群腸道微生物群差異

不同民族-V3_海報.jpg


中國是一個由多民族組成的國家,這其中包括主體民族漢族和其他55個少數民族。這些不同的少數民族群體生活在中國的不同省份中,其中的一部分至今依然保留著獨特的文化和生活方式。地理位置、生活方式以及飲食方式的不同,也會造成這些人群腸道微生物群的不同。為進一步探究中國不同民族之間的腸道菌群,本試驗選取314名志愿者并對這些人群的10個主要腸道微生物群進行統計分析,比較這7個不同民族人群之間腸道菌群的差異。


試驗設計


我們選取了314名年齡相近、體重指數范圍相似的健康個體作為試驗對象。這314名志愿者來自9個省份的不同地區,這其中包括城市和農村地區;由7個民族組成,其中的91名漢族分別來自中國黑龍江、中國河南、中國江蘇和中國四川,其他民族和對應地區分別是壯族(中國廣西)、白族(中國云南)、藏族(中國西藏)、蒙古族(中國內蒙古)、哈薩克族(中國新疆)、維吾爾族(中國新疆)。具體的采集地區詳情和采集信息詳情等見圖1和表1。


圖1.jpg

1: 314個健康個體的民族和地區的分布


表1.jpg

1: 314個健康個體采集的詳細信息


在吃早餐前采集每名志愿者的糞便樣本,隨即進行冷凍、厭氧儲存,并在采集樣本24小時內提取DNA樣本,再使用qPCR檢測細菌總數以及靶向細菌等。對腸道菌群的4個主要門:厚壁菌門(Firmicutes),擬桿菌門(Bacteroidetes),放線菌門(Actinobacteria)和變形菌門(Proteobacteria)中的10個主要腸道微生物群進行檢測(表2,并進行qPCR率、測定系數等進行測定(表3)。


表2.jpg

2. qPCR引物信息和預測的產物大小


表3.jpg

3.?用于構建標準曲線,qPCR有效性和測定系數詳情


試驗結果


01

10個目標菌群的相對豐度


對糞便樣本進行qPCR檢測,對核心腸道菌群的4個優勢門的10個主要細菌進行檢測,發現10個目標菌群的整體相對豐度僅在蒙古族和漢族,蒙古族和白族以及蒙古族和壯族之間觀察到了顯著差異(P=0.0311, 0.0100, 0.0454),而其他大部分種族之間未發現明顯差異。


02

不同種族間的腸道微生物比較


2列出了10個目標菌群在7個不同種族人群的腸道微生物組成詳情,發現細菌總數方面藏族和哈薩克族、藏族和壯族之間存在顯著差異(P=0.0108, 0.0140),而其他種族之間未發現顯著差異。藏族人群的10個目標菌群的細菌總數低于絕大多數其他種族的水平。


圖2.jpg

2: 10種目標菌群在不同種族中的分布詳細


這10個目標菌群的具體差異如下:


普拉梭菌屬(Prevotella?genus)7個種族中無顯著差異。

球形梭菌組(Clostridium coccoides?group):藏族<漢族(P=0.0104)。

脫硫弧菌屬(Desulfovibrio?genus):白族,蒙古族<藏族;白族<壯族(P=0.0001-0.0423)。

奇異菌屬(Atopobium cluster):白族<漢族,藏族;壯族,蒙古族<藏族(P=0.0003-0.0275)。

雙歧桿菌屬(Bifidobacterium?genus)發現6-11對顯著不同:壯族<白族,蒙古族,藏族,哈薩克族;維吾爾族,漢族<白族,蒙古族,藏族(P=0.0000-0.0027)。

乳桿菌屬(Lactobacillus?genus):壯族<哈薩克族,蒙古族,藏族,維吾爾族;漢族<蒙古族,藏族;維吾爾族,白族<蒙古族、藏族(P=0.0000-0.0242)。

柔嫩梭菌類群(Clostridium leptum?group):壯族>白族,蒙古族,藏族,哈薩克族,維吾爾族;漢族>蒙古族,藏族,維吾爾族(P=0.0000-0.0317)。

脆弱擬桿菌組(Bacteroides fragilis?group):壯族>漢族、蒙古族、藏族;蒙古族,藏族>哈薩克族;蒙古族>白族(P=0.0001-0.0245)。

