编译：微科盟承乐，编辑：微科盟居居、江舜尧。
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导读
在过去的几十年里，人们对宿主-微生物相互作用的理解通过大量的研究得到了扩展。然而，大多数研究主要集中在生态系统内的优势群体，而忽略了低丰度微生物。此外，实验动物通常没有除细菌以外的微生物。由于自然环境中微生物群落的多样性，在实验室动物(包括免疫系统)中观察到的表型与现实世界的观察结果存在显著差异。有趣的是，最近的研究揭示了低丰度微生物的有益作用。尽管它们很稀有，但这些关键分类群在塑造微生物组成和在宿主中实现特定功能方面发挥着关键作用。因此，了解低丰度微生物已成为揭示真正共生关系的必要条件。 本综述全面概述了低丰度共生微生物(包括低丰度细菌、真菌、古菌和原生动物)如何与宿主相互作用并促进宿主表型的重要发现，重点关注免疫系统。 事实上，低丰度微生物在宿主免疫系统的发育中发挥着重要作用，影响疾病状态，并在塑造特定生态位的微生物群落中发挥着关键作用。了解低丰度微生物的作用很重要，这将有助于更好地理解真正的宿主-微生物关系。
论文ID
原名： Microbial underdogs: exploring the significance of lowabundance commensals in host-microbe interactions
译名： 微生物弱势群体：探索低丰度共生菌在宿主-微生物相互作用中的重要性
期刊： Experimental & Molecular Medicine
IF： 12.8
发表时间： 2023.12
通讯作者： Geongoo Han，Shipra Vaishnava
通讯作者单位： 美国布朗大学
DOI号： 10.1038/s12276-023-01120-y
综述目录
1 前言
2 低丰度细菌
2.1 低丰度细菌在宿主免疫系统中的作用
2.2 低丰度细菌与疾病之间的联系
2.3 低丰度细菌对细菌群落的影响
3 真菌
3.1 真菌在宿主免疫系统中的作用
3.2 真菌和疾病之间的联系
4 古菌
4.1 古菌在宿主免疫系统中的作用
4.2 古菌与疾病之间的联系
5 原生动物
5.1 原生动物在宿主免疫系统中的作用
5.2 原生动物对细菌群落的影响
6 结论
主要内容
1 前言
人们对宿主-微生物相互作用的理解是基于过去几十年许多研究人员的研究而发展起来的。这些研究揭示了共生菌在宿主表型中的各种作用，包括肥胖与糖尿病、大脑发育与行为、预防致病性感染、疾病、衰老，以及对癌症治疗的反应。然而， 大多数研究主要集中在生态系统中的优势群体，通常强调高丰度的细菌和病毒(包括噬菌体)，而忽略了低丰度的微生物。 这种趋势仍然存在，特别是在采用高通量测序方法的研究中。此外，值得注意的是，在清洁条件下饲养的实验室动物通常缺乏细菌以外的微生物，如真菌和蠕虫。事实上，在实验室动物(包括免疫系统)中观察到的微生物组相关表型与在现实世界中观察到的显著不同，因为存在于自然环境中的共生微生物组显示出相当复杂和多样化的群落结构。例如，实验室小鼠和人类表现出不同的免疫特征；然而，通过将实验室小鼠与宠物店的小鼠合养或重新放养实验室小鼠，就有可能重现人类的免疫特征。有趣的是，最近的研究揭示了某些蠕虫(也称为寄生虫)通过蠕虫-细菌相互作用在宿主生理中发挥的有益作用，尽管在这篇综述中没有涵盖蠕虫，因为它们是非共生的，且不是微生物。简而言之，蠕虫感染(如鼠鞭虫( Trichuris muris ))诱导的免疫反应在维持上皮屏障的完整性方面发挥关键作用。这些反应涉及2型细胞因子和IL-22的激活，它们协同增加杯状细胞粘液的产生和抗菌肽的表达。此外，蠕虫感染会导致细菌组成的改变，从而有利于有益的微生物环境。具体而言，蠕虫抑制炎性拟杆菌的增殖，同时促进梭菌等保护性细菌的生长；这种细菌群落的重塑有助于显著改善炎症性肠病(IBD)的严重程度。
