基于宏基因组测序探究美国家庭农场人群室内灰尘微生物与呼吸健康的联系

导语

慢性呼吸系统疾病是重大的公共卫生负担，长期暴露于家中的微生物会影响呼吸系统健康。肺部功能是反映肺部生理状态的连续指标，与健康生活质量和死亡率有关，且室内微生物成分对其潜在影响尚不明确。很少有研究使用先进的测序方法来检测成人的呼吸系统状况，尤其是连续测量指标。

2024年5月，研究人员在Microbiome（IF=13.8）期刊上发表了题为“House dust metagenome and pulmonary function in a US farming population”的文章。作者旨在确定室内灰尘中的宏基因组特征，这些特征与成人群体的肺功能定量特征和气道炎症相关。通过宏基因组测序对来自美国779户家庭卧室真空吸尘灰尘中的微生物群落进行了表征。

1.样本采集：采集来自美国北卡罗来纳州（NC）和爱荷华州（IA）779户家庭卧室的灰尘样本，在床的表面和床旁边的地板上划定一平方米的区域采集样本；

2.样本信息：采集样本779个，进行宏基因组测序，参与者平均年龄62岁，60%为男性。

作者首先展示了所有灰尘样本中微生物类群在门水平上的相对丰度。从图中可以清晰看到，微生物群落组成在不同样本间存在明显差异。例如，某些样本中放线菌门的相对丰度较高，而在其他样本中可能变形菌门或厚壁菌门的相对丰度更高。这表明室内灰尘中的微生物群落具有多样性和复杂性，不同家庭的卧室灰尘微生物组成并不一致。

Figure1.Phylum level summary of microbial taxa across all dust samples (n = 779).

其次，作者通过绘制与肺功能参数相关的差异丰富属的热图，展示了389个属中76个与肺功能参数（FEV1、FVC、FEV1/FVC）相关的属（p < 0.05），这些属在调整了所有其他微生物分类群后具有统计学意义。其中，大多数相关属来自放线菌门、变形菌门或厚壁菌门，且不同属与不同肺功能参数的关联有正负之分，部分属与两个或多个参数相关，部分属则仅与特定参数相关。【FEV1：forced expiratory volume in one second，一秒钟用力呼气量；FVC：forced vital capacity，强制肺活量。】

接着，作者通过旭日图展示了与不同健康结果显著相关的微生物菌群在不同分类水平上的从属关系。包括所有检测的属以及与FEV1、FVC、FEV1/FVC 和FeNO等健康结果相关的差异丰富属（p < 0.05）。从中心到边缘依次展示了门、科和属级别的分类名称，可直观看到不同健康结果相关的微生物分类群在分类学上的分布情况，表明不同健康结果与特定微生物分类群之间存在关联，且这些微生物分类群在分类学上具有一定的层级结构和分布特征。

Figure3.Sunburst plots visualizing membership of microbial taxa significantly associated with a health outcome at different taxonomic levels.

本研究首次采用全宏基因组测序评估室内灰尘宏基因组谱与成人呼吸系统状况的关联，发现多种微生物属与肺功能和、呼吸道道炎症相关，部分属此前已与肺部疾病发病机制有关，部分为新发现，提示室内特定微生物暴露可能影响呼吸状况。研究还发现整体微生物多样性与呼吸结果无关，但多种单个微生物属与肺功能及FeNO存在差异丰度关系，部分属与两者均相关，部分仅与其一相关。

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