產氣莢膜梭菌組(Clostridium perfringens?group):漢族>所有民族;壯族>所有除漢族外的民族(P=0.0000-0.0432)。

腸桿菌科(Enterobacteriaceae?family)顯示出12對顯著不同:白族,哈薩克族,維吾爾族,壯族>漢族,蒙古族,藏族(P=0.0000-0.0253)。



漢族和壯族人群的柔嫩梭菌、產氣莢膜梭菌含量較高,而雙歧桿菌含量較其他種族要低;蒙古族和藏族人群的乳桿菌含量較高;而哈薩克族、維吾爾族和白族之間較為相似。這可能是由于蒙古族和藏族,哈薩克族和維吾爾族,彼此之間擁有相似的地理環境以及飲食習慣;而壯族與白族人群的主要分布地雖然相鄰,但卻存在顯著差異,這可能與種族起源有關。


03

不同種族腸道細菌組成的多元分析


314個健康個體的糞便樣本中的細菌進行PCA主成分分析,在任何種族中均未發現明顯的分組(圖3A)。進一步進行了MANOVA多元方差分析,同樣沒有觀察到明顯的分組,但藏族和蒙古族樣本在圖的右象限處有聚集趨勢,而壯族和漢族樣本則位于左象限(圖3B)。聚類分析(圖3C)表明,漢族和壯族樣本形成了一個獨特的群體,與其他民族相分開;白族、哈薩克族和維吾爾族(城市居民)聚在一起;藏族和蒙古族(農村居民)的距離比其他民族間更近。這表明漢族和壯族相似性較高,他們與其他種族的人群腸道微生物組成相比存在顯著差異;蒙古族和藏族的人群腸道微生物組成存在輕微差異。


圖3.jpg

3. 7個種族之間腸道細菌組成的變化,APCA主成分分析圖,BMANOVA多元方差分析圖,C為聚類分析圖


04

不同省份漢族人群的腸道細菌比較


4個不同省份的漢族人群腸道細菌的10種目標菌群的含量進行比較,發現有6組具有顯著差異,其中有5組是關于黑龍江省的漢族人群。


脫硫弧菌屬(Desulfovibrio?genus):中國江蘇>中國河南,中國黑龍江;

產氣莢膜梭菌組(Clostridium perfringens?group):中國黑龍江>其他三個省份;

脆弱擬桿菌組(Bacteroides fragilis?group):中國四川>中國黑龍江(P=0.0000-0.0249,表4)。


表4.jpg

4: 不同省份漢族人群腸道細菌差異


05

漢族人群腸道細菌組成的多元分析


通過PCA主成分分析和MANOVA多元方差分析,未觀察到這四個省份漢族人群個體之間存在明顯的聚類現象(圖4A,B)。但是在PCAMANOVA圖上,中國黑龍江漢族人群樣本與其他省份樣本之間只有很小部分重疊,這表明中國黑龍江漢族人群與其他省份漢族人群腸道細菌組成存在差異,但卻很小,與聚類分析一致(圖4C),這可能是由于南北方地理距離和遺傳距離導致的腸道菌群分層。


圖4.jpg

4:?四個不同省份漢族人群腸道細菌組成的變化,APCA主成分分析圖,BMANOVA多元方差分析圖,C為聚類分析圖


06

不同種族間厚壁菌門/擬桿菌門(F/B)的比較


5顯示了不同種族人群之間腸道厚壁菌門和擬桿菌門細菌含量的比例詳情。漢族人群的F/B明顯大于其他民族人群,包括壯族,藏族,白族和哈薩克族(漢族為4.03±1.03,其他民族為0.56±0.161.08±0.35,P=0.0005-0.0465。此外,蒙古族人群的F/B也比其他民族要高。一般認為F/B與年齡相關,但本試驗選取的都是年齡相似的樣本,故猜測可能與不同種族人群的起源有關。


圖5.jpg

5:?不同種族的F/B值詳情


試驗結論


對我國7個不同民族的腸道菌群結構進行的初步分析表明,不同民族之間腸道微生物有一部分較為相似,但另一部分存在顯著不同。腸道微生物結構方面,漢族與壯族之間較為相似,蒙古族與藏族之間較為相似,而哈薩克族、維吾爾族和白族之間較為相似。我們還發現同一民族不同地區間的腸道微生物差異較小。這些差異的產生可能是由于地理分離、種族起源以及飲食習慣等多種因素所造成,但種族起源對于人類腸道微生物群的構造起著重要作用。



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