最近，许多研究都将关注点转向了群落内的低丰度微生物。这些研究强调了一个事实，即低丰度并不意味着使用“关键物种”的概念不那么重要。尽管它们的丰度很低，但这些关键分类群在塑造微生物组成和在宿主内执行特定功能方面发挥着关键作用，最近的研究支持了这一点。因此，更好地了解低丰度微生物对于阐明真正的宿主-微生物相互作用至关重要。 本篇综述描述了低丰度的共生微生物如何与宿主相互作用并对宿主的健康做出贡献。 具体而言，本文强调了最近关于低丰度细菌、真菌、古菌和原生生物在宿主表型背景下的作用的重要发现，包括免疫系统的发育、与疾病的关联以及与共生细菌的相互作用。
2 低丰度细菌
在许多微生物组研究中，与高丰度的“优势”细菌相比，低丰度细菌(通常指占相对丰度不到1%的分类群)往往被忽视，主要是因为它们在环境中很少见。此外，在下游分析之前的质量控制和过滤步骤中，相当多的研究人员选择从他们的微生物组研究(例如16S rRNA基因测序分析)中过滤掉低丰度的类群。 尽管低丰度细菌的丰度较低，但其类群数量和多样性远高于宿主体内的高丰度细菌。 多项研究一致强调低丰度细菌对宿主表型的实质性贡献，强调在研究宿主-微生物组相互作用时，有必要同时关注这些不那么普遍的群体和优势群体。本综述介绍了关于低丰度微生物在调节宿主生理和疾病病理中的作用的最新信息，同时强调了这一领域的知识空白(表1)。
表1 低丰度细菌在宿主中的作用。
2.1 低丰度细菌在宿主免疫系统中的作用
肠道共生细菌在免疫发育中的关键作用已被广泛认识。例如，脆弱拟杆菌( Bacteroides fragilis )已被确认可以通过利用细菌多糖诱导全身Th1细胞。分节丝状菌(SFB)或 Candidatus Savagella(以前被称为 Candidatus Arthromitus)通过鞭毛蛋白的存在诱导肠道Th17细胞分化。值得注意的是， 即使是低丰度的细菌也对宿主的免疫发育具有重要贡献。
Eggerthella lenta (以前被称为 Eubacterium lentum )是人类肠道中的一种共生菌，在健康受试者中的丰度非常低。有趣的是，这种普遍的肠道共生菌在免疫反应中起着相反的作用。Alexander等人报道， E. lenta 通过降低小鼠对Rorγt的抑制作用从而促进Th17活性。他们还表明，该细菌编码的强心苷还原酶2(Cgr2)足以诱导IL-17A，并且膳食精氨酸可以阻断大肠杆菌诱导的肠道炎症。相反，另一项研究表明，这种特殊的细菌具有将石胆酸(LCA)转化为3-oxolithocholic acid(3-oxoLCA)和异石胆酸(isoLCA)的能力，而这反过来又抑制了Th17细胞的分化。此外，抗炎代谢物3-oxoLCA和isoLCA与克罗恩病(CD)呈负相关。
螺杆菌属( Helicobacter )是肠道中主要的组织相容性复合体(MHC) Ⅱ类相关细菌之一。据报道，自然定植有螺杆菌属(例如 H. mastomyrinus 和 H. typhlonius )的小鼠上皮MHC Ⅱ类表达高于无螺杆菌的小鼠，且螺杆菌的相对丰度与小鼠肠道上皮MHC Ⅱ类表达呈正相关。此外，将无螺杆菌小鼠与含螺杆菌的小鼠共同饲养可增加MHC Ⅱ类的表达。之前的研究使用稀释策略证明了低丰度细菌在MHC Ⅱ类表达背景下的潜力。该研究将小鼠盲肠微生物组稀释以清除低丰度细菌，并将未稀释和稀释的微生物组移植到无菌小鼠的肠道中。低丰度细菌的缺失导致参与MHC Ⅱ类抗原呈递途径的多个基因的低表达，以及小肠中MHC Ⅱ类表达细胞计数的降低。值得注意的是，丹毒丝菌科( Erysipelotrichaceae )的相对丰度与MHC Ⅱ类表达呈正相关。多个独立研究的结果为丹毒丝菌科的免疫原性提供了一致的证据。Palm等人基于免疫球蛋白A(IgA)包衣对肠道细菌进行分类和选择，他们发现高IgA包衣与引发结肠炎的细菌有关，而未分类的丹毒菌丝科是一种高IgA包衣细菌。Dinh等人发现丹毒菌丝科的相对丰度与肿瘤坏死因子α(TNF-α)呈正相关。综上所述，这些研究强调了低丰度细菌在调节宿主免疫中的重要作用。需要进一步的研究来确定这些低丰度微生物和特异性免疫反应之间的因果关系。
2.2 低丰度细菌与疾病之间的联系
低丰度细菌在宿主疾病中起着至关重要的作用。 重要的一点是，它们在疾病中扮演着不同的角色；有时它们有预防作用，但在其他情况下，它们与疾病有关。 Mucispirillum schaedleri 属于脱铁杆菌门(Deferribacteres)，是人类和啮齿动物中的低丰度共生细菌，它具有上述两种作用。IBD是肠道微生物相关疾病的代表，一直是宿主-微生物相互作用广泛研究的课题。大量研究一致表明IBD与 M. schaedleri 之间存在关联。该细菌被鉴定为葡萄糖硫酸钠(DSS)诱导小鼠结肠炎的指示菌。A20作为NF-kB和凋亡信号通路的有效*制剂抑**，使其成为包括IBD在内的各种炎症疾病易感性相关的关键基因。A20敲除小鼠中 M. schaedleri 的丰度显著高于野生型小鼠。还有另一个值得注意的IBD相关细菌 E. lenta ，是一种已知具有Th17调节特性的人类共生菌。这种细菌在IBD患者中富集，并在小鼠中以 Rorc 依赖性方式导致结肠炎。此外，先前的研究表明， E. lenta 与类风湿性关节炎(RA)和多发性硬化症(MS)之间存在相关性。此外，有社会压力的小鼠肠道中 M. schaedleri 的丰度增加。相比之下， M. schaedleri 可以防止肠道病原体感染。在小鼠肠道中， M. schaedleri 是肠道 Salmonella enterica serovar Typhimurium毒力的拮抗菌。 M. schaedleri 通过竞争厌氧呼吸底物和抑制毒力因子的表达来保护宿主免受沙门氏菌结肠炎的侵袭。
共生微生物与代谢性疾病之间的关系已有报道。最著名的关系之一是肥胖和肠道微生物之间的关系，低丰度的细菌与肥胖有关。White等人发现放线菌门(肠道中的低丰度细菌)与肥胖有关。在该研究中，肥胖受试者中的放线菌占肠道菌群的约5%；同时，这些细菌在瘦人体内的流行率明显较低。
肠道微生物组与各种胃肠道疾病密切相关，被认为是疾病的决定因素和潜在的治疗靶点。 在口腔中，特定的低丰度细菌群，如龈下菌斑(SGP)中的 Fretibacterium sp. OT 361、唾液中的 Prevotella intermedia 以及SGP和唾液中的牙髓卟啉单胞菌( Porphyromonas endodontalis )被鉴定为妊娠牙龈炎患者的关键菌种。
阿尔茨海默病(AD)是痴呆症最常见的病因，是一种导致认知功能退化的神经退行性疾病。新出现的证据表明，肠道微生物组的组成以及低丰度细菌的存在对AD的进展有显著影响。Ferreiro等人最近报道，肠道共生菌可以作为人类患AD的一个指标。他们发现，多种肠道低丰度细菌与临床前AD状态相关，如 Dorea formicigenerans 、 Oscillibacter sp. 57_20、 Coprococcus catus 和 Ruminococcus lactaris ，而 Methanosphaera stadtmanae 与健康状态相关。
此外，低丰度细菌是人类生命早期健康气道微生物组的关键决定因素。Pust和Tummler重新分析了健康儿童和囊性纤维化(CF)儿童的公共鸟枪法宏基因组数据。他们观察到，稀有分类群是决定儿童是否健康或患有限制生命的CF疾病的最重要因素。这些稀有类群对于改善欠发达的CF背景网络至关重要。总之，这些研究详细说明了低丰度细菌和各种疾病之间的密切关系。然而，大多数研究结果主要集中在建立联系，而不是阐明因果关系或潜在机制。因此，有必要进行一致和全面的调查，以进一步了解这些关系并探索其潜在的治疗意义。
2.3 低丰度细菌对细菌群落的影响
低丰度细菌在微生物组成中起着关键作用。低丰度细菌通常不被认为是肠道的核心成员；然而，Benjamino等人发现，它们是饮食改变后组成改变的驱动因素。在该研究中，他们为白蚁提供了6种不同的木质纤维素食物来源，并进行了16S rRNA基因测序和人工神经网络分析，以预测白蚁后肠随机点的类群相对丰度。该研究报道，经常存在于核心群落外的低丰度类群在后肠微生物组中保持着群落驱动的相关性。对人类肠道微生物组的肠型研究是另一个强调低丰度细菌在维持群落结构中的作用的例子。在该研究中，瘤胃球菌属( Ruminococcus )被鉴定为肠型3的代表性标记物。值得注意的是，该属的相对丰度低于拟杆菌属( Bacteroides ，肠型1的标记物)和 Prevotella (肠型2的标记物)，尽管其相对丰度略高于1%。Hildebrand等人证明了低丰度细菌作为抗生素干预后恢复肠道微生物群落的关键物种的可能性。作者从人类肠道中鉴定出一种新的物种，起初命名为U Borkfalki ceftriaxensis ，随后改为 Candidatus Borkfalkia ceftriaxoniphila。在给药头孢菌素(头孢曲松)后，该细菌在肠道中的相对丰度达到92%，使微生物群落恢复到健康状态，但从长远来看，群落状态发生了变化。重要的是，大多数与U B. ceftriaxensis 共存的物种是经常用于治疗抗生素相关性腹泻(AAD)的益生菌物种。
低丰度细菌在群落中也发挥着重要的微生物功能。例如， Escherichia 包括广泛研究的细菌，它们在健康肠道中的丰度很低；然而，该属的功能不容忽视。在人类肠道中，低丰度的 Escherichia 贡献了超过90%的与细菌菌毛组装相关的两种丰富蛋白质——FimA和PapC。菌毛帮助细菌在肠道中停留更长的时间，是在细菌之间转移质粒的关键组分。这些发现强调了细菌种群中稀有类群的基本意义，强调了它们不仅在促进群落稳定方面发挥重要作用，而且在促进基本功能方面的关键作用。
3 真菌
真菌是宿主的共生成员，广泛存在于不同的身体部位，如肠、肺和皮肤，真菌的组成因其生态位的不同而有很大的差异。然而，它们通常被认为是次要成员，由于其丰度较低(约占肠道微生物总数的0.1%)，与细菌相比，它们没有得到很好的研究。共生真菌在宿主-微生物群相互作用中的重要性经常被低估，主要是由于真菌数据库的规模有限，并且与细菌相比，宿主内真菌细胞的丰度相对较低。然而，值得注意的是，真菌细胞比细菌细胞大得多，约为细菌细胞的100倍，并且它们占据了大量的物理空间。此外，作为真核生物，真菌对宿主和微生物组都有独特的代谢特性。值得注意的是， 即使是微生物组的次要成员也可以对宿主产生深远的影响，包括通过免疫系统 (表2)。
表2 真菌在宿主中的作用。
3.1 真菌在宿主免疫系统中的作用
共生真菌因其与宿主免疫系统的密切联系而被公认，其中 白色念珠菌( Candida albicans )是人体内的一种共生真菌，已成为一种广泛用于研究宿主-真菌相互作用的模式生物。 虽然白色念珠菌通常作为一种共生菌在健康个体中定植，但在微生物生态失调或免疫系统受损的个体中，这种真菌会转变为致病状态，导致严重的黏膜和全身感染。白色念珠菌菌丝的形成是与从共生状态过渡到致病状态相关的一个关键特征，因为菌丝表现出更强的侵袭性和毒力。在共生状态下，大多数白色念珠菌以酵母形式存在，且只有有限的菌丝存在。宿主上皮发挥屏障功能，将白色念珠菌与宿主分离，与免疫系统和共生细菌共同维持体内稳态。黏液层和共生菌通过直接和间接的机制积极促进白色念珠菌与上皮的物理分离。因此， 上皮屏障损伤或细菌生态失调可促进白色念珠菌感染。 此外，上皮细胞通过启动免疫反应积极调节白色念珠菌的共生状态。这些免疫反应包括先天免疫细胞的激活和招募，包括中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞，以及分泌性IgA(sIgA)和β-防御素的产生，这是由Th17细胞或先天淋巴样细胞释放IL-22触发的。值得注意的是，这些免疫反应表现出对白色念珠菌菌丝形式的优先诱导。
许多研究一致强调了共生白色念珠菌在人类和小鼠宿主中诱导某些免疫反应的能力。用白色念珠菌或酿酒酵母( Saccharomyces cerevisiae )在肠道中单定植，正向校准保护性CD8+ T细胞的激活，并保护宿主免受甲型流感病毒感染。此外，用甘露聚糖(一种真菌细胞壁成分)处理，再现了这两种共生真菌物种的保护作用。此外，白色念珠菌的肠道定植已被证明其可以在人类和小鼠中引起Th17反应。白色念珠菌被选为人类Th17反应的主要诱导剂，与白色念珠菌发生交叉反应的Th17细胞有助于烟曲霉( Aspergillus fumigatus )引起的非肠道炎症。在小鼠中，白色念珠菌的肠道定植诱导了全身Th17反应，并保护宿主免受白色念珠菌和金黄色葡萄球菌( Staphylococcus aureus )的侵袭性感染。白色念珠菌在肠道中的定植也能促进粒细胞生成。实验室小鼠口服接种白色念珠菌可诱导出生骨髓中依赖于IL-6R信号的骨髓祖细胞持续扩增。这种扩张会保护宿主免受全身耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染以及腹腔或鼻内肺炎链球菌( Streptococcus pneumoniae )感染。
人类肠道共生菌群(主要是白色念珠菌)诱导CARD9+CX3CR1+巨噬细胞介导的抗真菌免疫球蛋白G(IgG)的产生，并保护宿主免受全身性念珠菌感染。 Malassezia restricta 是一种在皮肤上发现的共生真菌，是另一个免疫刺激真菌的例子。SPF小鼠肠道定植这种特殊真菌可诱导结肠中产生IL-17A和IFN-γ的CD4+T细胞的上调。一种独特的真菌群落定植在人类和小鼠的肠粘膜中，这些粘膜相关真菌(MAF)诱导Th17介导的免疫反应。MAF包括白色念珠菌、酿酒酵母和 Saccharomycopsis fibuligera ，其通过IL-22依赖性机制保护宿主免受DSS诱导的结肠炎和鼠柠檬酸杆菌( Citrobacter rodentium )感染。此外，MAF通过激活IL-17介导的神经元信号传导来促进社会行为。肠道真菌菌群也介导免疫细胞的迁移。Zhang等人发现共生真菌负责诱导出生后CD45+CD103+RALDH+树突状细胞(DCs)向外周淋巴结迁移。热带念珠菌( Candida tropicalis )在SPF小鼠和无菌(GF)小鼠肠道定植均触发CD45+CD103+RALDH+树突状细胞从肠道固有层迁移到腹股沟和肠系膜淋巴结。这些DCs利用维甲酸信号启动淋巴结细胞增加和体积扩张。
如上所述，白色念珠菌是在共生免疫相互作用背景下研究最多的真菌物种。然而，利用白色念珠菌作为小鼠模型共生真菌存在一定的局限性。具体来说，白色念珠菌不是天然的小鼠共生菌，它通过抗生素治疗或使用GF小鼠来迫使肠道细菌群落的调节，从而成功建立白色念珠菌的定植，而这种经过修饰的无菌环境并不是共生真菌的自然栖息地。鉴于白色念珠菌作为小鼠共生真菌的局限性，许多研究人员已经开始致力于研究小鼠共生真菌对小鼠免疫系统的影响。其中一种策略是使用宿主适应的白色念珠菌菌株。另一种策略是将SPF实验室小鼠野生化，使它们暴露在自然环境中，能够与包括真菌在内的各种微生物相互作用，而它们在受控的实验室条件下不会遇到。再野生小鼠表现出活化T细胞和循环中性粒细胞增加，且肠道真菌的定植明显增加。值得注意的是，从野生化小鼠中分离的真菌菌群( Aspergillus candidus 、 Aspergillus proliferans 、 Chaetomium globosum 和 Dichotomopilus indicus )在SPF小鼠中的定植足以诱导循环SSChi粒细胞和中性粒细胞的扩增。在野生化小鼠中，肠道真菌定植导致多能祖细胞(MPPs)的数量和频率显著增加。总之，这些发现强调了真菌微生物组在免疫发育中的重要性。因此， 在研究免疫系统和微生物组之间的相互作用时，有必要纳入真菌菌群的研究。
3.2 真菌和疾病之间的联系
共生真菌与宿主疾病之间的联系一直在被报道。如前所述，IBD是在宿主-细菌相互作用的环境下研究最活跃的疾病之一。共生真菌在该病的发病机制中也有重要作用。在IBD患者中，观察到真菌多样性降低，而念珠菌的相对丰度增加。此外，分析显示，与健康个体的真菌组成相比，担子菌门/子囊菌门(Basidiomycota/Ascomycota)的比例升高，酿酒酵母比例降低，白色念珠菌的比例增加。包括白色念珠菌在内的人类肠道菌群刺激sIgA的产生，其诱导的sIgA表现出与菌丝结合的偏好，菌丝是一种通常与毒力相关的真菌形态。与健康个体相比，CD患者的抗真菌sIgA滴度较低。 M. restricta 是另一种与IBD相关的真菌。CD患者体内 M. restricta 丰度高于健康对照组。特别是，携带CARD9、CARD9S12N CD连锁多态性的患者与 M. restricta 密切相关，这种真菌的肠道定植加剧了DSS诱导的小鼠结肠炎。
肥胖也与肠道共生真菌有关，补充两性霉素B或氟康唑等抗真菌药物可有效抑制高脂饮食引起的小鼠肥胖。 共生肠道真菌 Candida parapsilosis 是与肥胖相关的一个强有力的真菌候选物种。这种真菌通过产生真菌脂肪酶增加了肠道中的游离脂肪酸，并促进饮食诱导的小鼠肥胖。另一方面，在人类肠道中，非肥胖者肠道中的 Mucor racemosus 和 Mucor fuscus 比肥胖者更丰富。
哮喘是一种慢性气道疾病，有证据表明 肠道和肺部细菌组成与儿童哮喘之间存在关联。此外，最近的研究表明，哮喘不仅与共生细菌有关，还与共生真菌有关。 Arrieta等人利用16S和18S rRNA基因测序技术分析了厄瓜多尔婴儿的粪便微生物组。他们观察到，3个月大时的微生物失调与后来的特应性喘息发展有关，包括真菌生态失调。尽管健康对照组和特应性喘息组之间真菌群落的α和β-多样性没有差异，但与健康对照组相比，特应性喘息受试者表现出明显的真菌组成差异，其特征是 Pichia kudriavzevii 过度生长以及酵母菌减少。同一研究小组在加拿大婴儿身上重现了这些研究结果。与健康对照组相比，有哮喘症状的受试者在3个月大时肠道内 P. kudriavzevii 过度生长。此外，在小鼠随后的过敏性气道疾病阶段，新生儿肠道过度生长的 P. kudriavzevii 加重了2型和17型炎症的症状。念珠菌也是与哮喘相关的候选真菌。在屋尘螨(HDM)诱导的小鼠哮喘模型中，口服定植白色念珠菌导致气道炎症增加，包括气道中白细胞总数和嗜酸性粒细胞计数增加，血清中总免疫球蛋白E(IgE)浓度增加。此外，与对照组相比，念珠菌定植的小鼠没有显示出真菌负荷，但肺部2组先天性淋巴样细胞(ILC2s)的丰度增加。在人类中，经历严重哮喘恶化的患者表现出肠道内念珠菌负荷升高。
肠-肝轴是指胃肠道及其常驻微生物组与肝脏之间的相互作用，这是由饮食、遗传和环境因素产生的信号整合而产生的结果。肠道真菌是肠道微生物组的一部分，也与肝病有关。Yang等人发现， 长期饮酒会增加小鼠肠道真菌负荷和循环β-葡聚糖(真菌细胞壁成分)水平。 使用两性霉素B(一种抗真菌药物)治疗可减轻肠道真菌负荷和循环β-葡聚糖水平，并改善酒精性肝病(ALD)的症状。作者发现β-葡聚糖通过存在于Kupffer细胞上的C型凝集素样受体CLEC7A引起肝脏炎症，随后增加IL-1β(一种促炎细胞因子)，积极促进肝细胞损伤，促进乙醇诱导的肝病的发展。与健康个体相比，ALD患者中的真菌群落多样性较低，念珠菌过度生长。有趣的是， Saccharomyces boulardii 是一种非肠道共生的益生酵母菌，其在D-半乳糖胺诱导的肝损伤和非酒精性脂肪性肝炎中表现出显著的肝保护作用。
共生真菌和癌症之间的联系也已被揭示。与正常胰腺组织相比，人类和小鼠胰腺导管腺癌(PDA)肿瘤的真菌负荷增加了约3000倍。PDA肿瘤中真菌菌群的组成与肠道或正常胰腺组织不同。 Malassezia 在肿瘤微环境中表现出显著富集，并通过甘露糖结合凝集素(MBL)激活来驱动补体级联的激活，从而促进肿瘤的发生。MBL特异性识别真菌细胞壁上存在的聚糖，从而促进恶性肿瘤的进展。Gao等人报道了息肉和结肠直肠癌(CRC)患者粪便样本中的真菌生态失调。这种生态失调的特点是，与健康对照组相比，息肉患者的真菌多样性降低，子囊菌门/担子菌门比例增加，以及 Trichosporon 和 Malassezia 的比例增加。另一方面，真菌衍生的细胞壁成分可用于癌症治疗。例如，BTH1677是一种真菌衍生的水溶性1,3-1,6 β-葡聚糖，当与抗肿瘤抗体治疗联合使用时，会引起同步的抗癌免疫反应。综上所述，这些研究为共生真菌与各种疾病之间的关系提供了令人信服的证据。这些关联的鉴定可能为共生真菌作为疾病标志物或治疗靶点的*在用潜**途提供有价值的见解。
4 古菌
古菌是共生微生物组的组成部分，广泛存在于人体内，包括肠道、阴道和口腔。虽然古菌由于其独特的生物学特性而经常在微生物组研究中被忽视，但其在宿主免疫系统和疾病中的作用一直被报道(表3)。
表3 古菌和原生动物在宿主中的作用。
4.1 古菌在宿主免疫系统中的作用
Methanobrevibacter smithii 是人类肠道中最主要的产甲烷古菌，这种产甲烷菌与免疫系统相互作用。 在MS患者中，与健康受试者相比，呼吸甲烷升高的患者中 M. smithii 的相对丰度增加。此外， M. smithii 与MAPK14、MAPK1、LTBR、STAT5B、CASP1和HLA-DRB1等基因呈正相关，这些基因在树突状细胞成熟、干扰素信号传导和触发骨髓细胞表达受体(TREM)信号通路中发挥作用。Bang等人发现 M. smithii 和另一种共生产甲烷古菌 Methanosphaera stadtmanae 与单核细胞来源的DCs(moDCs)相互作用。这种相互作用导致CD197和CD86细胞表面表达的增加，它们在提供moDC成熟所必需的共刺激信号中发挥了关键作用。 古菌在调节宿主免疫中的作用是一个相对未被探索的领域。需要更多的研究来确定持续在哺乳动物宿主中定植并影响其生理的古菌物种。
4.2 古菌与疾病之间的联系
一些研究已经报道了古菌与疾病之间的联系，包括上述的 M. smithii 与MS之间的联系。例如， Methanobrevibacter oralis 在牙周炎患者的口腔中高度存在。另一种与古菌相关的疾病是哮喘。在一项横断面分析中，利用荷兰KOALO出生的6-10岁儿童的粪便样本，观察到儿童哮喘和肠道古菌之间存在显著的负相关关系，特别是 M. stadtmanae 。此外，有研究表明， 古菌在肠道定植可促进胃肠道和代谢性疾病，如IBD、肥胖和CRC。 Lecours等人报道了IBD与 M. stadtmanae 之间的关联。在该研究中，IBD患者肠道中的 M. stadtmanae 丰度高于对照组。此外，用 M. stadtmanae 刺激单核细胞可增加TNF的产生。Zhang等人报道了古菌与肥胖之间的关系。作者比较了正常体重、病态肥胖和胃旁路术后个体的肠道微生物组，观察到肥胖个体中产甲烷菌的数量明显高于其他人群。鸟枪法宏基因组分析显示，与健康个体相比，CRC患者表现出不同的肠道古菌特征。CRC患者的粪便样本中 Natrinema sp. J7-2显著富集，产甲烷古菌(包括 Methanosphaera 、 Methanococcoides 、 Methanocorpusculum 、 Methanocaldococcus 和 Methanobacterium )显著减少。古菌在共生环境中的作用仍未得到充分研究，但这些发现强调了研究古菌与疾病关系的必要性。
5 原生动物
在过去，原生动物主要被认为是寄生虫(如 Cryptosporidium spp.、 Giardia intestinalis 、 Entamoeba histolytica 、 Trichomonas vaginalis 和 Trichomonas tenax )；然而，最近的研究表明了共生原生动物的存在及其在宿主中的作用(表3)。
5.1 原生动物在宿主免疫系统中的作用
Tritrichomonas musculis 是一种小鼠共生原生动物，保护小鼠免于致病性感染。Chudnovskiy等人报道， T. musculis 触发宿主上皮炎性小体的激活，导致随后诱导IL-18的产生。炎性小体驱动的IL-18通过干扰素调节因子8(IRF8)和IRF4依赖的DCs促进Th1和Th17免疫，有助于预防鼠伤寒沙门氏菌感染。与这些益生菌作用的研究结果相反， T. musculis 加剧了结肠炎和CRC的发展。Chiaranunt等人发现 T. musculis 介导的宿主免疫反应调节需要NLRP1B和NLRP3炎性小体的参与，它们共同保护宿主免于沙门氏菌感染。共生原生动物增加肠道内的簇状细胞，从而导致ILC2群体数量的增加。簇状细胞，也被称为味觉-化学感觉细胞，其特征是很少存在于肠上皮内。这些特化的细胞对原生动物和蠕虫的刺激表现出独特的响应能力。在对 Tritrichomonas 的反应中，肠道簇状细胞丰度增加，同时IL-25表达上调。值得注意的是，这一过程取决于阳离子通道TRPM5依赖的机制，并随后诱导ILC2反应。簇状细胞表达琥珀酸受体GPR91(也称为SUCNR1)，使其能够感觉及响应琥珀酸。值得注意的是，簇状细胞对 Tritrichomonas 定植的免疫感知需要琥珀酸受体，而 Tritrichomonas 衍生的琥珀酸足以触发ILC2反应。基于这些发现，共生原生动物在调节免疫系统中发挥着独特的作用 。 这些结果强调了对共生原生动物-免疫相互作用进行持续和一致研究的必要性。
5.2 原生动物对细菌群落的影响
共生原生动物与共生细菌相互作用，并改变其生境的细菌组成。 特别是 Blastocystis spp.的定植导致肠道中不同的细菌组成。与未定植 Blastocystis 的实验组相比， Blastocystis 定植个体的细菌多样性增加，以下分类群的丰度较高： Clostridia 、 Faecalibacterium 、 Prevotella 9、 Ruminococcaceae UCG-002、 Muribaculaceae 、 Rikenellaceae 、 Acidaminococcaceae 、 Phascolarctobacterium 和 Ruminococcaceae UCG-005，而以下分类群的丰度较低：肠杆菌科( Enterobacteriaceae )、肠球菌属( Enterococcus )、乳杆菌目( Lactobacillales )和芽孢杆菌纲( Bacilli )。Morton等人发现，在农村非工业化人群中，肠道共生原生动物 Entamoeba 的存在与细菌多样性密切相关。这些发现强调了开展多界相互作用研究对于更好地全面理解宿主-共生菌相互作用的重要性。
结论
低丰度微生物包括低丰度细菌、真菌、古菌和原生动物，其在动物体内定植，并在维持互作关系中发挥重要作用。这些微生物有助于宿主免疫系统的发育，影响疾病状态，并在塑造其生态位内的微生物群落中发挥关键作用(图1)。研究低丰度微生物的作用是必要的；然而，研究人员在进行此类研究时必须注意潜在的陷阱。首先，重要的是要认识到细菌的相对丰度是不一致的和可变的，无论是在个体之间，甚至在个体内部，特别是在人类和非实验室动物的背景下；这一事实强调了低丰度微生物并不总是低丰度的观点。各种因素，包括饮食、遗传背景和抗生素等药物的使用，都会显著影响微生物群落的组成。因此，设计稳健的实验是至关重要的，包括更大的样本量、重复测量和不同的背景。这种方法对于阐明低丰度微生物的重要性和识别潜在的“生物标志物”至关重要。其次，虽然许多研究强调了单个微生物的贡献，但重要的是要认识到微生物群落本质上是复杂的和多方面的，而不是简单的特征。同一微生物界内或不同微生物界之间的种间相互作用产生的结果与微生物在宿主中作用的单物种定植所观察到的结果不同。第三，考虑到每个身体部位微生物的绝对丰度是至关重要的。例如，肠道中有超过10亿的微生物，而其他器官的微生物数量相对较低。因此，单独利用相对丰度就可能产生不同的数值表示。本综述主要致力于阐明宿主体内共生低丰度微生物的重要性。然而，为了全面了解宿主-微生物的整体相互作用，探索这种关系的互惠方面同样重要，即宿主(包括免疫系统)在形成与共生微生物的互惠关系方面的作用。
图1 低丰度共生菌在宿主生理中的重要性。低丰度共生菌(包括细菌、真菌、古菌和原生动物)在宿主生理的各个方面发挥着关键作用。这些微生物与宿主建立互惠关系，对宿主产生深远的影响。值得注意的是，它们影响多种表型，包括免疫激活(如Th17细胞、簇状细胞、树突状细胞、MHCⅡ类表达)、多种疾病的发生(如炎症性肠病、肥胖、哮喘、哮喘、囊性纤维化、阿尔茨海默病、多发性硬化症、类风湿性关节炎、牙周病、癌症)、社会行为以及对致病性感染的保护。此外，这些微生物本身或与其生态位中的其他共生细菌发生相互作用。